To eksperter – om eksisterende danske havvindmøller

Hensigten med denne og en efterfølgende artikel: ”Håndtering af 12 GW ekstra dansk vindkraft” er at belyse forslaget om at skabe grøn energiforsyning i Danmark (DK) ved bygning af endnu 12 GW havvindmøller (1 GW= 1 gigawatt= 1000 MW). Forslaget er indeholdt i klimaaftalen for energi og industri mv af 22 juni 2020. Heri beskrives Danmarks klimamål om at reducere drivhusgasudledningerne i 2030 med 70% i forhold til 1990 samt om at opnå klimaneutralitet senest 2050.

 

En vigtig del af denne aftale er at skabe en stærkt øget CO2-fri elproduktion især baseret på elproduktion fra havvindmøller, da det blæser mere på havet end på land.

 

I denne første artikel beskrives situationen med havvindmøller i Danmark i dag. I den efterfølgende artikel beskrives situationen efter fuld udbygning.

 

Dansk vindemøllebestand 2020

Danmark har den længste historie med havvindmøller i verden. Vor første havvindmøllepark blev etableret så tidligt som i 1991. I øjeblikket er der etableret 14 havvindmølleparker med en samlet kapacitet på 1,7 GW(Gigawatt) =1699 MW(Megawatt). På figur 1 ses deres placering.

 

Den samlede europæiske havvindmølle kapacitet er i dag ca. 23 GW og der bygges ca. 3 GW om året. Af de 23 GW ligger de 45 % i England, 34 % i Tyskland, 8 % i Danmark, 7 % i Belgien og 5% i Holland. I tabel 1 vises den danske møllekapacitet ultimo september 2020. I alt har vi 6210 vindmøller, hvoraf 558 er havvindmøller (off shore) og 5652 landvindøller (on shore). Det fremgår, at havvindmøllerne er noget større end landvindmøllerne, som gennemgennemgående er ældre. Størrelsen af vindmøl-lerne er vokset gennem årene. De nyeste havvindmøller, Horns Rev 3, har en kapacitet på 8,3 MW.

 

I tabel 1 er der en opgørelse over møllernes kapacitet, antal og mest interessant her er kapacitetsudnyttelserne, der er 42 % for havmøllerne, 28 % for landmøllerne og samlet 33%.

 

Hvordan fungerer danske havvindmøller idag?

Når man læser vindindustriens beskrivelser af vindmøllers lyksaligheder er det meget positive beskrivelser som: der er nu opsat så og så mange vindmøller med en kapacitet på dit eller dat-eller som: der er dage, hvor vindmøller leverer mere end det danske elforbrug eller som: vindandelen d 22 september 2018 var på 110 %, hvilket betyder, at Danmark i 24 timer var mere end selvforsynende med energi.

 

Mere reelt ville det være at fortælle om vindmøllernes elproduktion i dagligdagen. Denne er afbildet i figur 2 for hele 2019 og for de første 9 måneder af 2020.

 

Den lodrette akse er udtrykt i W/kW (Watt per kilo Watt dvs Watt eleffekt per installeret kW vindmøllekapacitet. Hvis man foretrækker at se kapacitetsudnyttelsen i %, skal man blot fjerne det sidste nul. Det fremgår, at havvindvindmøller (off shore=stiplede kurver) i hele perioden producerer mere el end landvindmøllerne per installeret kW. On shore er vist med fuldt optrukne kurver. For begge slags vindmøller er der imidlertid store forskelle i de månedlige gennemsnitsydelser. I januar ydede de vestlige havvindmøller i gennemsnit 70% af deres nominelle kapacitet og i august kun 30%.

 

I gennemsnit leverer disse møller under halvdelen (ca 45%) af deres nominelle kapacitet. Dette skyldes ikke, at møllerne er af dårlig kvalitet. Tværtimod er danske vindmøller et højteknologisk kvalitetsprodukt. Men den valgte trækkraft- den danske vind er både ustyrlig og stærkt varierende. Det fremgår videre af figur 2, at møllernes elproduktion varierer stærkt fra måned til måned, hvilket er den grønne strøms meget lidt omtalte Akilleshæl.

