Hvor er back-up systemet til vore vindmøller? Vindmøller producerer jo ikke el i ca. 1/3 af årets timer!

Vestas vindmølle med logo på nacellen nær Skive (Foto: Claus Bonnerup, Ritzau Scanpix)

RESUME

Danmarks nuværende planer og aktiviteter for den grønne omstilling kræver justering. Det bør ske efter en fagligt baseret teknisk/økonomisk analyse af de hidtidige erfaringer med anlæg og drift af de vindmøller, som vor nationale el-forsyning næsten helt skal  baseres på. Lad resultater og tal herfra tale deres klare sprog!

 

Vi er i færd med at bygge os fattige ved endnu i mange år at bygge vindmøller, der står stille eller ikke producerer nævneværdige mængder af vind-el i 1/3 af årets timer. Det er tilfældet, uanset om de placeres til lands eller i vore farvande og det vil de altid gøre, uanset hvor mange, der bygges. Alligevel er vore planer stadig baseret på mere af det samme – at bygge flere vindmøller.

 

For at skaffe el, når vindmøllerne ikke producerer el i nævneværdige mængder, må vi importere betydelige mængder el ofte til høje priser fra det internationale el-marked. Dette er imidlertid en skrammel-butik af el produceret på vidt forskellig vis lige fra brunkul til kernekraft. Forsyning herfra bør derfor kraftigt reduceres, indtil der opnås et indhold af flere CO2-frie produktioner.

 

Vi mangler at opbygge en større national selvforsyning af el fra et eller flere danske CO2-frie back-up anlæg, der kan sikre en nogenlunde prisstabil el til en fornuftig pris, når vore og andres vindmøller ikke producerer vind-el.

 

De to forskellige muligheder er analyseret og vurderet: Brint med Ptx samt kernekraft.

 

Ambitiøse planer om vindmølle-el

Det synes, at gå strygende i Danmark med planerne for omstilling til grøn el. Først Esbjerg deklarationen om Nordsøen og senest Marienborg-erklæringen om Østersøen sammen med henholdsvis 3 og 7 nabolande.

 

Der opereres med astronomisk store tal. I Nordsøen skal der i 2030 bygges kæmpe-havvindmøller på 65 GigaWatt (GW), (1 GW=1 milliard Watt) og dette tal skal vokse til 150 GW i 2050.

 

For 2 år siden angav Equinor (norsk olieselskab), at de ville bygge en 2,4 GW vindmøllepark på Doggerbanke til en pris af 50 milliarder danske kroner. Priser på metaller og andre materialer er siden steget. Så 65 GW vil i dag ikke kunne koste under 50*65/2,4= 1354 milliarder kroner. Og 150 GW ikke under 3125 milliarder kroner. Dette er kun toppen af isbjerget. Der er også elkabler, apparater til anvendelse af al den elektricitet, og systemer til at klare, at havvindmøllers ydelser svinger stærkt og ukontrollabelt. Jvfr. Fig. 1 nedenfor.

 

De 10.000 havvindmøller er en tidobling af det nuværende antal. De skal forsyne ikke bare Danmark med grøn el men 230 mio husstande, dvs næsten alle EU-borgere. Der skal også være en produktion af grøn brint på 20 GW i 2030.

 

I Marienborg-erklæringen er målet, at den nuværende kapacitet i Østersøen på 2,8 GW skal udvides 7 gange til mindst 19,6 GW.

 

Hvad er erfaringerne fra eksisterende vindmøller?   

Regeringens politiske planer om grøn omstilling har altid været ambitiøse, men også luftige og uden gennemarbejdede solide og nøgterne teknisk/økonomiske grundlag.

 

Dette til trods er der opnået brede politiske aftaler, men beslutningstagere på virksomheder, større forskningsinstitutioner eller andre faglige personer ville aldrig have accepteret så svage beslutningsforslag til igangsætning af en kæmpestor eksekvering. Man ville altid have undersøgt både driftsresultater og totaløkonomi for de eksisterende vindmøller samt udarbejdet skitser over de mest sandsynlige fremtidsscenarier.

 

Vi har ikke været i stand til at lokalisere officielt materiale af den art og har derfor selv gennemført de efterfølgende analyser.

