Professor Jacob Østergaard: De nye energiøer skal bygges smart – ellers bliver de en dyr investering uden fremtidssikring

Professor Jacob Østergaard: De nye energiøer skal bygges smart – ellers bliver de en dyr investering uden fremtidssikring

04.02.2021


Folketinget har besluttet, at vi skal bygge to energiøer i dansk farvand. Tilsammen kan de dække to tredjedele af Danmarks elbehov og sende olie- og kulfyrede kraftværker på pension. Men er det, der bliver Danmarkshistoriens største anlægsprojekt, en god og realistisk ide? Hvis ikke de skal blive en dyr og dårligt fremtidssikret investering, skal vi bygge dem smart. Vores forskning peger på både udfordringer og løsninger i den proces.



Kommentar af Jacob Østergaard, professor og centerleder på Center for El og Energi, DTU Elektro

Regeringen har besluttet, at der inden 2030 skal bygges to danske energiøer med tilknyttede havvindmølleparker i dansk farvand: Én i Nordsøen på 3 gigawatt (GW) og på sigt helt op til 10 GW (dvs. mellem 3 og 10 mia. watt), som netop i dag er blevet aftalt af et bredt flertal i Folketinget, og én i Østersøen på 2 GW. De bliver verdens første af sin art, hvilket giver Danmark et forspring i udviklingen af den næste generation af vindenergiteknologi til havs.

Ifølge Klima-, Energi-, og Forsyningsudvalgets beregninger er der over 180 GW at hente alene i den stormomsuste Nordsø, hvilket kan dække størstedelen af elforbruget i hele Nordeuropa. Hvis det lykkes os at komme først med en løsning, kan danske virksomheder fortsat lægge sig stabilt i spidsen for udvindingen af grøn vindenergi på havet i de kommende årtier. Et nyt grønt forretningseventyr – som erstatning for Nordsøolien og dens arbejdspladser – ser ud til at være sikret.

Men klimaet har ikke tid til luftkasteller eller fejlslagen strategi og investering. Så er energiøer, der kan høste kolossale vindpotentialer langt ude på havet, virkelig en god og realistisk idé?

På DTU forsker vi i, hvordan man kan etablere energiøer i Nordsøen. Vores forskning viser, at der er to mulige veje at gå, når der skal bygges energiøer: Den dyre eller den smarte.

 

Hvis vi blot sætter kendte teknologier som havvindmøller og power-to-X sammen, som de er, bliver energiøerne unødigt dyre og kommer til at mangle fremtidssikring
_______

 

Brug for et smart koncept i en fart
Hvis vi blot sætter kendte teknologier som havvindmøller og power-to-X sammen, som de er, bliver energiøerne unødigt dyre og kommer til at mangle fremtidssikring.

Power-to-X er betegnelse for teknologier, der kan producere brint (og andre syntetiske brændstoffer) ved hjælpe af elektricitet. Første led er elektrolyse og går ud på, at man fører jævnstrøm gennem en væske fx vand, hvorved man spalter hydrogen (brint) fra og opsamler gassen. Selvom elektrolyse er en velkendt teknologi, der blev udviklet i slutningen af 1800-tallet, er den stadig dyr – både i investering og drift.

Dertil kommer den manglende fremtidssikring. Dilemmaet er nemlig, at energiøerne bør bygges med blik for både den nære og fjerne fremtid. Vi har travlt med at komme i gang med at bygge de to første øer, så de står klar i 2030. Samtidig er det afgørende, at øerne og den tilknyttede infrastruktur på sigt kan udvides til større kapacitet og flere øer, som kan sammenkobles og fungere effektivt sammen. Set fra et forskningsperspektiv er det derfor nødvendigt at modulopbygge øerne a la legoklodser, hvis vi skal bygge dem så billigt og effektivt som muligt på både kort og lang sigt.

Men vigtigst er det at bygge smart. Altså at vi bygger øerne, så vi tilretter og sammentænker eksisterende teknologier på nye måder og benytter digitalisering og data til at få mest mulig grøn energi for pengene. Fremtidige generationer af energiøer bør fx designes til at kunne producere både elektricitet og brint, men også være indrettet til at kunne omdanne en del af brinten til flydende skibsbrændsler som ammoniak og grønt flybrændstof. På sigt vil skibe derved kunne tanke op ved en energiø ude på havet, og man vil spare fx rørledninger til land.

