Klimarådet på udebane

Forleden udkom Klimarådets længe bebudede rapport om den fremtidige elforsyning baseret på vedvarende energiløsninger, som her lynhurtigt defineres til næsten udelukkende at være sol og vind. Hvor Klimarådets spidskompetence er optælling af CO₂-udledninger, må man sige, at Rådet er mere på udebane, når det drejer sig om elektricitetsforsyningen.

Klimarådet har grebet sagen an på traditionel vis inden for energiforsynings-forskning, man bruger modelberegninger. Man indsætter en masse valgte forudsætninger og beder så modellen om at kigge på elforsyningen baseret på vind og sol, time for time i et udvalgt år, hvor alle data er til rådighed. Modellens resultat kommer så ud, enten som en gennemsnitsomkostning på strømmen, eller som antallet af timer med for lidt elproduktion, der så vil resultere i strømafbrydelser. Klimarådet har fokuseret på sidstnævnte.

Da vores nuværende elforsyning er stærkt afhængig af import og eksport af strøm, kigger modellen også på nabolandene, faktisk ser den på i alt 18 regioner i vores omgivende lande, se fig. 1.

Af én eller anden grund har Klimarådet udvalgt 1995 som det grundlæggende år. Herfra har man naturligvis masser af meteorologiske data, men den gang var der ikke så mange solceller og vindmøller installeret, så man har måttet omsætte vejrdata til faktisk produktion. Umiddelbart skulle man synes, at det var bedre at vælge et nyere år, og så bruge de realiserede produktioner fra solcellerne og vindmøllerne som grundlag.

Den ustabile sol og vind

Rapporten lægger aldrig skjul på, at vind og sol er stærkt variable energikilder, og det indebærer en nærliggende risiko for en ustabil elforsyning, hvis man ikke gør noget. Klimarådet skriver:

Formålet med denne analyse er at undersøge, om vi kan opretholde elforsyningssikkerheden med tilstrækkelig effekt i et fremtidigt elsystem, som primært er baseret på sol- og vindenergi. Populært sagt: Kan vi være sikre på at få strøm i kontakterne i de timer, hvor solen ikke skinner og vinden ikke blæser? Det er nemlig vigtigt at få vished om, at vi kan håndtere de udfordringer for elforsyningen, som kan følge af den igangværende omstilling af energisektoren.

Klimarådet har i den forbindelse gjort et rosværdigt forsøg på at trykteste de foreliggende løsninger ved at konstruere fiktive år, hvor vejret er mere ugunstigt over for vedvarende energi. Det betyder, at man f.eks. har indlagt længere perioder med meget lidt sol og vind, de såkaldte dunkelflauten, der i fremtiden vil være den mest sandsynlige årsag til større blackouts. Man har to grader af forværring: ”pressede år” og ”år med vejrchok”.

Om længere perioder med meget lidt sol og vind står der følgende:

Den værste historiske 1-dagsperiode i Europa havde en gennemsnitsproduktion på 10 pct. af den strøm, der maksimalt kan produceres fra den europæiske vind- og solkapacitet. Den værste periode af tilsvarende længde i Danmark er værre, idet der kun er en elproduktion på 1 pct. af den strøm, der maksimalt kan produceres fra dansk vind- og solkapacitet.

Fig. 2 viser situationen for længere perioder. Man bemærker, at der i op til 3 uger kan være en væsentligt reduceret produktion, hvilket vil kræve en meget betydelig backup-kapacitet, der kan fungere over lang tid. 

Fig. 3 viser den forudsete installerede elproduktionskapacitet og forbrug i 2022, 2030 og 2040. Da sol og vind jo langt fra kan køre på deres kapacitet hele tiden, svarer deres årlige produktion meget godt til forbruget, der er ikke lagt overskydende kapacitet ind fra sol og vind. Over hele året er der således balance, men time for time er situationen en helt anden. Klimarådet opridser situationen:

Simuleringerne indikerer, at effektmanglen i Danmark kan blive meget stor allerede i 2030, og at den vil stige yderligere frem mod 2035 og 2040. … I et presset vejrår uden løsningstiltag er effektmanglen i den værste time i 2030 omtrent 2 GW, hvilket stiger til over 3,5 GW i 2035 og over 4,5 GW i 2040. Dette er en stor effektmangel set i forhold til elforbruget i disse timer. Effektmanglen svarer til henholdsvis cirka 25 pct., 40-45 pct. og cirka 50 pct. af elforbruget i de mest pressede timer. Situationer som disse ville kræve, at der bliver lukket for strømmen til en betydelig andel af de danske elforbrugere.