 

Tre grundlæggende problemer

 

  • DANSKE VINDMØLLER LEVERER KUN VIND-EL I 2/3 AF ÅRETS TIMER.

 

I 1/3 af tiden står de stille eller næsten stille uden at producere el.  Det er ikke møllernes skyld, årsagen er vindstille eller let vind. Det kan der ikke ændres på. Vinden er ustyrlig og man må vente, til den kommer igen efter timer eller mange dage. Dette er en særdeles uheldigt i et elektrificeret samfund med behov for el 24/7.

 

Det hjælper ikke at bygge flere vindmøller i samme område. De vil stå stille i de samme perioder som de allerede byggede vindmøller.

 

Figur 1 og 2 illustrerer det fundamentale problem for vindmølle-el: ukontrollabel variation. Dette gælder både for total vind (Figur 1) og for offshore vind (Figur 2). Der er ikke meget ”vedvarende energi” over disse vind-el ydelser.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I de to figurer fra 1. og 2. kvartal 2022 har vi indlagt vandrette linier, hvor den øverste angiver møllernes nominelle kapacitet og de nederste deres gennemsnitsydelser. Det fremgår, at møllernes ydelser i praksis er væsentligt lavere end deres nominelle kapacitet (dvs maksimal ydeevne). Videre at vind-el ydelserne er lavest i 2. kvartal, hvor ydelserne fra alle vindmøller og fra offshore møllerne udgør henholdsvis 62 og 59 % af 1. kvartals ydelser.

 

At bruge vindmølle-el som national hovedforsyning af el kræver, at der samtidig er bygget et eller flere CO2-frie back-up systemer, der straks kan supplere eller helt overtage vind-el`s tidvist utilstrækkelige ydelser. Det drejer sig om systemer, der skal kunne yde op til 1/3 af danske vindmøllers kapacitet. Det vil blive både stort og dyrt, selvom der kun er behov for back-up 1/3 af årets timer.

 

Det er uforståeligt og et kæmpestort problem, at regeringen og flertallet af de øvrige politikere aldrig har gennemtænkt eller fået udarbejdet planer for art og nødvendigt omfang af sådant system. Der er simpelthen blindhed for behovet for back-up!

 

De danske vindmølleproducenter leverer teknisk fremragende møller, men har som regel haft privilegeret markedsadgang og derfor ikke behøvet at bekymre sig om afsætningen af den producerede elektricitet. De har heller ikke behøvet at bekymre sig om kundernes behov og om, at økonomien i de konventionelle kraftværker forringes afgørende, når disse må reducere deres elproduktion ved kraftig blæst.

 

Derfor er det nu et politisk problem fremfor et leverandørproblem.

 

  • DANSKE VINDMØLLER LEVERER KUN HALVDELEN AF DEN VIND-EL, DE ER BYGGET TIL AT YDE.

 

I første halvår leverede alle danske vindmøller i gennemsnit 2234 MW svarende til 32% af den nominelle kapacitet. For havmøllerne så det noget bedre ud, idet de ydede 43% af den nominelle kapacitet.

 

Det må betegnes som en noget løsagtig omgang med dyre og/eller knappe ressourcer som stål, kobber, andre metaller samt beton og plastic at bygge teknisk udstyr med en så lav udnyttelsesgrad.

 

Videre er levetiden for vindmøller ca. 25 år, og det ser ud som om, at effektiviteten aftager med alderen, medens andre el-producerende anlæg har levetider omkring 75 år. Har man 10.000 vindmøller, må man i snit derfor udskifte 400 møller hvert år. Dette er en meget betydelig udgift.

 

  • VINDMØLLER KAN IKKE SELV LEVERE VIND-EL 24/7 OG SKAL DERFOR ALTID SUPPLERES MED ET BACK-UP SYSTEM

 

Man kan ikke basere et lands el-forsyning alene på vindmøller. En høj forsyningssikkerhed betyder, at det er nødvendigt samtidig med vindmøllerne at opbygge et eller flere CO2-frie back-up systemer, der straks kan supplere eller helt overtage produktionen af vind-el, når denne bliver lavere end el-forbruget.