Som illustration på, hvor vigtigt det er at bygge smart, kan jeg nævne eksempler fra vores forskning. Alene ved de to tiltag, som jeg vil gennemgå herunder, kan samfund og borgere spare 20 milliarder kroner på en 10 GW-energiø – det vil som sagt sige en energiø med en kapacitet på 10 mia. watt.

 

[D]a der ikke er forbrugere sluttet direkte til en energiø, og øen er tilsluttet med en jævnstrømsforbindelse, udgør øen et isoleret vekselstrømssystem. Det vil sige, at der ikke er behov for at stille de samme krav til komponenterne på energiøen
_______

 

Frigør udstyr fra overflødige krav
Det første tiltag hænger sammen med de tekniske krav, som alle elektriske enheder skal leve op til for at sikre et pålideligt og sikkert elsystem.

I dag, når man bygger havmølleparker, skal alt udstyr – inklusive hver enkelt havvindmølle og det tilknyttede transformerudstyr m.m. – overholde de tekniske krav, og det er forbundet med betydelige omkostninger.

Hvis vi ser på en energiø, vil situationen være den samme; hver enkelt vindmølle, transformer og power-to-X-enhed skal overholde disse krav. Det kan for eksempel være krav til møllerne om at kunne bidrage til at styre den elektriske spænding i det elnet, man slutter dem til.

Men da der ikke er forbrugere sluttet direkte til en energiø, og øen er tilsluttet med en jævnstrømsforbindelse, udgør øen et isoleret vekselstrømssystem. Det vil sige, at der ikke er behov for at stille de samme krav til komponenterne på energiøen, hvis blot kabelforbindelserne fra energiøen og ind til land, hvor borgere skal bruge strømmen på sikker vis, opfylder kravene.

Ved at frigøre energiøer for kravene til de enkelte havvindmøller og de tilknyttede transformerstationer kan vi forenkle teknologien i møllerne og transformerstationerne, hvilket vil føre til betydelige besparelser. Det eneste, det kræver, er, at kravene flyttes fra selv øen til kabelforbindelsen ind til land med tilhørende konverterstationer. På den måde er det kun det sidste led, inden elektriciteten sendes ud til forbrugerne, der skal opfylde kravene, hvilket er både billigere og mere enkelt teknologisk set.

 

Der er åbenlyse fordele ved at lade brintproduktionen ske i eller ved selve møllen
_______

 

Power-to-X ude på havet
Det andet tiltag bidrager til at gøre elektrolyse til havs konkurrencedygtig. Elektrolyse er som nævnt den centrale teknologi i power-to-X, der muliggør produktion af brint.

Store aktører som fx Siemens Gamesa arbejder netop nu på at udvikle vindmøller med indbyggede elektrolysesystemer. Derved får man power-to-X-havvindmøller, der både kan producere elektricitet og brint via et elektrolysesystem, der er indbygget i møllens tårn eller fundament.

Der er åbenlyse fordele ved at lade brintproduktionen ske i eller ved selve møllen. Eksempelvis sparer det kostbar, fysisk plads til havs, hvor hver kvadratmeter tæller. En mølle med elektrolyseanlæg kan desuden styres mere effektiv som én enhed frem for to uafhængige, og den er billigere i produktion og drift, da møllen og elektrolyseproduktion kan dele udvalgte komponenter og infrastruktur.

Fremtidens power-to-X-mølle bør ydermere designes, så den er ”smart”. Smart skal forstås som en teknologi, der har mange egenskaber og derfor kan tilpasse sig mange forskellige behov. Ligesom vores telefoner gik fra udelukkende at være et opkaldsværktøj til at blive en smart phone, der kan rumme services og apps som kamera, internet, spil, netbank m.m.

Derved vil power-to-X-havvindmøllen kunne øge værdien af den energi, den producerer. Fx vil den kunne regulere og styre den mængde strøm og brint den producerer til el- og gassystemerne alt efter behov.

 

De enorme mængder el, energiøerne vil producere, skal altså med det samme kunne afsættes til forbrugere, elbiler og varmepumper – ellers bryder nettet sammen
_______

 

Elnettet forstyrres af svingende mængder strøm
Talen falder ofte på power-to-X i denne tid. Men vi skal huske, at vi først og fremmest skal elektrificere alt det, som giver mening at sætte strøm til, fx varmeforsyningen og den indenlandske vej- og skibstrafik. For der går energi tabt, hver gang man omdanner el til brint. Energitabet er langt mindre i en fuld elektrisk løsning, end hvis man først skal lave brint eller flydende brændsler. Vi skal derfor kun bruge power-to-X, dér hvor behovet ikke kan dækkes på anden vis.