I et år med et vejrchok uden løsningstiltag stiger effektmanglen til 2,4 GW i 2030 og 5,8 GW i 2040. Og ved en kombination af et vejrchok og transmissionschok stiger effektmanglen i den værste time til 4 GW i 2030 og yderligere op mod 8 GW i 2040. Opgjort relativt til elforbruget, udgør effektmanglen i de mest pressede timer omkring 55 pct. i 2030 og omkring 85 pct. i 2035 og 2040.

”Transmissionschok” er så en situation, hvor ”vejrchok” kombineres med problemer med forbindelserne mellem lande eller regioner.

Danmarks periodevise importafhængighed øges fremadrettet ikke kun med hensyn til energimængde, men også effekt. I 2030 er importafhængigheden i Danmark op mod 5 GW i værste time. Dette stiger til cirka 6 GW i 2035 og 8 GW i 2040. Dette er store behov for import sammenlignet med Danmarks elforbrug, der til sammenligning maksimalt udgør 16,5 GW i 2030 og 20,5 GW i 2040.

Det er jo store behov for import, og modellen viser da også, at strømmen ikke altid vil være til rådighed. Fig. 4 viser et eksempel på en sådan situation, hvor sol og vind svigter og vi ikke kan importere nok til at dække underskuddet i forhold til forbruget. Her vil en stor del af elkunderne få deres strømforsyning afbrudt.

Klimarådet erkender jo netop, at når det er vindstille i Danmark, har man ofte samme tilfælde i nabolandene:

De vejrforhold, som forårsager lav elproduktion fra vindmøller og solceller i Danmark, påvirker også de omkringliggende lande, hvilket betyder, at der samtidig ikke er strøm nok at hente i udlandet, og importen af el er derfor lav.

Tabel 1 viser modelberegningernes resultater vedr. mangel på strøm og samlede længde af afbrydelser for hvert af de fire scenarier. Her er vi i værste fald oppe på næsten 200 timers afbrydelser, svarende til sammenlagt over en uge.

Klimarådets løsninger

På trods af ovenstående åbenlyse vanskeligheder med en forsyning baseret udelukkende på sol og vind er Klimarådet overbevist om, at det kommer til at gå alligevel. Først og fremmest er man inde på, at det nok i fremtiden bør være acceptabelt med nogle strømafbrydelser i ny og næ, det er et lille offer at bringe for at redde klimaet.

Import og eksport af strøm er helt afgørende for, at systemet skal fungere, og det baserer Klimarådet da også i høj grad sine løsninger på.

Transmissionsforbindelserne i Europa forbinder de forskellige europæiske prisområder i elsystemet og kan derigennem bidrage til at effektivisere brugen af fx regulerbare elproduktionsenheder som termiske værker eller vandkraft samt varierende energikilder som sol og vind. Et eksempel på dette er, når [kablerne] mellem Danmark og [nabolandene] i perioder med kraftig vind kan flytte strøm fra danske vindmøller til udenlandske forbrugere. Herved undgås, at de danske vindmøller skal stoppes, når elproduktionen fra vindmøllerne i vindrige perioder overstiger hele det danske elforbrug. Omvendt kan vi i Danmark i situationer med lav vind og sol trække på regulerbare værker, der er placeret i udlandet. Det kan fx være vandkraft i Norge eller tyske termiske værker.

Man bemærker her, at Klimarådet satser på at tyskerne kører videre med deres gaskraftværker også i 2040, så de kan hjælpe os, når det kniber. Hvis tyskerne derimod gør, som de har annonceret, kommer vi i yderligere vanskeligheder:

En reduktion i antallet af europæiske gaskraftværker påvirker også det danske elsystem og vil, alt andet lige, forværre den danske elforsyningssikkerhed. Afbrudsmængden fordobles omtrentligt, hvis gaskapaciteten i modelområdet reduceres med 30 pct., og vindmøller og solceller alene skal erstatte disse anlæg.

Man kunne forstille sig en yderligere udbygning af transmissionskabler mellem landene, men her mener Klimarådet, at det nok kun vil give et begrænset ekstra udbytte.

