Frankrig på 100% vedvarende energi i 2050 ?

2. juli 2015

Figur 41 fra rapporten Vers un mix électrique 100% renouvelable en 2050 (pdf) viser fordelingen på de enkelte energikilder i et energiscenario for Frankrig i 2050, som er baseret på 100% vedvarende energi. De grønne felter er vindenergi, de gule felter er solenergi, de blå felter er forskellige former for vandkraft, det brune felt er geotermi, mens den smalle 0,92 GW-stribe er anlæg til lagring af metan.

Frankrig er et af de lande i verden, som historisk har satset stærkest på A-kraft, så den har været oppe på at dække 78% af den samlede energiforsyning og har hele vejen igennem kørt uden katastrofer som Sellafield, Chernobyl, Three Mile Island og Fukushima. Men mange af reaktorerne nærmer sig skelsår. Og mens A-kraften, så længe reaktorerne er i drift, er billig energi, så synes prisen for at etablere nye værker stadig mere astronomisk, så i en tid, hvor prisen for vedvarende energi er markant faldende, er ny A-kraft simpelthen ikke konkurrencedygtig, også fordi sikkerhedskravene for atomkraftværker i de fleste lande blev strammet efter Fukushima, med yderligere omkostninger til følge.

I Tyskland og Schweiz førte Fukushima direkte til beslutningen om at udfase atomkraften. Helt så voldsom en reaktion var der ikke tale om i Frankrig, men den nuværende præsident Hollande gik på valg på et løfte om over en årrække at reducere andelen af atomkraft fra 75% til 50% af den franske energiforsyning og indfase vedvarende energikilder, så efterhånden som de første reaktorer når skelsår, bliver der ikke bygget nye, men opsat solceller og vindmøller.

Den franske regering har i den situation fået udarbejdet en yderst interessant undersøgelse, som viser, at en omstilling fra den nuværende forsyning med en overvægt af A-kraft til en 95% el-forsyning fra vedvarende energikilder vil kunne gøres til en billigere energipris end i dag, og at selv en 100% forsyning med vedvarende energikilder kun vil føre til en prisstigning fra 117 € pr. MWh til 119 MWh – eller stort set samme pris.

Yderligere fremgår det, at prisen ved en 40% andel af vedvarende energi er 117 € pr. MWh eller det samme som ved at fortsætte med den nuværende energiforsyning, mens den ved 80% falder til 113 € pr. MWh.

I rapportens 100%-scenario er den optimale fordeling på vedvarende energikilder (som giver bedst dækning og mindst behov for lagringskapacitet) 63% fra vindkraft, 17% fra solenergi, 13% fra forskellige former for vandkraft og 7% fra fornyelige brandbare (biomasse, træ).

Terje Osmundsen vurderer i sin præsentation af det franske scenario, French government study: 95% renewable power mix cheaper than nuclear and gas, at rapporten bruger nogle meget forsigtige vurderinger af størrelsesordenen af prisfaldet på solcellerne, og at de vil blive så billige i forhold til vindkraften, at den optimale fordeling vil indeholde betydeligt mere solenergi (35-40%) samtidig med, at selv en 100% forsyning med vedvarende energi vil være billigere end en fortsat udbygning med A-kraft.

Som man kan se i lagkagediagrammet øverst, er der i scenariet for 100% vedvarende energiforsyning for Frankrig i 2050 tale om en bred vifte af vedvarende energikilder, hvor dog vindkraften og solenergien er langt de største komponenter.

Som værktøj for udarbejdelsen af scenariet for 2050 er der brugt karakteristiske forventede vejrdata for at kunne optimere sammensætningen af de enkelte energikilder ikke bare i forhold til pris, men i forhold til, hvad der spiller bedst muligt sammen, så behovet for lagring minimeres (og behovet for base load elimineres). Kurven herover viser således produktionen fra de enkelte kilder igennem en to-ugers periode fra 18.01. til 01.02.2051. De enkelte farver svarer igen til de enkelte energikilder, og man kan se, at der er en kraftig blæst i periodens første fire dage, så produktionen alene fra den landbaserede vindkraft overstiger forbruget, som er angivet med den sorte linje. Ligeledes ser man solenergien i de små gule toppe fra de korte vinterdage.

