Den grønne omstillings store problem er, at med ustabil forsyning fra sol og vind, bliver der altid et behov for at kunne gemme noget strøm til om natten eller til vindstille perioder. Power to X og brint er dyre og besværlige løsninger, der ikke rigtigt findes endnu, mens batterier jo ligger meget tættere på den ideelle løsning. Men problemet er altid, at batterier er helt eksorbitant dyre.
PV’s projekt
Alligevel kommer der ideer på bordet hele tiden, og her er én, hvor man vil kombinere solceller og batterier. Rationalet er, at solcellerne jo producerer noget hver dag, så man skal bare have et batteri, der kan dække de 12-16 timer, hvor solen ikke er fremme. Det bør resultere i en overkommelig størrelse på batteriet, ikke sandt?
Anledningen var, at staten Georgia i USA er i gang med at færdigbygge et kernekraftværk med en samlet kapacitet på ca. 2 (helt nøjagtigt 2,234) GW. Byggeriet er stærkt forsinket og prisen ser ud til at ende på 30 milliarder US$, hvoraf 3 milliarder er renter. De to reaktorer forventes at køre med en driftsfaktor på ca. 90 %, dvs. at de vil kunne levere 17,6 TWh strøm pr. år.
Nu foreslår PV-Magazine, der aldrig viger tilbage fra fantasifulde grønne projekter, at man i stedet kunne bygge solceller og supplere dem med backup fra batterier. PV regner med, at man i Georgia kan forvente ca. 26 % udbytte fra solceller, taget over hele året. For at få de 17,6 TWh pr. år skal vi således have en kapacitet af solceller på 7,7 GW. Her når PV frem til at 7,3 GW skulle være nok, hvilket er lidt mærkeligt, men pyt.
Nu er de 26 % udbytte jo et gennemsnitstal over hele året, hvor man får mindre om vinteren og mere om sommeren. Da vores lager jo kun kan dække en enkelt nat, er PV nødt til at basere sig på produktionen en vinterdag, hvor vi ligger lavere end de 26 %. Man regner med, at der skal afsættes ekstra 20 % hertil. Vores solcellekapacitet bliver da 9,3 GW. Hertil kommer, at der vil være tab ved opladning og afladning af batterierne, det får PV til yderligere ca. 14 %, så vi totalt skal have ca. 10,5 GW solceller opstillet, hvilket stemmer overens med PV’s slutresultat. Solpanelerne vil fylde ca. 110 km2, det svarer nogenlunde til arealet af Samsø.
Batterierne udlægges nu til at kunne dække behovet for strøm i 16 timer, det er så 2,234 GW x 16 h = 35,7 GWh. Som sikkerhed lægges yderligere 10 % ind, så batterierne skal kunne lagre 39,3 GWh.
Herefter udregner PV prisen, idet man regner med en batteriomkostning på 200 US$ /kWh og en solcellepris på 800 $ / kW. Hertil en lille sjat penge til opgradering af netværket. I alt bliver prisen på anlægget 16,8 milliarder dollars, versus de 30 milliarder for kernekraftværket. Er der nogen tvivl i vores sind vedr. valg af løsning?
Realisme
Vi skal selvfølgeligt kigge lidt nærmere på solskinnet. Projektet her er dimensioneret efter en vinterdag. Kernekraftværket leverer i snit 48 GWh pr. dag. Solcellerne kunne ved 24-timers fuld produktion levere 252 GWh. De skal så på den værste vinterdag levere ca. 19 % af deres kapacitet.
Fig. 1 viser den månedlige produktion fra Georgias solceller (kun kommercielle anlæg) i perioden fra slutningen af 2019 til starten af 2021. Kurven illustrerer den betydelige forskel mellem produktionen sommer og vinter. Vinteren 2019-2020 havde en lavere produktion end den følgende vinter. Det skyldes i mindre omfang, at solcellekapaciteten blev forøget med ca. 10 % henover 2020, hvilket dog ikke forklarer forskellen fra 150 GWh/måned til ca. 250 GWh/måned. Førstnævnte vinter må have haft væsentligt mere ugunstigt vejr til solenergi.
Gennemsnittet for 2020 lå på 315 GWh/måned. Ifølge PV skulle den dårligste (vinter-)måned så ligge 20 % lavere, hvilket svarer til ca. 280 GWh/måned. Det holder åbenlyst ikke stik for nogle af de to vintre vist på fig. 1. Der skal således betydeligt flere solceller til at løse opgaven. Hvis vi som værste tilfælde regner med 200 GWh/måned, skal solcellekapaciteten forøges med godt 50 % (i stedet for PV’s 20 %), hvorved vi ender på ca. 13,2 GW.
Vi skulle hver dag producere 48 GWh til vores anlæg, det svarer til, at solcellerne på de værste vinterdage skal yde godt 15 %.
Vil solceller så gøre det – hver eneste dag?
I Danmark svinger solcellernes produktion meget fra dag til dag, især om vinteren, hvor de ofte er meget tæt på nul ydelse. Så galt er det nok ikke i Georgia, fordi Solen står langt højere på himlen end i Danmark. Faktisk står Solen om vinteren i Georgia lige så mange grader over horisonten, som den gør om sommeren i Danmark.
Vi kunne da kigge på variationerne i udbyttet fra solceller på sommerdage i Danmark. Fig. 2 viser de danske solcellers produktion omkring midsommer 2020. Middelværdien er 6,2 GWh/dag, men produktionen ses at svinge mellem godt 2 og op til 9 GWh/dag.
