Fremtidens energiløsninger findes. Hvordan kommer vi i gang?
Vi skal have fart i sol- og vindenenergien i Danmark. Forsker forklarer, hvor vi står i forhold til de tre største udfordringer lige nu.
Det er nemt at skrue ned for produktionen fra sol og vind. Men det betyder, at man smider ’gratis’ energi væk, forklarer Per Nørgaard, Seniorudviklingsingeniør på DTU. (Foto: Shutterstock)
Det gamle slagord fra 1970’erne: »Hvad skal ind? Sol og vind!« holder stadig.
Vi – det danske samfund – ønsker at gøre os fri af de fossile brændsler, men vi ønsker ikke atomkraft.
Biomassen er en begrænset ressource, mens solkraft og vindkraft bliver stadig mere konkurrencedygtige.
Men både sol- og vindenergi indebærer samtidig en række udfordringer. Her vil jeg omtale tre af dem:
’Ikke i min baghave’-problematikken
Hvad gør vi, når solen ikke skinner, og vinden ikke blæser
Transportsektoren
Solceller, vindmøller og kraft-varme-værker er synlige
Solceller, vindmøller og kraft-varme-værker er synlige
Sol- og vindkraft i stor skala vil nødvendigvis være synlige i landskabet.
Vindmøllerne skal stå i det åbne landskab, hvor vindforholdene er bedst, og jo større vindmøllerne er, desto billigere er energien fra møllerne.
Den billigste måde at lave solkraft i stor skala er ved store jordplacerede anlæg.
Moderne vindmøller støjer ikke, men de er synlige. Det samme gælder store jordplacerede solcelleanlæg – uanset om de producerer el eller varme. De store kraft-varme-anlæg på kul eller biomasse er også synlige.
Det kan få mennesker, der bor tæt på de store energikilder, til at protestere over at skulle have en vindmølle eller et stort solcelleanlæg ’i deres baghave’.
Vi bliver nødt til at acceptere en vis synlighed, hvis vi vil have grøn energi. Man vi kan dog gøre noget ved ’baghave-problemet’.
Foredragets titel er: ’Helt elektrisk – fremtidens energiløsninger’. Book ham her.
Flyt møllerne og solanlæggene væk
Vi kan flytte anlæggene så langt væk, at vi ikke kan se dem: Vindmøllerne ud på havet og solcellerne ned i Sahara.
Problemet er bare, at begge løsninger gør energien cirka en halv gang dyrere.
Vi kan også placere anlæggene i industriområder eller langs transportkorridorer, hvor landskabet i forvejen er spoleret.
Eller vi kan forsøge at passe anlæggene bedre ind i landskabet, som for eksempel Middelgrund Vindmøllepark i Øresund eller bygningsintegrerede solceller.
Endelig kan man sørge for at naboerne til anlæggene er medejere – når man selv tjener penge på dem, bliver anlæggene pudsigt nok en hel del flottere.
På Copenhagen International School i Nordhavn i København har man brugt solceller som beklædning af facaderne på bygningen – en beklædning, som på en gang beskytter facaden mod vind og vejr, er dekorativ og producerer energi.
Der er solceller på facaderne i alle retninger – også mod nord. Det betyder, at solcellerne har en høj produktion, fra solen står op til den går ned – stort set sammenfaldende med, hvornår skolen bruger strøm.
Der er et kæmpe potentiale i at videreudvikle facadebeklædninger, som samtidig er solceller – ikke mindst for anvendelser langt fra ækvator (som i Danmark), hvor solhøjden er lav.
På Copenhagen International School bruger man solceller som beklædning af facaderne. (Foto: CIS)
Lad solcellerne følge solen
På DTU undersøger vi for tiden en ny type landplaceret solcellepark, hvor solcellerne er opsat på lange, vandrette nord-syd gående akser, som drejer solcellerne i retning mod Solen hen over dagen (i modsætning til de traditionelle fastmonterede øst-vest gående rækker). Derudover bliver solcellerne også eksponeret fra bagsiden.
Rotationen af solcellerne fra øst mod vest i takt med Solens bevægelse over himlen giver øget produktion morgen og aften, hvor el-forbruget – og dermed værdien af produktionen – er størst.