 

Sker det ikke, kommer der strømudfald, såfremt man ikke vil bruge el fra værker med fossile brændstoffer, fra kernekraftværker eller importere fra det ofte meget dyre internationale el-marked med el produceret på vidt forskellig vis fra brunkulsfyring til kernekraft.

 

NRGI el-handel angiver tallene iflg. figur 3 nedenfor som generel deklaration for energikilder anvendt til el-fremstilling i 2021.

 

Se: Få styr på el- og miljødeklarationen her | NRGi

 

Vandkraft fra norske og svenske vandkraftværker har hidtil været en nem og meget brugt metode i Danmark til back-up. Denne kapacitet er imidlertid begrænset og aftagende. Den vil snart være helt utilstrækkelig, da de stadigt større vindmølleparker i både Danmark,, Polen, Tyskland, Holland og England alle har etableret kabler til Norge og/eller Sverige, der også selv bygger store vindmølleparker med stigende back-up behov.

 

Når man som Danmark har valgt at satse på de varierende energiformer vind og sol som national el-forsyning, vil det være købmandsmæssig fornuftigt hurtigst muligt at opbygge et dansk back-up system i en størrelse, der er tilpasset vore eksisterende vindmøller og solceller.

 

Herved ville Danmark kunne opnå en selvforsyning, der ville sikre forbrugerne stabile og rimelige, omend ikke billige elpriser så dog bedre end den varierende, ofte himmelhøje markedspris. Når et sådant system fungerer, kan der så ved behov bygges flere vindmøller incl. backup for at kunne dække det stadigt stigende behov for el i det moderne samfund.

 

Mulige back-up systemer

El kan umiddelbart lagres i batterier, men disse er stadig så kostbare i den størrelse, som er nødvendig til nationalt brug, at de ikke kan komme på tale. I fremtiden kan de måske blive så billige, at de vil kunne være basis for energilagre. Intet tyder dog på, at dette vil ske indenfor en overskuelig fremtid.

 

Elektricitet skal bruges lige så snart, det er produceret og disse to processer skal være i balance for at undgå enten black-out eller skader på elnettet. Er der behov for at lagre el, er det derfor nødvendigt at omdanne el til et kemisk produkt, der kan lagres og senere omdannes til el, andre kemiske produkter eller varme.

 

Såfremt man ikke ønsker tidvis at falde tilbage til fossile brændstoffer herunder træflis og træpiller, er de CO2-fri valgmuligheder brint og hertil hørende PtX-produkter samt kernekraft. Den sidste mulighed er at importere el til en varierende og ofte høj markedspris, men her må man, som tidligere omtalt, være forberedt på en betydelig del af den tilbudte el er leveret fra værker med vidt forskellige energikilder.

 

a) BRINT OG PTX

Brint kan dannes ved at elektrolysere vand. Der er håb om, at sådanne anlæg vil kunne fungere med en stærkt variabel vind-elforsyning. Men det er svært at opnå den nødvendige kapacitet. Haldor Topsøe planlægger i Herning at bygge verdens største fabrik, der om året vil kunne fremstille elektrolyse-anlæg med en kapacitet på 500 MW. Dette rækker ikke langt ved en vindmølleudbygning på 65 GW = 65000 MW.

 

Foreløbig er vi blevet præsenteret for 4 ideer om, hvad brinten vil kunne bruges til:

 

1.Elektricitetsproduktion ved afbrænding af brinten i en gasturbine, når vinden ikke blæser. Herved vil man højest kunne få ca 1/3 af den til elektrolysen anvendte elektricitet igen. Denne el vil derfor blive væsentligt dyrere end den oprindelige vindmøllestrøm.

 

2.Ammoniakfremstilling. Norsk Hydro anvendte norsk vandkraft hertil i teknisk målestok fra 1929 til ca. 1970. Så processen er velkendt og energiudbyttet var ca. 65%. Dette tal vil formodentlig kun kunne forbedres marginalt. Ammoniak er et temmelig giftigt og ubehageligt stof, der næppe kan tænkes som en afløser for benzin og diesel.