 

Mange tror, at det altid blæser på havet, da der her ikke er læ. I figur 3 og 4 er vist time for time den samlede danske off shore elproduktion henholdsvis i januar til marts 2020 og i april til juni 2020. Det fremgår, at den gennemsnitlige elproduktion vist ved de to vandrette linjer er næsten dobbelt så stor i årets første kvartal (1004 MW) som i andet kvartal (585 MW). Elproduktionen varierer vildt mellem 0 (NUL) og ca 1600 MW, medens havvindmøllernes nominelle kapacitet er 1700 MW. Den teoretiske overgrænse for udnyttelse er 16/27 af luftens bevægelsesenergi. De eksisterende møller er ret tæt på denne grænse, så de kan ikke forventes at blive væsentligt mere effektive. Heller ikke hvis de bliver meget større.

 

Man kunne muligvis etablere korttidslagre til kompensation for variationer fra døgn til døgn, men et ellager til at udjævne kvartalsvariationer på 100% er en helt anden sag.  Danmark har behov for at have 220 volt, 24/7 året rundt i stikkontakten. Det kan ikke opnås alene med den afbildede vindmølle-elproduktion.

Da havvindmøllerne ret ofte går i 0 (NUL) betyder det, at en støtteproduktion (back up) skal kunne overtage vindmøllernes manglende produktion. Derfor skal støtteapparatet være af samme størrelse som vindmøllernes største egenproduktion. Det betyder, at der er behov for to elproduktionsanlæg af samme størrelse. Støtteapparatet skal til enhver tid kunne tage over i samme tempo, som vinden lægger sig og dette sker som vist i figur 3 og 4 ofte med stor hast. Det er ikke en hensigtsmæssig eller billig måde at bygge og drive en national elforsyning på.

 

Energiforbruget og energiproduktion

Danmarks totale energiforbrug eller rettere effektforbrug i 2019 var 22 GW= 22G(iga)W(att). Vort totale elforbrug samme år var 3,9 GW i gennemsnit.

 

Vindkraftens gennemsnitsydelse i 2019 var 1,8 GW. Elforbruget på 3,9 GW udgjorde 18 % af vort energiforbrug og vindkraften 1,8 GW dvs 8 % af energiforbruget. I praksis dog 7 %, da kun 87 % kunne afsættes i DK. I betragtning af, at vi i 2020 har 6210 vindmøller i alt, er det ikke nogen imponerende andel af den danske elforsyning, de producerer i dag.

 

Nutidens havvindmøller er langt større end tidligere tiders vindmøller og yder derfor mere el pr mølle, end de ældre møller gør. Alligevel vil den planlagte udvidelse af især havvindmøllekapaciteten resultere i bygning af et meget stort antal store havvindmøller og dermed beslaglæggelse af et betydeligt havareal.

 

Nutidens danske vindkraft

Den danske vind- solenergi er varierende og ustyrlig.

 

I uge 38 i 2020 var gennemsnitsydelsen 759 MW og i uge 8 i gennemsnit 3357  MW, en faktor 4,5 til forskel!.

 

At sammenlægge elproduktionen fra vind- og solkraft medfører ikke nogen afgørende udjævning af den danske produktion af variabel energi jvf figur 5.

 

Figur 6 viser time for time i december 2019 det danske elforbrug (sort kurve) og vind + solkraft (blå kurve) samt solkraft (brun kurve). Elforbruget varierede fra 2,8 til 6 GW (2800 MW til 6000 MW) med gennemsnit 4,2 GW. Vindkraften varierede fra 0,1 til 5,4 GW med gennemsnit 2,5 GW.