De nord-syd gående rækker betyder, at der skal være længere mellem rækkerne, så de ikke skygger for hinanden. Det gør det interessant at kombinere solcellefarmen med udnyttelse af jorden mellem solcellerækkerne til for eksempel fødevareproduktion. Tiden må vise, om det er en god idé.
Endelig betyder den dobbeltsidede eksponering af solcellerne, at refleksionen fra underlaget har betydning for produktionen. Vi laver derfor forsøg med forskellige underlag – sand, græs og korn.
DTU arbejder med en helt ny solcelleteknologi, hvor solcellerne er sat op på lange, vandrette nord-syd gående akser. (Foto: Peter Behrensdorff Poulsen, DTU)
Hvad gør man, når der er overskyet og vindstille?
Vindmøllerne og solcellerne producerer, som vinden blæser, og solen skinner. Produktionen følger således ikke nødvendigvis forbruget.
Vindkraften og solkraften producerer elektricitet. I el-systemet vil der til enhver tid og i ethvert punkt være energibalance – ellers bryder systemet ned.
Denne balance kan opnås på mange forskellige måder:
Ved at skrue op og ned for produktion og forbrug
Ved at eksportere til eller importere fra naboområder
Ved at omsætte elektriciteten til anden energiform
Ved at lagre elektriciteten
Stort tema i gang
I en konstruktiv serie undersøger Videnskab.dk, hvordan mennesket kan redde verden, og hvordan vi hver især kan gøre en forskel hjemme fra sofaen.
Du kan få og give gode råd, debattere og være med i overvejelser om artikler i vores Facebook-gruppe Red Verden.
Vi kan skrue op og ned, men smider gratis energi væk
Det er nemt at skrue ned for produktionen fra sol og vind. Men det betyder, at man smider ’gratis’ energi væk.
Det er straks vanskeligere at skrue op for produktionen. Man kan dog køre produktionen fra anlæggene lidt under deres maksimale produktion, så man har mulighed for at regulere produktionen lidt op, når der er brug for det. Men igen smider man ’gratis’ energi væk.
Men selv om man smider ’gratis’ energi væk, kan det stadig være billigere end andre løsninger. På DTU udvikler vi metoder til at optimere design og drift af solkraften, vindkraften og el-systemet, så det giver størst værdi for alle dele.
Kraft-varme-værker kan regulere produktionen efter forbruget. Med sol og vind skal vi til at tænke modsat: At forsøge at regulere (en del af) forbruget efter produktionen. Der er vi ikke endnu.
Men der findes nogle lavt hængende frugter, hvor forbruget for eksempel let kan flyttes nogle timer i tid, uden at det går væsentligt ud over servicen. Opladning af elbiler og drift af varmepumper er blot to eksempler.
Det kræver detaljerede, opdaterede forudsigelser af både forbrugernes og el-systemets behov nogle timer frem i tid. Og det kræver, at alle, der skal bidrage, også får noget ud af det. Det forsker vi i på DTU.
Vi kan flytte energi fra et område til et andet
Det blæser, og solen skinner på forskellige tidspunkter på forskellige steder. Et stærkt el-net, der kan flytte energi rundt mellem områder, bidrager til at opretholde energibalancerne. Jo mere energi og jo længere energien kan flyttes, desto mere hjælper det.
På DTU undersøger vi, hvordan man bedst udnytter det eksisterende el-net, og hvordan man kan reducere behovet for at forstærke el-nettet gennem forskellige, koordinerede, lokale tiltag som tilsammen bidrager til bedre lokal energibalance: Fremtidens el-system.
Forskerzonen
Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.
Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.
Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.
Fra elektricitet til gas og varme
Elektricitet kan nemt og effektivt omsættes til andre energiformer, som for eksempel varme eller gas, og det kan gøres, når og hvor der er el-overskud.
Varme og gas er nemmere og billigere at lagre i større mængder og over længere tid end elektricitet.
Der er i dag eksempler i Danmark på varmelagre, som kan gemme varme fra sommerperioden til vinterperioden. Og der er i det danske naturgasnet underjordiske gaslagre, som rummer gas til mange måneders gasforbrug.