 

3.Metanolfremstilling ved reaktion mellem brint og kuldioxid har man praktiseret i 100 år. Mulighederne for procesforbedringer må derfor antages at være små. 1 kWh strøm kan omsættes til metanol med en brændværdi på 0,45 kWh. Der vil altså være et tab på 55% af den indsatte elektriske energi.

 

4.Fremstilling af Benzin/Dieselolie. Denne proces har man også kendt og anvendt i næsten 100 år. Energiudbyttet vil være væsentligt lavere end ved fremstilling af metanol.

 

Der forskes på universiteter og andre steder i alle de ovennævnte processer. Til trods herfor er det ikke forventeligt, at der opnås afgørende procesforbedringer, medmindre der kommer et eller flere af de sjældne forskningsmæssige kvantespring. En række marginale forbedringer vil derimod nok kunne opnås.

 

Det er påfaldende svært at finde overslag over de med processerne forbundne udgifter. Det er ellers regnestykker af meget betydelig samfunds- og brugermæssig interesse.

 

b)  KERNEKRAFT

 

I Figur 4 ovenfor viser de blå kurver for første kvartal 2022 dansk + tysk + hollandsk+ belgisk vind-el produktion i Nordsøen, dels time for time og dels gennemsnittet, 6253 MW.

 

Den røde kurve viser belgisk kernekraft (KK) i samme periode. Dels time for time og dels gennemsnittet, 5439 MW.

 

Det fremgår, at gennemsnittet af de to produktionsformer er ret ens og at kernekraft-produktionen er styrbar og stabil. Derimod er vindkraften ustyrligt varierende fra 8 til 12360 MW og med mange og lange perioder, hvor et eller flere backup-anlæg har måttet overtage vind-el’s manglende produktion.

 

Back-up systemer er afgørende vigtige for en sikker og stabil el-forsyning til en rimelig pris, men de er ikke gratis. Det kan derfor undre, at de aldrig optræder i den offentlige debat, den politiske debat eller i regeringens planer, men her er det kun vindmøller og solceller, der tales om.

 

Kernekraft kan anvendes direkte som en sikker og stabil elforsyning 24/7 eller som back-up til vind- og sol- el. Placeres kernekraftværkerne i nærheden af de eksisterende termiske kraftværker vil de kunne udnytte den eksisterende netstruktur. Med den sidstnævnte løsning vil der være et mindre behov for vindmøller end hidtil planlagt. Der vil også være et mindre behov for kabelføringer, energiøer samt forbruget af sjældne metaller og byggematerialer til vindmøller.

 

Kernekraftværker har en levetid på ca 75 år, medens vindmøller skal udskiftes efter 25 år.

 

Som verdens mest koncentrerede energikilde vil kernekraft også medføre langt mindre traditionel minedrift og transport af brændstoffer.

 

Afslutning 

Havde vindmøller (og solceller) kunnet levere el 24/7 i tilstrækkelig mængde ville Danmark ikke have problemer med at blive selvforsynende med CO2-fri elektricitet. Imidlertid er det en kendsgerning og et stort problem, at vore vindmøller ikke producerer en nævneværdig mængde vind-el i 1/3 af årets timer, og at solceller intet yder i ½ af årets timer.

 

Der er enighed om, at en langt større del af vort energiforbrug i fremtiden skal være CO2-fri elektricitet. Kurverne i figur 1,2 og 4 illustrerer imidlertid, at vindkraft umuligt vil kunne yde en stabil elforsyning. De eneste tænkelige back-up systemer er vandkraftværker, med en håbløst utilstrækkelige kapacitet, brint og PtX vejen med store energiomsætningstab og derfor kostbar el eller endelig kernekraft, der ikke har behov for en særlig back-up og som leverer stabil og billig el til en ret fast pris.

 

Det er op til danske politikere at træffe valget blandt disse muligheder. Lad dette valg basere på tekniske og naturvidenskabelige fakta samt erfaringerne fra vort nuværende elforsyningssystem fremfor de meget luftige beslutningsgrundlag, som regeringen hidtil har fremlagt!

Ib Andersen, klimahygiejniker,dr.med.  Søren Kjærsgaard, civilingeniør

Del på Facebook

ANDRE LÆSER OGSÅ…