Udfordringer ved vedvarende energi – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Udfordringer ved vedva...

29. januar 2018

Udfordringer ved vedvarende energi

Hej Spørg om Fysik

Jeg har tænkt over hvorfor alle vores energikilder ikke er vedvarende energikilder, og hvad ulemperne og fordelene er ved dem?

Hvordan kan det være så svært at lave den vedvarende energi fremfor den med de fossile brandstoffer?

Alle snakker om den grønne energi, hvorfor bruger vi den så ikke bare? Har det noget med forsyningssikkerheden at gøre?

Jeg håber I kan hjælpe.

Venligst
LF

Vedvarende energi: Det er et stort spørgsmål, det er svært at få alle aspekter med. Af vedvarende energikilder har vi vind, vandbølger, jordvarme, (dvs. dybe boringer som ved nedpumpning af vand kan bringe meget varmt vand op, opvarmet af jordens varme kerne eller på anden måde udnyttelse af kernens høje temperatur), forbrænding af affald, solstråling enten som solfangere eller solceller, afbrænding af træ.

I andre lande med større højdeforskelle har man også regn, dvs. vand der løber nedad i floder som kan opdæmmes, tidevand (f.eks. England og Frankrig).

Vestforbrændingen ved København, affaldsforbrænding

Af disse har kun de sidste den fordel at de kan anvendes til at oplagre energien. Har man altså strøm nok kan man lukke for afløbet og lade vandet i søen stige og så åbne når der er brug for energi, f.eks. i Norge.

Elforbrug i Skandinavien

Norge er det nordiske land, der producerer el på den reneste måde. 99 pct. af produktionen foregår ved hjælp af vandkraft, og kun 1 pct. ved hjælp af olie, gas og kul. Det drejer sig om i størrelsesorden 1224 PJ. Sverige har det største elforbrug i Norden med 2014 Pj Til sammenligning bruger Danmark 708 PJ i 2014. Finland 1448 PJ.

Havvindmøllepark

Produktionen af el baseret på vedvarende energi udgjorde i Danmark i 2015:  56,0% af den indenlandske elforsyning. Heraf bidrog vindkraft med 41,8%.

Biomasse udgjorde 11,0% og solenergi, vand og biogas de resterende 3,2%. 2015 var præget af stor netto-el-import. Danmarks selvforsyningsgrad for energi faldt igen i 2015 og var 89% mod 90% året før. Det betyder, at energiproduktionen i 2015 var 11% lavere end energiforbruget.

Lacour møller, dansk landbrugs elproduktion til gårdene skabt af højskolelæreren P. Lacour omkring 1900 tallet

Problemematisk at oplagre energien

Som det ses kan vi for tiden kun med vedvarende energikilder producere lidt over halvdelen af den energi vi bruger. Det kritiske punkt er oplagring af energi. Hvad gør vi, hvis vi har en uges vindstille f.eks. Det andet problem er, når vi ikke kan oplagre skal vi af med den strøm der produceres af f.eks. vindmøller. Når det blæser her blæser det i reglen også i Nordtyskland, Sydsverige og Norge, så der er ikke brug for overproduktionen, vi skal måske betale for at komme af med den (og det bliver ikke bedre af solceller).

Vi skal altså have løst, hvordan man oplagrer energien så landet kan forsynes i f.eks. en uge dvs. oplagring af ca. 13 PJ (13 000 000 000 000 000 J). Der findes ingen praktisk måde at gøre det i dag, og der kommer tab i alle tilfælde ved oplagringsprocessen.

Endelig vil solceller, vindmøller osv. være placeret helt anderledes end kraftværkerne.

Klynge af landvindmøller

Elbiler belaster el-nettet

Det betyder, at elsystemet skal laves om, hvilket også gælder ved at gå over til elbiler. Der har været regnet på Bornholm med vedvarende elforsyning, el-biler osv. Resultatet synes at være en udgift til omlægning af el-nettet i størrelsesorden 100 milliarder kr. for Bornholm. En superlader til Tesla bruger ca. 150 kW!!

I Tyskland skal man i mange delstater registrere ladestationer til elbiler - også almindelige hjemmeladere. Det er fordi elnettet mange steder ikke kan klare belastningne så el-nettet i det mindste i de fleste byer skal ændres meget ved overgang til el-biler. Prøv at tænke på forsyningen til beboerne i et højhus med måske 100 elbiler.

Solcelleanlæg

Fuld overgang til solceller og vindmøller vil give tilsvarende problemer

Vi har så ikke indregnet de ressourcer der kræves og forbruges ved konstruktion af møller, solceller, biomasseværker osv. og vedligeholdelsen betyder udskiftning med mellemrum (det gør man sjældent i i politisk omtale). Det har tilsyneladende f.eks. ifølge aviserne vist sig, at møllevinger på havvindmøllerne slides ret hurtigt, så mange snart skal udskiftes. Jeg kender ikke prisen på nye vinger, men specialskibe til transport og montering må være i millionklassen.

Udfordringerne: Udbygning, oplagring og vedligeholdelse 

Altså, vi har alt for lidt vedvarende energikilder til at forsyne os, og udbygning er dyr. Vi kan ikke have forsyningssikkerhed før el-nettet er tilpasset produktion ved vedvarende energikilder. Vi kan ikke klare os med disse kilder uden at kunne oplagre energi på landsplan til vindstille og solløse perioder, og vi kan ikke komme af med overskudsenergi uden oplagring.