Så derfor peges der i stedet på tre konkrete tiltag.

Fleksibelt forbrug: Dette løsningstiltag indebærer en øget fleksibilitet i det danske elforbrug. I analysen er dette repræsenteret ved fleksibilitet i elforbruget i den danske industri, herunder også datacentre, og i elforbruget til elbiler, der kan levere strøm tilbage til elnettet. I analysens simuleringer gives der mulighed for, at industrielt elforbrug i Danmark kan reduceres (demand shedding), ligesom det er tilfældet i udlandet i de forudgående scenarier. Reduktionen antages i praksis at foregå ved, at fremstillingsvirksomheder skifter til en alternativ forsyning, fx en brændselsbaseret kedel i industrien, eller begrænser produktionen i disse timer. Datacentre antages at kunne skifte dele af deres aktivitet til et andet land, når der er elmangel i Danmark.

Det lyder interessant med datacentrene, der ”bare” kan flytte aktiviteterne til nabolande (der også er ramt af vindstille), når det kniber. Er det overhovedet teknisk muligt? Herudover er den store ”fleksible” forbruger naturligvis Power to X-producenterne, der forventes at kunne stoppe og starte produktionen i takt med udbuddet af el fra vindmøllerne og solcellerne.

Regulerbar produktion: De nuværende kulkraftværker skal naturligvis lukkes og det samme gælder de biomassefyrede kraftvarmeværker. Klimarådet har et anstrengt forhold til biomassen og ser den ikke som noget væsentligt element i fremtidens elforsyning. Derfor foreslår Rådet, at der opbygges en kapacitet af gaskraftværker til at lappe hullerne i forsyningen med. Der skal bruges mellem 3 og 7 GW gaskraft, og Klimarådet beroliger med, at det ikke bliver nogen særligt dyr løsning, selvom værkerne kun skal køre nogle få hundrede timer om året. Den årlige omkostning anføres til at være mellem 1,7 og 2,9 mia. kr.

Der er naturligvis bekymringer over værkernes udslip af drivhusgasser, hvis de er fossilt fyrede. Men man kunne tænke sig, at de i stedet skulle køre på biogas eller gas fra Power to X.

Til sidst i rapporten kommer Klimarådet tilbage til denne løsning, som man åbenbart ikke er helt tryg ved. Energistyrelsens planer taler om en hurtig udfasning af den eksisterende kraftværkskapacitet, således at den allerede i 2030 kun dækker ca. halvdelen af Danmarks gennemsnitlige behov for strøm. Klimarådet mener derfor, at man skal overveje, om man kan levetidsforlænge nogle af værkerne. Det hele her er gennemsyret af nervøsitet fra Klimarådets side ved tanken om, at det måske alligevel ender galt med en forsyning baseret på sol og vind.

Lagring af energien: Her er vi ovre i rene drømmerier. Intet af, hvad der her foreslås, er realisabelt, hverken teknisk eller økonomisk inden for planernes tidshorisont:

Ellagre kan bidrage til at balancere elproduktionen og elforbruget ved både at aftage store mængder strøm i perioder med megen produktion fra vindmøller og solceller og ved at afgive denne strøm i situationer med lav produktion fra vind og sol. Ellagre kan således bidrage til at integrere vindmøller og solceller i energisystemet ved populært sagt at udjævne deres fluktuerende elproduktion.

Ellagring er ikke udbredt i Danmark i dag. Der findes dog allerede flere tilgængelige ellagringsteknologier, og der er nye teknologier under udvikling. Disse kan blive relevante til at sikre effekttilstrækkelighed fremadrettet. Li-ion-batterier og vandkraft med pumpekraft er eksempler på veludviklede teknologier, som anvendes i flere lande til at stabilisere elsystemet.

Om størrelsen af lagrene i modelberegningerne hedder det:

I hvert af analysens tre scenarier installeres der ellagre i Danmark, der dimensioneres til teknisk at kunne dække alle elafbrud i det pressede vejrår. Det gælder både for så vidt angår energi- og effektbehov. Dette svarer til i alt 4,6 GW outputeffekt og en energikapacitet, der efter energitab ved afladning kan levere 98 GWh.

