Danmark lige nu nær 80% sol- og vindenergi

8. juli 2015

Energinet.dk har en side, hvor man døgnet rundt kan følge med i den øjeblikkelige danske energisammensætning, hvor meget energi der kommer fra sol og vind, hvor meget vi låner og sælger til vores nabolande osv. Hvis man klikker sig ind her en blæsende weekend-aften, hvor energiforbruget er lavt og vindmøllerne kører på fuld tryk, så kan man nogle gange se, at Danmark med den kapacitet af vedvarende energi, vi har, allerede på særlige tidspunkter producerer mere energi end vi bruger. Øjebliksbilledet herover er fra i dag kl. 10:41. Vejret udenfor er let diset, og vinden her midt i byen kun lige, så træerne skælver let. Alligevel kan man se, at rundt regnet 75% af energiforbruget kommer fra vind og andre 5% fra solceller.

Så stor er andelen ikke på årsbasis, men den er stigende. I første halvår 2015 stod vindkraften for 43% af vores samlede energiforbrug. Målet er mindst 50% inden 2020, hvilket er komfortabelt inden for rækkevidde. For nylig kom det frem, at dette tal i 2030 ville stige til 90%, hvis den nu fastsatte udvikling ellers opretholdes (se blog-indlægget Danmark på vej mod 90% vedvarende el og fjernvarme i 2030).

Hele denne udvikling blev der stillet spørgsmålstegn ved op til valget. Men efterfølgende har Venstre meldt ud, at der i og med at stort set alle initiativer frem til 2020 allerede var implementeret eller igangsat, alligevel ikke var nogen grund til at genåbne energiforliget.

Til gengæld må vi – hvis Venstreregeringen holder mere end det første år – formode, at fortsættelsen bliver mere reaktiv, at Danmark frem for at være foregangsland blot skal hænge på udviklingen – hvilket store dele af erhvervslivet er lodret uenige i, for det danske forspiring i den grønne omstilling er med til at sikre en endog meget stor del af vores udenlandske indtjening.

Tilbage til det øjeblikkelige energibillede, så fik vi i dag 75% af strømmen fra vindmøller, selvom der kun er tale om jævn til frisk vind. Den samlede kapacitet for de danske vindmøller er omkring 4,8 GW. Så hvis alle møllerne producerede 100%, ville ydelsen være omkring 50% højere end her til formiddag. Men på enhver given dag er der møller som er taget ud for udbedringer, vedligeholdelse og sikkerhedseftersyn, og der er sjældent samme kraftige vind over alle danske farvande og landskaber. Så i praksis ligger den maksimale reelle produktion noget lavere.

Hvis man klikker ind på DMIs timevejrkort (som ikke er observationer, men vejrmodeller, som opdateres hver fjerde time), kan man se, at vindhastigheden inde over land ligger i området 5-8 m/s mens de områder, hvor de danske havvindmøller står typisk ligger i land ligger i området 8-11 m/s. Og de nye store mølletyper, som bruges på havet, nærmer sig deres maksimalydelse allerede ved sådanne vindstyrker. Så det er ikke kun ved regulært stormvejr, at møllerne yder maksimalt.

Her er samme situation vist på earth.nullschool.net, som giver en dybt betagende realtime visualisering af klodens globale vindsystem.

Tilbage til Energinets oversigtskort kan man se, at der hele tiden sker energiudvekslinger med Norge, Sverige og Tyskland. Det har indtil nu været den måde, vi har søgt at løse, at sol og vind svinger med andre rytmer end vores behov. Indtil nu har systemet været stabilt, omend det har været svært at goutere for ganske mange, at prisen på vindenergien i et sådant system momentant kan gå i nul. Det sker heldigvis sjældent, og når det sker, må man fastholde, at klimaeffekten af en kWh er den samme uanset hvad den bliver afregnet til, så bare den samlede økonomi hænger sammen, er det OK. Endda må man forestille sig, at vi i løbet af de kommende 10-15 år får et system, som er meget bedre til at gøre hensigtsmæssig brug af denne overskudsenergi.