Kurven herover viser forbruget i den samme to-ugers periode. Her ser man igen det markante energioverskud i de første fire dage, hvor den energi, som produceres ud over det umiddelbare forbrug, anvendes på forskellig vis. Den hvide zone er eksport til nabolande, den grå zone er energi, som langtidslagres som metan (naturgas), mens der også er tale om et begrænset omfang af energilagring i kortfristede lagermedier.

Lagringsdelen er måske den mest spændende, for det er her den rent vedvarende energiforsyning for alvor kommer til at stå sin prøve. I dette scenario har det vist sig mest effektivt/prisbilligt at omsætte overskudsenergi til metan, som det i tider med mangel på energi er meget let at skrue op og ned for forbrændingen af (og som ville kunne bruges i transport osv.). Men vi har for nylig set Tesla sætte store litium-batterier på markedet, og med den fart der er på den teknologiske udvikling på lagringsområdet, kan man meget vel forestille sig, at det er en anden kombination af lagring, som i 2050 er den optimale.

Hvis man ser på den øverste af de to sammenhørende kurver, kan man se, at der i dagene efter blæsten systematisk sættes ind på korttidslagrene i dagtimerne for at trække det ud i nattetimerne. Et ø-samfund som Japan vil ikke på samme måde som Frankrig kunne udveksle med naboerne, selvom man principielt godt kunne lægge et kabel ud til Sydkorea. Så her må det nationale system være mere selvberoende. Men Japan har en betydelig vandkraftreserve og adgang til næsten uanede mængder af geotermi, så den stadige fastholden af nødvendigheden af base load i den japanske energiforsyning er blot et forsøg på at dække over ønsket om at fortsætte udbygningen af kulkraften og A-kraften.

Figuren herover viser behovet for langtidlagring af energi ved omsætning til metan i det franske 2050-scenario. De rødbrune søjler angiver overskudsenergi, som er lagret som metan, og som man kan se, sker det stort set alle årets måneder på nær i februar. Til gengæld bliver der kun trukket på gaslagrene i vintermånederne. Så metanlagrene skal helst være fulde i løbet af oktober, så man har til at stå vinteren igennem.

Priserne på forskellige lagringsteknologier falder i disse år på cirka samme måde som solcellerne, så billedet kan nå at forrykke sig meget inden for de næste par årtier. I den udstrækning, udgiften til energilagring falder betragteligt, kunne man forestille sig, at udvekslingen over grænserne bliver mindre ‘nødvendig’, og at man gerne vil have en højere grad af lokal forsyningssikkerhed. Men som det er nu, er energiudveksling over grænserne det en god måde at nyttiggøre energioverskud.

I Danmark nyder vi for eksempel godt af den skandinaviske vandkraft, som kan supplere, når der er lavpunkter i sol- og vindproduktionen. Der har været rejst tvivl, om det fortsat vil kunne lade sig gøre, når der i de kommende år kobles stadig flere vindkraftanlæg på det europæiske energisystem, men der er omvendt betydelige vandkraftressourcer i den centraleuropæiske energiforsyning. På det nordamerikanske kontinent har der på det seneste været tanker fremme om, at USA og Canada burde indgå et tæt energisamarbejde som basis for udbygningen af fremtidens forsyningsnet. For Canada har så store vandkraft-reserver, at størstedelen af landets energiforsyning i dag er klaret via vandkraft. Den kunne således sagtens samtidig være den afbalancerende faktor for betydelige dele af det amerikanske energimarked. Hvis så de to lande kunne forpligte sig til en fuld omlægning til vedvarende energi, så begge landes klimapolitik kom i faste rammer, var det også værd at tage med.