Med 4,6 GW afladning vil batteriet kunne dække ca. 21 timers forbrug. Der nævnes et litium-batteri, der i industriel skala p.t. koster ca. 500 US$ pr. kWh. Med den pris vil de godt 100 GWh (før afladning) koste over 300 mia. kroner i investering.

Vandkraft med pumpekraft i den størrelsesorden er naturligvis helt udelukket i et fladt land som Danmark.

Men så er der andre muligheder ifølge Klimarådet:

Energiintensive lagre som fx termiske lagre kan især bidrage til at balancere elsystemet over længerevarende perioder, da de kan dimensioneres til at kunne indeholde store mængder energi. På den måde kan lagrene aflade over mange timer og potentielt dage uden at blive tømt for energi. Det kan blive relevant i perioder, hvor vind- og solproduktion er lav over mange timer. De fleste energiintensive ellagringsteknologier, der kan anvendes i Danmark, er dog fortsat under udvikling. Eksempler herpå er termiske lagre, hvor energien lagres i fx varme sten eller smeltede salte. … Et andet eksempel på en lagringsteknologi, som kan være relevant i Danmark, er komprimeret luft, som lagres i kaverner under jorden.

Det er teknologier der ikke på nogen realistisk måde kan bringes op på en kapacitet på 100 GWh. Varme sten og smeltet salt mister over halvdelen af energien ved turen fra el til varme og til el igen, og bliver aldrig økonomisk bæredygtige. Der forskes i de varme sten i Danmark på livet løs, men det har nok mere karakter af beskæftigelsesterapi for forskerne. Klimarådet er dog også selv inde på, at de løsninger kan blive dyre:

Analysens grove omkostningsskøn viser, at det forventeligt er dyrere at anvende ellagre end gasturbiner til at sikre elforsyningssikkerheden i pressede perioder.

Kernekraften

Klimarådet skriver herom i sin indledning:

Der har i den seneste periode været meget debat i Danmark om atomkraftens potentielle rolle i det danske elsystem og dets rolle på europæisk og globalt plan. Som vist i denne analyse findes der alternativer til atomkraft, som kan sikre en høj elforsyningssikkerhed i Danmark til en relativ lav omkostning og uden betydelige drivhusgasudledninger. Elforsyningssikkerheden i Danmark kan altså sikres via klimavenlige tiltag uden brug af atomkraft.

Sidst i rapporten kommer der så lidt uddybende bemærkninger. Her går det galt fra start af:

Atomkraft er en anden type regulerbar kapacitet, der også kan bidrage med elproduktion i situationer med effektmangel, men som derudover adskiller sig væsentligt fra gasturbiner på en række vigtige tekniske og økonomiske parametre, såsom investeringsomkostninger og etableringstider.

Ingen ved sine fulde fem vil selvfølgeligt installere kernekraft til at lappe på sol og vinds ustabilitet. Det er den samme fejl som forskergruppen fra Aalborg begik – formentligt med overlæg – og den gør naturligvis, at kernekraften kan bortdømmes uden videre. Kernekraft skal ikke supplere vind og sol, den skal indsættes i stedet for dem.

Klimarådet påpeger at kernekraften er unødvendig, da man jo allerede har vist hvordan en klimavenlig elproduktion kan etableres uden. Herefter kommer de sædvanlige argumenter med lange byggetider, store investeringer og usikkerheder om den endelige pris. Klimarådet kommer også ind på de små modulære kernekraftværker og skriver:

Små modulære reaktorer (SMR) kan reducere denne økonomiske risiko, blandt andet fordi anlæggene er billigere at etablere grundet deres mindre størrelse. … Anlæggene designes typisk til at kunne blive fabriksproduceret, forstået som at de produceres i moduler ét sted, hvorefter modulerne kan transporteres og samles på en anden lokation. Der er fortsat usikkerhed om, hvornår små modulære reaktorer kan nå udbredelse i større skala, men flere aktører forventer, at dette kan blive muligt i løbet af 2030’erne. Der er stor usikkerhed om elproduktionsomkostningerne ved små modulære reaktorer, men flere kilder forventer, at de mindre anlæg vil nå et omkostningsniveau omtrent tilsvarende konventionel, større atomkraft.