Det kan ske på mange måder, dels ved at udvide el-nettet yderligere, så overskuddet kan fordeles på større dele af Europa – her er der blot det forhold, at der sker et transmissionstab, så jo længere strømmen afstand mellem produktionssted og forbrugssted, jo større transmissionstab. Der har derfor været planer om at udbygge med varmepumper, så overskudsenergien senere kunne høstes som varme. Men det er mest interessant om vinteren. Allerbedst ville det være at kunne lagre energien. Der er mange forskellige typer af lagringsmuligheder, men indtil nu har de alle været dyrere end at dele strømmen med naboerne. Og med det markedssystem vi har, er der ikke noget, som sker af sig selv, hvis det gør en kWh blot få øre dyrere. Men med en vis sandsynlighed vil dette ændre sig i løbet af det nærmeste få år.

Vi så for nylig Tesla lancere et nyt litium-batteri, både til hjemmebrugere og til industriel skala. I Danmark har vi samme pris på strømmen døgnet igennem. Men andre steder i verden har man differentieret strømpriser efter udbuddet, og for eksempel på Australien har man beregnet, at det kunne betale sig, hvis for eksempel man har en solfanger, at kunne lagre en del af strømmen, man i dagtimerne sender ud til billig pris, for at skulle hente mindre tilbage om aftenen (se blog-indlægget Teslas Powerpack – the missing link?). Og for forsyningsselskaber vil det i visse situationer kunne svare sig at have en mindre batterikapacitet til at klare mikrosvingninger i forsyningen.

I et endnu ikke endeligt offentliggjort scenario for en fransk energiforsyning baseret 100% på vedvarende energi har man valgt en kombination af virkemidler for at afbalancere de skiftende forsyninger fra sol og vind. Der indgår en udveksling over grænserne, en batterilagring til korttidslagring (weekender, nat & dag), og en delvist justerbar vandkraft og biomasse. Men den primære lagring mellem sommer og vinter sker ved at omdanne overskudsstrøm til biogas, som så kan afbrændes og generere strøm efter behov (se blog-indlægget Frankrig på 100% vedvarende energi i 2050 ?).

Det er sådanne ganske komplekse systemer, som skal til, hvis vi skal ende med at kunne overflødiggøre de store kulkraftværker og atomreaktorer, som stadig leverer broderparten af det europæiske energiforbrug.

Update 22:15 – diagrammet til højre et hentet ind kl. 22:15, hvor de fleste arbejdspladser har lukket, men solen er gået ned, så der er gang i det elektriske lys. Samlet er elforbruget omkring tre fjerdedele af situationen kl. 10:41 i formiddags. Solcellerne har givet op for i dag, mens vinden stadig går frisk over de danske farvande, så vinden lige nu dækker 94% af det samlede energiforbrug. Når den beregnede CO₂-udledning pr. kWh endda er højere her til aften, hænger det sammen med, at der kl. 22:15 netto blev eksporteret 297 MW, hvor der i formiddags netto blev importeret 675 MW.

Update 24:00 – diagrammet til højre er hentet ind præcis til midnat. Det blæser en lille smule mere end kl. 22:15, så vindproduktionen er øget, samtidig med at det samlede danske strømforbrug er dalet. Så vindmøllerne producerer lige nu 113% af det danske forbrug.

Når der stadig figurerer en CO₂-udledning pr. kWh, hænger det sammen med, at der stadig er en lille energiproduktion fra konventionelle værker, som sammen med overskudsstrømmen fra møllerne sendes til udlandet.

Update 01:30 – diagrammet til højre er hentet ind 1½ time efter midnat. Selvom vinden ofte stilner lidt af i aften- og nattetimerne, så er den tilsyneladende taget til over et par af de store vindmølleparker, får vindproduktionen er igen øget en smule. Samtidig er de fleste gået i seng, så forbruget er faldet yderligere.

Vindmøllerne producerer således her halvanden time efter midnat 130% af det danske forbrug mod 80% i formiddags. Så noget må være gået rigtigt i omlægningen af den danske energiforsyning, selvom kadencen med den nuværende regering må forventes at stilne af.

Update 10.07. – The Guardian er nok bedre end mig til at lave overskrifter. To dage efter de nær 80% sol- og vindenergi bringer de en artikel med overskriften Wind power generates 140% of Denmark’s electricity demand illustreret af det smukkeste billede af Middelgrundens møllebue.

“It shows that a world powered 100% by renewable energy is no fantasy,” siger Oliver Joy fra European Wind Energy Association. Og vi får herefter at vide, hvordan overskudsstrømmen transmitteres til Norge Sverige og Tyskland, og at overskudssituationerne vil blive stadig mere almindelige i takt med, at den danske vindkraft udbygges.

