Sådan tæmmer vi vinden
Dansk forsker har analyseret sig frem til, hvordan vi mest effektivt kan udnytte vindenergi til at dække vores behov for varme og elektricitet.

Vindmøller producerer så meget energi, at en hel del går til spilde. Men nu har en dansk forsker regnet sig frem til en løsning på problemet. (Foto: Colourbox)

Vindmøller producerer så meget energi, at en hel del går til spilde. Men nu har en dansk forsker regnet sig frem til en løsning på problemet. (Foto: Colourbox)

Når vinden blæser henover Danmark, producerer vores snurrende vindmøller rigtigt meget strøm. Faktisk så meget, at vi ikke kan bruge det hele. Derfor må vi enten lade den overskydende strøm gå til spilde, eller sælge den billigt til vores nabolande.

Det er et stort problem, at vi på den måde lader vedvarende energi gå til spilde. Ifølge Folketinget skal vi nemlig arbejde for, at al vores energi skal komme fra vedvarende kilder. Det er med andre ord ikke hensigtsmæssigt, at vi har for meget elektricitet, når vinden blæser, og for lidt når den står stille.

Nu er der imidlertid kommet et gennemarbejdet bud på, hvordan vi løser problemet. Adjunkt Brian Vad Mathiesen har behandlet det i sin ph.d.-afhandling, som han netop har forsvaret på Institut for Samfundsudvikling og Planlægning ved Ålborg Universitet

I afhandlingen sammenligner han - på baggrund af en række udregninger - syv forskellige teknologier, der gør brug af vedvarende energi. Målet for sammenligningen er at finde ud af, hvilke der er de mest realistiske og effektive at indføre i Danmark.

Konklusionen er, at varmepumper og fleksibelt forbrug bør spille en stor rolle i fremtidens engergiforsyning. De teknologier kan nemlig indrette sig efter de store udsving i mængden af elektricitet fra vindmøllerne.

»Når vi løber tør for olie fra Nordsøen, skal vi ikke til at erstatte den med importerede fossile brændsler. Fordi rent teknisk kan det lade sig gøre at få balance i vindenergien uden,« siger Brian Vad Mathiesen.

 

For meget af den gode vind

I 2005 kom 18,5 procent af den danske elforsyning fra vindenergi. Men der er et endnu større potentiale i vinden. Det er ikke urealistisk, at mere end 50 procent af vores energi i fremtiden vil kunne stamme fra møller.

Vi vil imidlertid løbe ind i vanskeligheder på vejen. Når vindenergi kommer til at bidrage med mere end 30 procent af vores energi, vil de store udsving i mængden af elektricitet i el-systemet for alvor give problemer.

»Hvis mere end 30 procent af vores energi kommer fra vind, vil vi løbe ind i problemer, hvis vi ikke gør noget. Vi har nemlig kraftværker, som er så gumpetunge, at de ikke hurtigt nok kan nedregulere den mængde af energi, de producerer. Så vil der være for meget strøm, og der vil opstå tekniske flaskehalse. Det betyder, at vi vil får strømnedbrud,« siger Brian Vad Mathiesen.

 

Varmepumper skal bruge den overskydende el

Hans beregninger viser, at den vigtigste del af løsningen er, at vi får bygget store varmepumper i forbindelse med de kraftvarmeværker, der ligger spredt rundt omkring i landet. Varmepumperne kører på strøm. Så ideen er, at de skal gå i gang med at lave varmt vand, når der er for meget vindelektricitet i systemet. Derefter lagres det varme vand til fjernvarme. På den måde bliver den overskydende energi brugt mest effektivt.

I fremtiden bør overskydende el blive omdannet til varme via varmepumper. (Foto: Colourbox)

»Store decentrale varmepumper på kraftvarmeværkerne vil kunne trække el ud af systemet, når vi har for meget af det. På den måde får vi lavet elektriciteten om til varme, som kan lagres i store cylindriske tanke med vand, der kan bruges til fjernvarme på et senere tidspunkt. Og det er lagre vi allerede har i dag,« fortæller Brian Vad Mathiesen.

Han fortæller, at varmepumper er et godt valg, fordi de er meget energieffektive, når der skal produceres varme. I en varmepumpe bliver en kilowatttime elektricitet til mellem 3 og 3,5 kilowatttimer varme (læs hvordan en varmepumpe virker i boksen efter artiklen).

»Der er ikke ret meget tab, når man lagrer energien som varme. Det ville der derimod være, hvis den skulle lagres som strøm. Og da vi alligevel skal bruge varme, er det oplagt at lagre den sådan. Det er både mere effektivt og billigere,« siger Brian Vad Mathiesen.

Han tilføjer, at jordvarme vil skulle levere varmen ude i de små husstande i tyndt befolkede områder, hvor man ikke kan blive tilkoblet fjernvarme fra kraftvarmeværker.

 

Vaskemaskinen skal vaske automatisk

Men selv om varmepumperne er det vigtigste element i vores forsøg på at bruge den overskydende energi, vil det ifølge beregningerne også være gavnligt at indføre såkaldt fleksibelt forbrug. Det vil sige, at el-slugende maskiner skal indrettes sådan, at de automatisk bruger mest strøm, når strømmen er rigelig og billig.

»Med fleksibelt forbrug flytter man automatisk forbruget til det tidspunkt på dagen, hvor det energimæssigt bedst kan betale sig,« siger Brian Vad Mathiesen.