 

Elproduktionen var stort set lavere end elforbruget gennem hele måneden. Området mellem den blå produktionskurve og den sorte forbrugskurve viser det underskud af el, som skal dækkes af anden elproduktion. Dette klares i dag af et støtteapparat (back up) i form af vore 6 elværker, som nu fyrer med træ fra store skovfældninger i andre lande, samt el fra især svensk atomkraft og norsk og svensk vandkraft. Det danske elforbrug på 3,9 GW er beskedent i forhold til vore 3 nabolandes elforbrug på samlet 85 GW. Danmark har derfor til trods for vor vindkrafts upålidelighed hidtil kunnet klare sin udbygning med vindmøller ved større import af let regulerbar el fra især norsk og svensk vandkraft helt op til 3,5 GW svt 90% af vort gennemsnitlige elforbrug.

 

Afslutning

Danmark har en lang tradition med bygning af vindmøller og i dag har vi i alt 6210 vindmøller.

 

Vindmøllers elproduktion er desværre, som vinden blæser. Vinden varierer meget både fra time til time og i løbet af året. Møllerne står ret ofte stille eller næsten stille og i løbet af et år svarer det til ca 1 måned uden elproduktion. Vinterhalvåret har den største elproduktion, men i gennemsnit er vindmøllernes ydelse kun 33 % af den maksimalydelse, som angives af fabrikken.

 

Møllernes elproduktion er så varierende, at den er helt ubrugelig til en vedvarende strømforsyning i stikkontakten 24/7 på 220 V, 50 Hz. For at opnå en vedvarende og brugbar strømforsyning, kræves yderligere et støtteapparat (back up), som kan levere den nødvendige el, når møllernes elproduktion er mindre end elforbruget. Dette elproducerende støttesystem må nødvendigvis have mindst samme produktionskapacitet som møllernes egenproduktion, da møllerne ikke producerer el ved stilstand.

 

Støtteapparatets største aktører er vore 6 termiske kraftværker samt el importeret fra især svenske atomkraftværker samt norske og svenske vandkraftværker. De termiske kraftværker har netop afsluttet en ombygning til fremover især at fyre med træflis, der i dag især stammer fra træfældninger i andre lande. Fysisk og forureningsmæssigt svarer denne afbrænding af træflis til fyring med kul, men efter de internationale FN regneregler anses afbrænding af træflis som CO2 neutral, da sælgerlandet skal inkludere denne CO2 produktion i sit CO2 regnskab og samtidig forpligte sig til genplantning af træer i et omfang, som svarer til fældningen.

 

Kurverne viser en højst irrationel driftsform.

 

I tabel 2 er angivet den termiske elproduktion, der må tilpasse sig de behov for el, som den varierende produktion af el fra vindmøller skaber. Det fremgår, at der er et lavt behov for den tilpassede termiske elproduktion i august 2020, medens behovet er tre gange større i februar samme år. Elproduktion på denne måde er langtfra optimal hverken med hensyn til kapacitetsudnyttelse, pris produceret mængde el eller omkostninger.

 

Som samlet system fungerer træflisafbrænding sammen med elimport fra nabolandene godt i dag, da begge er lette at regulere. Den uproblematiske samkørsel udfylder på bedste vis de perioder, hvor den varierende elproduktion fra vindmøller ikke er tilstrækkelig til at matche elforbruget. Muligheden for samkøring må dog forventes at blive kraftigt udfordret ved den planlagte og netop igangsatte udbygning med 12 GW havvindmøller. Dette vil blive nærmere beskrevet og kommenteret i en efterfølgende artikel.

 

Ib Andersen, dr.med, specialist i arbejds- og miljømedicin

Søren Kjærsgård, civilingeniør

 

Læs også Den Korte Avis | Moderne atomkraft overvejes i Holland og Den Korte Avis | “Vedvarende energi” er ikke vedvarende

 

Del på Facebook

ANDRE LÆSER OGSÅ…