Med en rapport som den franske er vi langt forbi spørgsmålet, om det overhovedet kan lade sig gøre at skabe en 100% vedvarende energiforsyning uden store base load-enheder, og videre til en erkendelse af, at en 100% vedvarende energiforsyning med en blot lidt højere andel af lidt billigere solenergi end i scenariet i 2050 vil kunne give Frankrig en billigere energiforsyning end den nuværende baseret på 75% A-kraft. Der er helt overskriftsagtigt sagt ikke brug for base load, men for flex load – for energikilder, som der kan skrues op og ned for efter behov samt et vist mål af både både kortvarig og langvarig lagring, som kan kompensere for både kortvarige og årstidsmæssige svingninger i forsyningerne med vind- og solenergi.

For eksempel har man i USA lavet et solcelleanlæg, hvor energien i dagtimerne korttidslagres i et saltmedie, for så at kunne hentes frem sidst på dagen, hvor elforbruget er højt, men solen allerede ved at gå ned. Bare det at kunne strække solenergien 6-8 timer gør det muligt at dække en væsentligt større del af døgnforbruget med solenergi og dermed løfte andelen af solenergi i den samlede energimix betragteligt. Det er sådanne nøje afvejninger af, hvor meget man har af de enkelte energikilder, som i 100% vedvarende energi-scenarier som det franske kommer til at afgøre, hvor lille en energilagring, man har brug for.

Rapporten er 120 sider lang, og dækker langt flere facetter end der her er medtaget. Men figur 112 og 113 viser det ganske interessante i forhold til talen om nødvendigheden af base load. At selvom man har 40% base load kørende konstant, så er der stadig brug for en kombination af eksport/import og lagring. Så det er ikke et spørgsmål om at sikre base load, men om fleksibiliteten og styrbarheden af de supplerende kilder til sol- og vindenergien.

Rapportens konklusion er ganske kontroversiel i et land, hvis stolthed har været den A-kraft-baserede energiforsyning. Der synes da også at have været truffet en afgørelse om at udsætte offentliggørelsen. Først efter at den blev sivet til anden side, kom den op på ADEMEs hjemmeside, hvor den endnu ikke er præsenteret eller søgbar. Og selvom der på forsiden står, at der er tale om den endelige opgave, er de to sider med fransk og engelsk executive summary stadig tomme. Så det er stadig uklart, i hvor høj grad denne rapport vil få indflydelse på den franske energipolitiks videre udvikling.

Craig Morris skriver, at Le Monde har karakteriseret rapporten som eksplosiv, og at den franske energiminister Ségolène Royal arbejder for at Frankrig får gang i opførelsen af en ny generation reaktorer, med en udbygning af den vedvarende energi til kun 40% i 2050 – en disposition, som rapporten stiller spørgsmålstegn ved det timelige i. Så rapportens ophavsmænd er pt. sat til at verificere en række af rapportens konklusioner, mens offentliggørelsen er udsat til efteråret. Morris har derfor i sin introduktion til rapporten: Suppressed French report says 100% renewables is possible lavet et Executive Summary. Her bringer han yderligere en liste over tilsvarende 100% vedvarende energi-scenarier fra andre steder i verden.

Update 23.07. – Rapporten er stadig ikke endeligt fremlagt, men det franske parlament vedtog i går, at man frem mod 2050 vil halvere landets energiforbrug og fjerne landets afhængighed af A-kraft. På den lidt kortere bane vil man i løbet af de kommende ti år reducere A-kraftens andel fra 75% til 50%. Det indebærer således, at man frem for at udbygge A-kraft-sektoren for at kompensere for, at de ældste reaktorer i de kommende år står overfor at skulle sendes på pension, så vil man prioritere den vedvarende energi samt energibesparelser. Et loft på 63,2 GW gør, at der gamle reaktorer vil skulle tages ud af drift for at give plads til nye som er under opførelse.