Det sker ved, at elektronik i vores maskiner modtager beskeder om, hvornår der produceres en masse billig strøm. De beskeder betyder, at maskinerne automatisk går i gang og bruger energi.

»Vi skal for eksempel have en automatik i vores frysere, vaskemaskiner og andre maskiner i hjemmet, så de går i gang, når det er fornuftigt i forhold til systemet. Og det er typisk, når prisen på el er lav,« siger Brian Vad Mathiesen.

 

Brintsamfundet udsat

Længere ude i fremtiden vil det blive nødvendigt at supplere med nye teknologier, hvis vi skal nå det politiske mål om at blive selvforsynende med 100 procent vedvarende energi.

For eksempel mener Brian Vad Mathiesen, at vi ikke kan komme helt udenom kraftvarmeværker med brændselsceller der for eksempel kører på brint. Men de ligger et stykke ude i fremtiden.

Sådan fungerer en varmepumpe

En varmepumpe er en maskine, som meget effektivt kan omdanne elektricitet til varme.

Det sker ved, at en fluid (en gas eller en væske - det kunne være CO2 eller en kølevæske) drives rund i et kredsløb på en måde, så varme fra et mindre varmt sted transporteres til et mere varmt sted.

For eksempel kan en varmepumpe tage en del af varmen i en kostald og transportere den over i en vandtank. På den måde kan landmanden tage sig et varmt bad i vand, som er varmet af køerne i stalden.

Kredsløbet funger sådan:

I kostalden er der en vis varme. Den del af kredsløbets fluid der løber i rør ude i kostalden, er i dampform og optager den varme. Dampen føres derefter hen til en kompressor (4). Kompressoren udsætter dampen for et tryk, som betyder, at dens temperatur stiger.

Fra kompressoren ledes dampen ind i en kondensator (1). Dér kondenserer den til en væske, som er varmere end omgivelserne - i dette tilfælde en vandtank - som den derfor afgiver varme til.

Væsken løber derefter igennem en reduktionsventil (2), så trykket - og dermed temperaturen - i den falder yderligere.

Derfra løber væsken ind i en fordamper (3), som igen får den til at fordampe, fordi den har et lavt kogepunkt som følge af, at den er under et lavt tryk. Så løber dampen igen ud i rørene i kostalden, hvor den varmes op, fordi omgivelserne er varmere end den. Osv.

Kompressoren kører på elektricitet, men den forbruger ikke ret meget i forhold til, hvor meget varme maskinen kan afgive. Derfor er en varmepumpe meget effektiv, når strøm skal omdannes til varme.

»Jeg vil udsætte brintsamfundet men ikke aflive det. Brint kan være med til at erstatte brændsel, når vi har brugt andre teknologier til at spare, effektivisere og integrere vindenergi,« siger han.

Desuden er det ikke så vigtigt, at brændselscellerne i fremtidens kraftvarmeværker kører på brint, som at de hurtigt kan skrue op og ned for den producerede mængde strøm. Det vil nemlig gøre det lettere at indrette el-produktionen efter de tidspunkter, hvor vinden blæser.

»Uanset om vi kører brændselsceller i kraftvarmeanlæg på brint, naturgas eller biogas, så er det vigtigt at udvikle cellerne, så vi hurtigt kan variere produktionen på anlægget. På den måde kan brændselsceller effektivt tage over, når der sker et pludseligt fald i den vedvarende energi, der er i systemet. De har potentialet til at kunne regulere bedre end konventionelle teknologier,« siger Brian Vad Mathiesen.

 

Faste politiske mål er nødvendige

Men brint i elproduktionen ligger et pænt stykke ude i fremtiden. Lige nu skal vi til at tage den teknologi i brug, som vi allerede har til rådighed. For eksempel varmepumper.

Men selvom der med regeringens energiforlig i februar kom et øget fokus på varmepumper, mener Brian Vad Mathiesen ikke, at politikerne er ambitiøse nok.

»Folketinget har en officiel vision om, at vi skal have 100 procent vedvarende energi. Men vi mangler et mål for hvornår. Hvis ikke vi får et bud på hvornår, ved vi heller ikke, om de investeringer vi foretager nu passer ind i den langsigtede strategi. Mange nye anlæg har jo en meget lang levetid,« siger Brian Vad Mathiesen.

Hans eget bud på et årstal, der kunne være mål for, hvornår Danmark kan være helt fri af fossile brændsler, er år 2050.

»Men det afhænger af, om vi kommer i gang. Når vi bygger om i vores huse, skal den ombygning stå i mange år. Og nye kraftvarmeværker har en levetid på 30 år. Så vi skal allerede nu til at tænke på at lave de rette investeringer,« siger Brian Vad Mathiesen.

Men for at folk skal blive opmærksomme på, at de bør begynde at indrette deres hverdag en smule anderledes, skal der være en debat om, hvordan den indretning skal være. Og i den forbindelse ser Brian Vad Mathiesen sin afhandling som et bud blandt mange mulige.

»Jeg håber, at der kommer andre bud, fordi det er vigtigt at få en debat om, hvordan vi får 100 procent vedvarende energi i Danmark. Har vi ikke løsningsforslag og debat, bliver politikernes visioner hurtigt luftige,« siger Brian Vad Mathiesen.

Om forskeren

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.