Det lyder jo mærkeligt, at samlebåndsproduktion af kraftværkerne på en fabrik ikke skulle give et billigere resultat end et stort skræddersyet anlæg, som man sammenligner med, men Klimarådet havde nok ikke svært ved at finde litteratur, der underbygger dette synspunkt. Modstanden mod kernekraft i grønne kredse er meget fast forankret.

Interessant er også den skepsis, der udtales i forbindelse med hvornår SMR-teknologien vil være klar. Den samme skepsis næres ikke i forbindelse med f.eks. lagring af energi i varme sten…

Klimarådet kommer ind på ideen med at erstatte en del af solcellerne og vindmøllerne med kernekraftanlæg. Den løsning kan dog også forkastes ved at henvise til de såkaldte LCOE-beregninger (”Udjævnede omkostninger ved energien”). Her er sol og vind klart billigst. Selv hvis man kompenserer for det faktum, at kernekraften leverer stabil regulerbar energi, bliver sol og vind stadigvæk billigere – i hvert fald når man sammenligner med de seneste monsterdyre kernekraftværker, der er blevet bygget i Europa. Klimarådet tror fuldt og fast på, at kernekraft i Europa altid vil være meget dyrere end i resten af Verden.

Kernekraft i Danmark bliver således godt og grundigt bortdømt af Klimarådet, der dog til sidst alligevel åbner en lille kattelem:

Flere aktører på energiområdet forventer, at der vil være væsentligt højere omkostninger forbundet med atomkraft end med sol og vind i mange år frem. Alligevel kan det ikke udelukkes, at teknologisk udvikling og standardisering, herunder blandt andet udvikling og markedsmodning af nye reaktortyper og små modulære reaktorer, kan ændre dette billede. Derfor er det relevant løbende at følge omkostningsniveauet for atomkraft og andre teknologier, der kan producere el uden væsentlige drivhusgasudledninger.

Konklusion

Klimarådet er gået til opgaven med konklusionen skrevet på forhånd. En energimæssig fremtid med sol og vind som hovedkilder skal bare lykkes. Ved at bruge modelberegninger, kan man blive ved med at justere på tallene, indtil resultatet ser ud som ønsket.

Det skal siges til Klimarådets ros, at man har været fuldt opmærksom på vinden og solens upålidelighed og endda har forsøgt at opstille scenarier, hvor situationen er særligt ugunstig. Desværre foreligger der ingen tal fra alle beregningerne, så det er ikke muligt at se, hvordan de forskellige typer år faktisk ser ud med hensyn til timeproduktionen fra solcellerne og vindmøllerne. Noget tyder dog på, at man har været forholdsvis optimistisk med hensyn til udbytterne fra den installerede kapacitet af vindmøller og solceller.

Fig. 3 viser meget tydeligt hvordan Klimarådet forestiller sig at den vedvarende energi vil løse opgaven. Der satses massivt på import – og ikke mindst eksport af strøm. På figuren ser man hvordan eksporten når op på 15 GW eller næsten fire gange Danmarks nuværende gennemsnitlige forbrug. Vi vil, jfr. fig. 2, i 2040 have installeret i alt 53 GW solceller og vindmøller mens forbruget ikke overstiger ca. 24 GW. Differencen regner vi så med at kunne eksportere fuldt ud, men hvem skal kunne aftage den? Når det blæser meget i Danmark, blæser det også meget i nabolandene, og de har absolut ikke brug for vores overskydende knap 30 GW. Vi kan naturligvis bruge strømmen til at lade vores batteri op, men det vil være overstået i løbet af 3-4 timer.

Importen er nøglen til at redde os fra strømudfald i tide og utide. Også her satser Klimarådet stort, man vil køre videre, som vi gør i dag, men med importmængder, der er op til 2-3 gange større, end vi har nu. Vil det overhovedet være muligt? I Tyskland, f.eks., er der en stålsat politisk vilje til at lukke de regulerbare kraftværker hurtigst muligt, og erstatte dem med en mindre kapacitet af gaskraft, der lige akkurat kan forsyne landet med et minimum af strøm under en dunkelflaute. I det tilfælde har de ingenting at tilbyde os, selvom vi heller ikke har hverken sol eller vind.

Klimarådet har med denne rapport ikke anvist vejen til en stabil og pålidelig energiforsyning i fremtiden, men snarere påvist, at sol og vind ikke kan løse opgaven. Forhåbentligt lader politikerne ikke sig forføre af den ledsagende sirenesang i rapporten.