Solvarmeanlæg

Det kan slet ikke klares på landsplan med batterier af typer, som kendes i dag. Vi har allerede nu svært ved at tilpasse energiproduktionen til det svingende forbrug, f.eks. i dele af Sjællandsområdet med elektroniske el-målere er priserne: Fra kl. 17-20 i vinterhalvåret (oktober til marts) er tariffen 83,50 øre/kWh (med moms). På alle andre tidspunkter i løbet af året er tariffen 32,36 øre/kWh (med moms). Til sammenligning er tariffen for en årsaflæst kunde p.t. 37,51 øre/kWh (med moms).

Der skal nok komme flere dyre perioder, så vi for fremtiden skal vaske mm. fra kl. 0100 til 0500,  hvor strømforbruget ellers ikke er stort. Der kommer altså en række ulemper i forhold til i dag. Investeringerne i disse kilder, det er ikke gratis og skal også betales, og det skal vedligeholdelsen også.

Vandkraftanlæg (kræver desværre bjerge)

Er solceller fremtiden?

Vi er på vej mod at få større dele af vort energiforbrug via vedvarende kilder, men der går mange år før det meste er vedvarende. Det kommer til at koste mange penge at etablere, og efterhånden at vedligeholde (man antager at solceller holder mere end 10 år, men at effektiviteten falder med årene). Vi nedtager små ældre vindmøller i dag, de kan ikke svare sig i vedligeholdelse osv. (og en del sælges til lande i Afrika).

Det er klart, at vi på langt sigt skal ende på vedvarende energikilder stort set, olie og kul er alt for værdifulde produkter til at brænde af, det har mange andre anvendelser f.eks. plastik kemikalier osv. - og kul desuden til stålproduktion.

Jordvarmeanlæg Island

Der er ting der kun vanskeligt kan bruge vedvarende kilder f.eks. passagerfly, store fragtbåde, biler som skal køre i primitive områder uden opladningsmuligheder, så der vil stadig være brug for andre energikilder.

Er Atomkraft en del af løsningen?

Der forskes i løsningen af disse problemer, men løsningen er der slet ikke endnu her i Danmark, selv om vi arbejder på det.

Skal man lave en samlet vurdering over hvor energien skal komme fra i fremtiden, må man for det første inddrage, at folk i ulandene ønsker samme standart sóm os, og herunder levetid som industrilandene - dvs. at der er i størrelsesorden milliarder som skal bruge meget mere energi. Dernæst må man nok inddrage alle aspekter dvs. også vurdere atomkraft.  

Højtemperatur solenergianlæg

Jeg er ikke bekendt med, at nogen person er død direkte som følge af uheld på en kraftværksreaktor i vestlige lande. Der er personer som har fået stråling, som muligvis kan fremkalde kræft - de der har fået store doser følges nøje. De der vil dø, er intet imod hvor mange der dør på grund af det voksende kulforbrug i verden. (Der er andre reaktorer end kraftværksreaktorer til fremstilling af a-våben. USA’s Ubåde har en reaktor. Da Nautilus skulle bygges valgte flåden at udvikle letvandsreaktorer, derfor er det disse reaktorer, der er de mest udbredte.)

Der er to alternativer til letvandsreaktoren

Thoriumreaktoren, som ikke kan nedsmelte og breederreaktorer, som giver langt mindre affald, og dette affald er mere kortlivet (ventetid for alm reaktor omkring 5-10000 år, breder omkring 500 år).

Breeder reaktoren er i stand til at ”brænde” oplagret atomaffald fra letvandsreaktorer, vi kommer så af med det problem, så der bliver langt mindre affald, og det er mindre aktivt. En sådan helt moderne reaktor er bygget i USA, men kongressen stoppede den politisk efter igangsættelsen, princip: da republikanerne er for, var demokraterne naturligvis imod (selv om de går ind for en grøn politik).

Over 90 % af Frankrigs energiforsyning er atomreaktorer, begrundelse ingen CO2, ingen røg eller støv, en ren energiproduktion og sikker inergiproduktion. De eksporterer en del.

Udviklingen af energikilder i verden

Tredobbelt udledning fra kul i 2030

Om verdens langt største energikilde, kul, skriver DR: I 2030 vil udledningerne fra kulkraftværker i de sydøstasiatiske lande samt Japan, Sydkorea og Taiwan være tredoblet. Som følge heraf vil op mod 70.000 personer hvert år lide en for tidlig død. FN forventer, at der går 40 år før grønne energikilder er oppe på at dække 80 % af energien, noget afhængigt af hvor hurtigt U-lande ønsker at modernisere (der er stadig kul i jernfremstilling, olie i fly og skibsfart, noget biltrafik og øde steder eller steder med lidt sol og ustabilt vejr).

Fremstilling af solceller er også en ret ”giftig” proces med ikke ufarligt affald. Vi skal afgøre hvad vi gør i mellemtiden. Man bør danne et samlet billede, og ikke bare se snævert på det man kalder grøn energi. Man skal også gøre sig klart, at disse ”grønne” energikilder slides, dvs. der kommer en stadig voksende udgift til produktionsapparatet f.eks. udskiftning snart på mange møllevinger på havvindmøller.

Det er ialt enormt kompliceret i sig selv, og bliver yderligere komplekst af, at afgørelserne ikke nødvendigvis træffes ud fra logik og viden, men også fra holdninger og følelser.

Med venlig hilsen
Malte Olsen