De 140% optrådte 10. juli kl. 3 om natten, 1½ time efter det sidste snit ovenfor, hvor forholdet var 130%. Her var vinden var øget en smule, mens forbruget var på et minimum. Så det er stadig en ekstraordinær situation – en ny rekord for forholdet mellem vindproduktion og forbrug. Men med yderligere 2 GW tilvækst i den samlede vindkapacitet frem mod år 2020, vil den maksimale produktion nærme sig 6,8 GW, og til den tid vil produktionen på blæsende nætter kunne nærme sig 200% af natforbruget, når det er lavest.

Derfor bliver det også stadig vigtigere at finde ud af, hvordan denne strøm bedst anvendes? Skal den sendes til nabolandene, eller har de til den tid så mange vindmøller, at de har samme overskud? Skal den konverteres til naturgas, som det er planen i et nyligt scenario for en 100% vedvarende energiforsyning for Frankrig, skal det bruges i varmepumper, som det lige nu er på tale i Danmark, så man siden kan spare på varmen (men har bundet energien som varme), skulle vi se at få os de elbiler, så natlige blæsevejr blot havde ladeapparaterne til at fylde bilernes batterier, bliver det Tesla-agtige lithium-batterier, som gemmer overskudsstrømmen eller en anden lagringsteknologi, som viste sig mest hensigtsmæssig? Det ved vi endnu ikke. Og sandsynligvis vil der vise sig at være en optimal sammensætning af lagringsmuligheder, ligesom der fra land til land og region til region er en optimal sammensætning af vedvarende energikilder (energy mix), som tilsammen sikrer den tilstrækkelige forsyning og forsyningssikkerhed med mindst muligt behov for lagerkapacitet.

Update 13.07. – Her tre døgn efter The Guardians 140%-artikel er artiklen blevet delt 67.000 gange ud over at har bredt sig næsten viralt på andre medier. Der er ingen tvivl om, at det er sådanne billeder som skal til at vække håb (mens jeg skrev disse to sætninger blev artiklen delt yderligere 100 gange). Hvis man spoler tiden tilbage til 2009, i tiden op til COP15, blev der måske svælget rigeligt i undergangsprofetier. De forsvandt og er kommet igen i mere sobre versioner, og vi har måske fået en lidt klarere fornemmelse af tidsdimensionen, hvor skræmmende langsigtet – og hurtigt – tingene udfolder sig. Men for 6 år siden manglede sådanne billeder, som kunne give anledning til konkret håb.

Update 15.07. – antallet af delinger nærmer sig her til aften 155.000, heraf den langt overvejende del (~97%) via Facebook.

Jeg har herover lavet en udskrift fra emd.dk af de løbende registreringer af den danske energiforsyning for dagene 7. til 11. juli. Det mørkeblå areal er vindproduktionen, mens den gule er solcellerne, som bidrager i dagtimerne, men lukker helt ned i nattetimerne.

Man ser, hvordan vindmøllerne tre døgn i træk havde en ganske kraftig sommervind, som førte produktionen op på omkring 75% af den maksimale kapacitet på 4,8 GW, som er vist med den vandrette blå linje øverst. Over det gule areal er der to mere lyseblå områder, som angiver henholdsvis central og decentral kraftvarmeproduktion. Man kunne forestille sig, at den går helt i nul, når det virkelig blæser, men en række anlæg er nødt til at køre på et vist niveau, for at der stadig er varme og varmt vand i rørene, så der vil altid være en minimumsproduktion ud over vinden.

Den røde linje viser det samlede forbrug, og man ser, hvordan det er betydeligt højere i dagtimerne end i nattetimerne, samt at den sidste dag, som er en lørdag, sammen med søndag har et noget lavere dagforbrug end hverdagene.

Da jeg startede dette blog-indlæg med en læsning af energisituationen 8. juli kl. 10:41, var sommerblæsten kun lige ved sin allerførste begyndelse, og sol og vind gav tilsammen 80% af det samlede forbrug. Ud på aftenen den dag nåede produktionen over forbruget, da vinden fortsatte med at øge, mens forbruget faldt, så møllerne på et tidspunkt producerede 130% af forbruget. Natten efter blæste det lidt mere, mens forbruget var en anelse lavere, så i nogle timer var vindproduktionen oppe på de 140% af forbruget, som The Guardian skrev om. Hvis det virkelig havde stormet, ville man med et natligt forbrug som her kunne komme op på omkring 190%, og når Danmark om få år har yderligere 2 GW møller på plads, så vil man på stormende nætter teoretisk kunne nå over 250% forsyningsgrad.