I fig. 3 er de danske tal omregnet til behovet i Georgia, dvs. middelproduktionen skal være de 48 GWh. Produktionen vil svinge mellem 70 GWh og knap 20 GWh pr. dag. Dage med den lave produktion vil naturligvis medføre, at vi ikke får vores batteri ladet op, og allerede i løbet af den efterfølgende nat forsvinder strømmen. Problemet kunne løses ved at installere endnu flere solceller, f.eks. 50 % flere, derved bliver minimumsproduktionen ca. 30 GWh/dag og vores behov for batterikapacitet bliver tilsvarende mindre, men stadigvæk meget større end de 16 timer, som PV regner med. Flere solceller har imidlertid også en anden ulempe. Spildet om sommeren bliver kolossalt, med mindre man kan finde på noget andet at bruge nogle timers daglig strøm til.
I stedet kan vi prøve at dimensionere vores batteri, så det kan kompensere for udsvingene på fig. 3. Resultatet er vist på fig. 4, hvor man ser behovet for oplagret strøm, døgn for døgn. Det maksimale behov er her ca.112 GWh (27. juni). Så det bliver vores batteris absolutte minimumsstørrelse. I praksis skal der indbygges meget mere sikkerhed, hvis man f.eks. fik en periode på flere dage med tungt skydække og meget lidt produktion. Men lad os regne videre på de 112 GWh og nøjes med at lægge sikkerheden på 10% oveni, hvorved kapaciteten bliver 123 GWh.
Nogen vil måske her indvende, at kernekraftværkets reaktorer jo godt kan have stop, hvilket kunne svare til en dag, hvor batterierne er løbet tør for strøm. Det er rigtigt, men der er tale om to reaktorer, hvoraf den ene normalt vil køre videre, når den anden stopper. Derved er vi sikret 50 % af vores strømforsyning. Solcelleanlægget vil derimod gå ned totalt, det vil også ske, hvis man har et par anlæg med lidt geografisk spredning. Overskyet vejr kan dække meget store områder samtidigt.
Økonomi
Vi kan nu opstille en oversigt over økonomien i de forskellige løsninger. Sammenlignet med PV’s forslag skal vi bruge flere solceller og et meget større batteri. Tallene er vist i tabel 1.
Øverst har vi PV’s udregning med resultatet på de 16,8 milliarder US$ i investering. Her skriver PV glædestrålende, at de netop har sparet Georgia for 30 minus 16,8 = 13,2 milliarder dollars!
Derpå følger de størrelser på solcellerne og batteriet, som vi har regnet os frem til. ”Diverse”-posten (kabelforbindelser m.v.) er holdt uforandret, selvom den nok også bliver større. Ligeledes er PV’s priser på solceller og batterier bibeholdt. Resultatet er nu en pris på 35,7 milliarder dollars, hvorved hele besparelsen i forhold til kernekraftværket er forduftet.
PV’s batteripris forekommer at være meget optimistisk, den er baseret på kurven vist i fig. 5. Vi har tidligere kigget på dette spørgsmål og fundet, at en fremtidig pris på ca. 300 US$/kWh nok er forventelig – specielt på nuværende tidspunkt med udsigt til prisstigninger på de centrale råvarer.
Derved når vi frem til en pris på sol + batterier på ikke mindre end 48 milliarder dollars. Og her skal man stadigvæk huske på, at kapaciteten af batteriet helt sikkert er betydeligt mindre, end der i praksis bliver brug for.
Kernekraftværket i PV’s artikel er uforholdsmæssigt dyrt, og det skyldes formentligt primært den lange byggetid (hvilket gav en masse finansieringsomkostninger) og givetvis store problemer med skiftende holdninger hos myndighederne til godkendelser. Mere realistiske priser på kernekraftværker er opgivet til 6000-8000 US$/kW, svarende til 6-8 mia. dollars/GW. I eksemplet i tabel 1 har vi regnet med det høje tal, og får da en investering i kernekraften på niveau med PV’s solcelleprojekt og langt lavere end hvad et realistisk solcelle + batteri-projekt ville koste.
Konklusion
Endnu en gang må det konkluderes, at sol og vind ikke på fornuftig vis kan forestå en stabil og pålidelig energiforsyning og ikke på nogen måde er konkurrencedygtig med kernekraft. Så har vi vist gentaget os selv nok i dag.
Danish
Lige et par punkter jeg ikke synes, at jeg så.
1: Ja kernekraft kan synes dyr, hertil skal nævnes, at der indgår, at økonomien er der til bortskaffelse af affald og bortskaffelse af gammelt anlæg.
Gør solceller og batteriløsningen det? Et sådan anlæg vil påfører naturen en helvedes masse affald, der ikke kan recirkuleres, hvor kernekraften jo kun har de radioaktive dele, som er farligt men fylder markant mindre, og løsningen er allerede på plads – er den det med solenergien?
2: Hvad gør solenergien, når alle paneler er fyldt med sne? Har de regnet på akkumuleret støv som mars-roverne døjede med?
3: Hvordan stiller man sig til den massive forurening, råstofudvinding til kobolt og litium etc. påfører fattige lande i Afrika og andre steder, og folk som får f.eks. misdannede børn? Der er en god dokumentar på Youtube.