I målsætninger for 2030 skal de samlede CO₂-udledninger reduceres med 40% og forbruget af fossile brændsler halveres. Det sker først og fremmest ved en fortsat udbygning af de vedvarende energikilder, som i 2030 forventes at udgøre 32% af Frankrigs energimix mod 13% i 2012. Den CO₂-afgift, som Frankrig introducerede sidste år, vil i 2016 stige til 22 € og gradvist stige til 100 € i 2030. Så det bliver gradvist endog meget dyrt at bruge fossile brændstoffer.

Update 13.06.2016 – Rapporten løb tilsyneladende ind i politisk uvejr i tiden forud for klimatopmødet i Paris, og den blev en overgang trukket tilbage. Det er ikke alle som finder det passende at stille spørgsmål ved, om Frankrig skal fortsætte fremover med atomkraft som nu? Og den franske atomkraft-industri kan man godt sige er i krise lige nu. Areva er faldet så meget fra hinanden, at EDF står overfor at overtage resterne. Og EDF har tilsyneladende nærmest endeløse problemer med at få den nye generation af EPR-reaktorer til at fungere. De to reaktorer nu under opførelse i Europa, Olkiluoto i Finland og Flamanville i Frankrig, er begge mange år forsinket, mens prisen sytnes at ende på det tredobbelte. Og planerne om at opføre tilsvarende reaktorer som del af generationsskiftet i Storbritanniens energiforsyning er ved at udvikle sig til en farce, hvor EDF i den nuværende situation ikke har råd til at sige ja til projektet til trods for at man har forhandelt en pristalsreguleret fastprisaftale over 35 år, som vil binde de britiske forbrugere op på noget, der tegner til at blive verdens dyreste energi (se blog-indlægget Hinkley Point – en historisk fejlinvestering?).

Men nu er rapporten igen lagt op igen på Ademes hjemmeside, den har fået et summary, som i første omgang manglede, og der er yderligere kommet en engelsk udgave både af den fulde tekst (14 Mb pdf) og et executive summary (2 Mb pdf). Samtidig er der kommet mere illustrationsmateriale, og der er (dog kun på fransk) givet adgang til et stort baggrundsmateriale, alt sammen fra rapportens download-side.

A 100% renewable electricity mix? Analysis and optimisation. Exploring the boundaries of renewable power generation in France by 2050, Ademe 01.02.2016 (pdf).

A 100% renewable electricity mix? Analysis and optimisation. Exploring the boundaries of renewable power generation in France by 2050, (Executive Summary) Ademe 26.01.2016 (pdf).

Det er et meget interessant studie også for danske forhold. For det viser, at det er muligt at gå hele vejen til 100% vedvarende – hvilket det i det seneste års tid er blevet en sport at tvivlssætte i noget, som mest ligner et organiseret forsøg fra A-kraft-side på at miskreditere den vedvarende energi inden den helt løber med scenen.

Nøglen til at det kan lykkes – at man kan opnå en 100% vedvarende energiforsyning med en relativt begrænset lagringskapacitet – synes at være, at man ikke bare blindt opfører vedvarende energi, men får etableret den optimale sammensætning af vedvarende energikilder, lagrings- og konverteringsmuligheder.

Så sent som for en uge siden fortalte lederen af den enhed, som står for koordineringen af energiforsyningen i Nordtyskland, Boris Schucht, at han ikke så nogen problemer i at håndtere en andel af vedvarende energi på op til 80% (uderforstået med de distributionsforhold mv. som vi har nu). Sidste år havde hans område en andel af vedvarende energi på 49%, og den vil i år nå betydeligt højere op. (link)

Samtidig er der så mange forskellige lagringsprincipper under udvikling, og så mange muligheder for at transformere overskudsproduktion på særligt sol- og vindrige dage til energi, som kan bruges i transportsektoren, at det er muligt at løse ikke bare elforsyningen, men i princippet hele vores energiforbrug i takt med at vi får vores fulde energiforbrug elektrificeret.

Se tidligere blog-indlæg: Mark Diesendorf: New South Wales på 100% vedvarende energi og Danmark på vej mod 90% vedvarende el og fjernvarme i 2030.