Den grønne linje viser elspotprisen, og man kan se, at den i en situation med rigelig vindstrøm ligger relativt lavt, men ikke på noget tidspunkt går i nul. Så selvom der tales meget om lave og negative priser, så sker det uendeligt sjældent – og for eksempel ikke i denne situation, selvom der var tale om et rekordstort eloverskud midt om natten, hvor forbruget i nabolandene må formodes at være begrænset. Og stadig må man huske på, at klimagevinsten er den samme uanset afregningsprisen, og det er OK med svingninger, så længe den samlede økonomi balancerer.

Den ofte hørte vrængen af, at vindmøller blot laver gratis strøm burde ikke rettes mod vindmøllerne, men mod det indimellem absurde markedssystem, som vi med stor ildhu søger at klemme ind, også hvor det måske havde været bedre at undlade det. men nu har vi et liberaliseret energimarked. Og den nemme løsning på overskudsstrømmen er allerede på vej i og med at flertallet af de nye møller kan lukke ned, hvis prisen nærmer sig det negative, så der ikke sker en overproduktion.

En lidt bedre løsning ville være at kunne bruge noget af overskudsstrømmen til at varme vand op med eller i varmepumper. Den bedste løsning er, at få gang i nogle mere langsigtede lagringsløsninger, hvor overskudsstrømmen ikke er et problem, men en gave: Dels en batterikapacitet som kan klare små korte svingninger mellem nat og dag og måske hverdag-weekend, dels en gasproduktion, så overskudsstrømmen kan blive en del af fremtidens transport og lagres i gastanke mellem sommer og vinter. Og den dag flertallet af personbiler er eldrevne, så vil mange af dem stå ubenyttede i nattetimerne og klar til at blive topopladede af den overskydende strøm.

Update 18.07. – Herunder ses kurven over energiforsyningen i dag, en typisk dansk sommerdag, med en del skyer og en jævn brise – her til aften har det typisk blæst 6 m/s ved Kastrup Lufthavn. Så på ingen måde storm, og i hvert fald i Københavns-området en dag med moderate vindhastigheder. Endda har sol og vind tilsammen fra ved 11-tiden til ved 21-tiden produceret mere energi end vi har brugt.

Nogle steder er man nødt til at holde processer i gang – de centrale og decentrale kraftvarmeværker. Men det er også bemærkelsesværdigt, hvor meget man på en sommereftermiddag som denne kan skrue stort set ned for disse processer. Igen er der indsat en vandret linje ved 4,8 GW (turkisblå), som angiver den maksimale vindproduktion, hvis alle møller havde optimale vindforhold.

Med typisk dansk sommervejer som i dag – hvor det ikke har været højsommer-højtryksvejr, men skiftende vejr med skydannelser, fronter, byger og regnområder indimellem og småt med sommervarmen – da følger vinden langs kysterne, hvor de fleste møller er placeret, i høj grad døgnets rytme. Vinden tiltager markant i formiddagstimerne og øger gradvist til ud på eftermiddagen, hvor temperaturforskellene mellem land og vand er størst, hvorefter styrken gradvist klinger af.

I løbet af et sådant døgn udvekslet betydelige mængder af energi med de nærmeste nabolande. Med en situation som i dag ville et korttidslager, som havde kapacitet til at gemme nok fra overskuddet fra dagtimerne til der altid var nok i nattetimerne være en god størrelse at have på batteriform ud over at det ville reducere nødvendigheden af at kunne flytte store mængder energi over store afstande.

Derudover skal der i takt med den videre udbygning af de vedvarende energikilder gradvist etableres andre lagringsformer til at opsamle overskudsenergien fra sommer til vinter. Hvis for eksempel Danmark i 2030 har en dobbelt så stor vindmøllekapacitet som i dag, så ville møllerne natten til den 9. juli ikke have produceret 140% af forbruget, men 280% af forbruget. Her ville det være genialt at få etableret et lagringssystem, så overskudsstrøm til enhver tid blev brugt til at lave naturgas, som så ville kunne afbrændes klimaneutralt når der er behov for det, enten i energiproduktionen eller i transporten. For nok har vi set de første ellastbiler, og sandsynligvis vil store dele af personbiltransporten kunne klares med el-biler. Men der er stadig et stykke vej igen før de store lastvogntog, som ligger på kryds og tværs over det europæiske kontinent, kan udføre det nuværende arbejde på el-kraft.