Vi har desuden hårdt brug for den grønne elektricitet fra energiøerne til den stigende elektrificering af samfundet. En stor del af vores forskning fokuserer derfor på, hvordan vi effektivt og sikkert integrerer energiøerne i elsystemet. Elnettets fysik kræver, at der er 100 procent balance mellem produktion og forbrug af elektricitet sekund for sekund. De enorme mængder el, energiøerne vil producere, skal altså med det samme kunne afsættes til forbrugere, elbiler og varmepumper – ellers bryder nettet sammen. Internt på energiøen må systemet også være i fuldkommen balance. Én fejl på øen vil ellers kunne brede sig ud i det danske elnet og mørklægge gader og stræder med lynets hast.

Danmark har gennem årtier haft 15 store, stabile kul- og gasfyrede kraftværker, som teknikere kan skrue op og ned for, for at matche det forventede forbrug. Energiøernes fornemmeste opgave er at udfase disse. Men kraftværkerne har en fysisk evne til at stabilisere systemet, som er altafgørende for dets funktion, og som vi med nye intelligente styringsmetoder skal lære at efterligne ved hjælp af energiøerne.

Forestil dig en ladcykel læsset med 6 fyldte ølkasser. Den er tung at få i gang og har lang bremselængde, men er let at styre og ligger stabilt på vejen. Hvis kæden falder af, fortsætter den et godt stykke fremad, selvom man ikke træder i pedalerne. Sådan fungerer et konventionelt kraftværk – langsomt og stabilt. Det tager tid at starte op, men hvis der sker en fejl i systemet, mens det er i gang, sikrer det, at systemet kan køre videre et stykke tid, hvilket giver mulighed for at genoprette balancen imens.

Energiøerne vil derimod være koblet sammen med flere tusinde havvindmøller. Det svarer til at skulle styre ikke bare én, men tusindvis af ultralette racercykler, der drøner afsted i det samme cykelløb. De er lynhurtige til at komme ud ad starthullerne, lette at bremse, men ligger ustabilt på vejen og er lette at slå ud af balance. Hvis én cykel vælter, kan uheldet brede sig i hele feltet.

Vi har endnu ikke færdigudviklet de gode og omkostningseffektive løsninger til at styre energiøerne. Det er derfor vigtigt, at det fortsat bliver adresseret i de kommende års forskning.

 

Energiøerne har et enormt potentiale: De kan blive en hjørnesten for effektiv grøn omstilling af først Danmark, så Europa og på sigt resten af verden
_______

 

En god idé, der kræver yderligere forskning
Energiøerne har et enormt potentiale: De kan blive en hjørnesten for effektiv grøn omstilling af først Danmark, så Europa og på sigt resten af verden. Vi vil kunne opnå en årlig CO2-reduktion på 3,4 millioner tons som følge af øerne og de øvrige elementer i klimaaftalerne fra 2020.

Energiøerne vil tilmed udgøre det nødvendige teknologispring – på linje med skiftet fra landbaserede vindmøller til offshore vindmølleparker – der kan sikre en fortsat verdensledende dansk vindmølleindustri.

Men de er ikke en fremragende løsning for Danmark, hvis vi misser chancen for et nyt Nordsøeventyr på grund af nøl eller dropper fremtidssikringen og brænder store investeringssummer af til fordel for at kaste os først over målstregen.

For at reducere de enorme investeringer og designe fremtidens mest effektive måde at dække vores energibehov på, skal energiøerne designes smart – og i en fart. Her står forskningen klar til at hjælpe. ■

 

For at reducere de enorme investeringer og designe fremtidens mest effektive måde at dække vores energibehov på, skal energiøerne designes smart – og i en fart
_______

 



Jacob Østergaard (f. 1969) er professor og centerleder på Center for El og Energi, DTU Elektro. ILLUSTRATION: Vindmølleskibet Fred. Olsen Windcarrier i havgus på Esbjerg Havn set fra Langelinie i Nordby på Fanø. [Foto: Jens Christian Top/Ritzau Scanpix]