En af udfordringerne er at få god økonomi i dynamisk drift af små, distribuerede anlæg. Det forsker vi også i på DTU.
Endelig kan elektriciteten gemmes som elektricitet i batterier i el-systemet. Det er dog stadig en meget dyr løsning.
Til gengæld giver batterier i el-systemet så mange styrings- og reguleringsmæssige fordele, at de vil komme i et vist omfang – ikke mindst til at forbedre forholdene i lavspændingsnettet, i takt med at der kommer flere elbiler, solceller og varmepumper.
EU har netop introduceret en større europæisk batteri forsknings- og udviklingsindsats, Battery 2030+, som skal bidrage til at sikre og opbygge viden om- og udvikling og produktion af batterier i EU. DTU er med.
Tung transport kan ikke køre på el
Der er så mange fordele forbundet med batteridrevne transportløsninger, at disse løsninger vil blive udviklet og blive konkurrencedygtige for en større og større del af transportsektoren inden for de næste årtier.
El-biler, el-tog og el-færger er der allerede, og små el-fly er lige på trapperne.
Men den tunge transport over større afstande, såsom fragtskibe og fly, udgør en særlig udfordring. Energitætheden i de fossile brændsler er mange gange højere end i batterier. Der bliver behov for syntetiske brændsler fremstillet ud fra vedvarende energi.
Syntetiske brændsler kan fremstilles på mange forskellige måder – men ingen af metoderne er særlig energieffektive.
Der er dog nye, lovende metoder på vej, hvor for eksempel solenergi bliver omsat direkte til syntetiske brændsler ved hjælp af avancerede katalysatorer, hvilket vi også forsker i på DTU. Dette forskningsområde er med i opløbet om at blive udnævnt til et af de tre nye flagskibs-forskningsområder i EU.
NASA er i gang med at udvikle elektriske fly baseret på skroget af det italienske Tecnam P2006T. Fordelen med at bruge et velkendt skrog er, at ydeevnen kan sammenlignes direkte. (Illustration: NASA Langley/Advanced Concepts Lab, AMA, Inc.)
Vi kan blive uafhængige af fossile brændsler – hvis vi virkelig vil
Danmark (og mange andre lande) har et mål om at blive helt uafhængige af fossile brændsler inden for få årtier. Det er en stor udfordring. Vi er i Danmark i dag kun en tredjedel af vejen, og udfordringen vokser, efterhånden som vi nærmer os målet.
Vi når ikke i mål med en enkelt teknologi – kun med en kombination af mange tiltag. Det er altså ikke enten/eller, men både/og.
Vi har (næsten) de nødvendige teknologier og løsninger. De nye løsninger vil naturligvis være dyrere i en overgangsperiode, indtil de bliver tilstrækkelig modne. Og der er ikke nødvendigvis tale om raketvidenskab.
Vi er dog nødt til også at indrette os helt anderledes, hvis vi skal blive uafhængige af de fossile brændsler.
Vi skal starte med at tænke i energitjenester (for eksempel indeklima, mobilitet) – i stedet for energi (for eksempel varme, transport) – og satse på løsninger, som bruger mindre energi.
Vi skal isolere vore bygninger bedre og integrere solceller i klimaskærmen.
Vi skal mindske persontransportarbejdet ved at mindske afstanden mellem de daglige gøremål – helst så meget, at man kan cykle.
Vi skal mindske godstransportarbejdet ved i højere grad at anvende lokalt producerede varer.
Vi skal gøre den tunge transport mere energieffektiv.
Vi skal producere og benytte fødevarer, som kræver mindre energi
Vi skal have mere cirkulær økonomi (for eksempel sparer genanvendt aluminium 90 procent af energiforbruget).
Vi energiforskere bliver vist ikke arbejdsløse lige foreløbigt...
Bestil gratis forskerforedrag til Forskningens Døgn
Forskerzonen har bragt en del artikler skrevet af forskere, der til og med 29. marts kan bookes gratis under Forskningens Døgn 24-30 april. Artiklerne er alle indenfor samme emne som foredragene.
Herunder linker vi til de foredrag, der kan bookes samt forskernes relaterede artikler. For overblikkets skyld har vi delt dem op i kategorierne naturvidenskab, krop & sundhed samt kultur & samfund.