Her vil det bedre kunne lade sig gøre at køre den tunge del af transportsektoren på gas. For eksempel den 40-ton el-lastbil, som IBM lige har taget i brug, har en rækkevidde på blot 100 km, før batterierne skal genoplades (se blog-indlægget En eldreven 40-ton lastbil). Selv hvis man fik etableret en standardiseret batteriudbygningsordning langs det europæiske motorvejsnet, vil det være meget forsinkende cirka en gang i timen at skulle ind på en tankstation at have skiftet batterier.

Indtil nu er man gået lidt uden om lagringsspørgsmålet, fordi det har været billigere at udveksle, og fordi den vedvarende energi kun har udgjort en mindre del af den samlede energi. Men i takt med at lagringsteknologierne bliver billigere og den vedvarene energis andel af den samlede energiforsyning højere, vil vi nødvendigvis komme til at forholde os meget mere direkte til lagringsproblematikken.

Måske vil vil se, at Bane Danmark samtidig med at DSB bliver fuldt elektrificeret, får til opgave at etablere en lagringsenhed så stor, at man i løbet af vinteren har strøm til hele sommerens drift. Det kunne være, at en investering i den størrelse blev tjent ind ved, at man hele tiden kunne opkøbe energi, når den var billigst. Måske er der også snart så mange elbiler med en så stor batterikapacitet, at de mageligt klarer at tage toppen af en god storm. Måske er små batterier som dem Tesla netop er ved at sætte i masseproduktion, blevet så billige, at man som noget helt selvfølgeligt sætter batterikapacitet op samtidig med al ny solcellekapacitet, så man som solcelleanlægsejer kan gemme billig strøm fra dagtimerne til aften- og nattetimerne (se blog-indlægget Teslas Powerpack – the missing link?). Måske ligefrem vi vil se store batteriejere handle med energi som vi i dag ser aktie- og valutaspekulanter gøre det: købe når energien er billig og sælge, når der er mest brug for den og priserne er højest.

Med det markedsbaserede system, vi har fået etaberet på energiområdet, vil det være marginaler, som gør, om det bliver den ene eller den anden løsning, som slår igennem – om det som hidtil vil være udvekslingen og det at et overskud fra for eksempel en storm ved den danske vestkyst kan nå ud til store dele af Nordeuropa, eller om det skal absorberes relativt lokalt. Flere og flere kulfyrede enheder er blevet lukket ned, så vi har nået det punkt, hvor vi snart ikke mere kan klare en vinterdag med både mørke og vindstille og minus 30°C. For selvom de er sjældne, så vil de pludselig være der. Skal vi så stadig inden for Danmarks grænser have en 100% forsyningssikkerhed? – hvilket har været brugt som argument for ikke at lukke alle kulkraftværkerne helt ned. Kan vi klare det med i de samme enheder at brænde halm og træpiller? Er det OK i sådanne situationer at kunne bruge et hjørne nordmændenes vandkraftreserver, eller skal vi have et backup-system af gaslagre fra vedvarende energi, som klare alle de store huller?

I og med at Danmark sandsynligvis når op på at 90% af energi- og varmeforsyningen i 2030 er dækket af vedvarende energikilder, så bliver vi af de lande, som først kommer til at forholde sig konkret til, hvordan dette problemkompleks håndteres. Her kan man godt frygte for, at markedslogikken, hvor alle nye indsatser så at sige skal kunne betale sig for nogen for at blive gennemført, kommer til at diktere en anden løsning end hvis man satte sig ned og afklarede, hvad er det mest hensigtsmæssige i denne situation.

Men for lige at lukke denne fortælling, så er The Guardians artikel fra 10. juli her godt otte døgn senere blevet delt næsten 175.000 gange på internettet.

Update 26.07. – Et stort regnområde har i løbet af de seneste døgn passeret Danmark med følge af en tidvist ganske kraftig vind. Således nåede vindproduktionen i dag kl. 12:10 op på 4.100 MW, hvilket dog “kun” svarede til 125% af forbruget. Men kl. 06:15 samme morgen, hvor produktionen var 3.400 MW, var forbruget så meget lavere (2.337 MW), at det svarer til 145,5%, hvilket må være en ny forsyningsgradsrekord, i og med at de 140%, som blev nået 10. juli, efterfølgende blev udråbt som ny rekord.