Figur 1. I Tyskland har hela landskap fått en skog av vindkraftverk

Varning: Detta är en lång och sifferspäckad sammanfattning av ett synnerligen viktigt föredrag om mötet mellan ”Energiewende” och verkligheten. Den är litet jobbig att läsa, men ger dig en initierad bild av problemen med ”förnybart” snabbare än att lyssna på föredragets hela timme.

Det hölls vid möte med Klimarealistene i Norge den 9 april 2019 av Dr Ing Hans Konrad Johnsen, som varit utvecklingschef vid ett norskt oljebolag. Det hade titeln:

«Tysklands feilslåtte grønne energisatsning»

Författare är Staffan Granström, som är ingenjör och i sin ungdom arbetat för ASEA med elkraftförsörjning av elektriska ugnar och på senare år som egen företagare och konsult med bl.a. elkraftförsörjning och processteknik för stålindustrier internationellt.

+ – + – + – +

Häromdagen lyssnade jag på ett intressant föredrag av Dr Ing Hans Konrad Johnsen om Tysklands gröna energisatsning, det s.k. Energiewende. Det som slog mig efteråt är hur jakten på att minska utsläppen av CO₂ förblindat Tysklands politiker och energimyndigheter så att inga konsekvensanalyser gjorts.

Enligt plan skall Tyskland innan år 2050:

1. Stänga all kärnkraft innan år 2022, vilket skapar ett underskott på 10 GW.
2. Öka energieffektiviteten med 50 %.
3. Producera 60% förnybar effekt.
4. Stänga elproduktion med kol- och gaskraft samt ersätta den med förnybar el: i första hand vindkraft, vilket är totalt omöjligt under ett dygn utan vind, eftersom 100% ersättningseffekt saknas.
5. Reduktion av CO₂ utsläpp med 80-95%.

Efter stängning av kärnkraft samt kol- och gaskraft, som idag är ”back up” kraft, så kommer det att bli problem, oavsett hur många vindkraftverk som installeras, eftersom medelnyttjandegraden är lägre än 22%. Den installerade effekten i vind- och solkraft är idag ca 100 GW. Under en blåsig dag är utnyttjandegraden < 40 %.

Figur 2. Installerad effekt för vindkraft och solkraft samt antal vindkraftverk och landareal för vindkraftsparker och solkraftsparker.

De installerade effekterna i tabellen ovan avviker något från de siffror för år 2015 som analyserats nedan av Hans Konrad Johnsen.

En reduktion av planerade CO₂ utsläpp på 80-95% innebär en utsläppsnivå motsvarande den nivå Tyskland hade omkring år 1870. Man kan ju fråga sig hur realistiskt detta är.

År 2015 var den maximala elproduktionen 89,5 GW under december med en medeleffekt av ca 68,2 GW. De installerade effekterna på vindkraft var 44,6 GW, solkraft30,3 GW, biokraft9,0 GW och vattenkraft 5,6 GW. Totala elenergiförbrukningen under 2015 var ca 597 TWh.

Bioenergikraft

Enligt tankesmedjan ”Agora Energiewende” kommer bioenergin inte att byggas ut och begränsas till 9 GW. Orsaken är brist på biobränslen och kostnader.

Vattenkraft

Max installerad vattenkraft är ca 5,6 GW. Utnyttjandegraden, ca 2,3 GW, är låg eftersom vattenkraften utnyttjas för reglering runt toppeffektbehovet. Man ser inga möjligheter att bygga ut vattenkraften.

Vindkraft

Max installerad effekt 2015 var 44,6 GW med medeleffekt av 9,7 GW. Utnyttjandegraden 2015 var endast 1.896 timmar eller ca 21,6% av installerad effekt. Netto årsproduktionen är ca 84,6 TWh. För att täcka max effektbehovet med enbart vindkraft, måste vindkraftsparkerna ökas med 5 gånger fler vindkraftverk, vilket ytterligare kommer att förstöra naturen och miljön.De flesta vindkraftsparkerna är installerade i norra Tyskland. Enligt Agora är vindkraften ett av de två elkraftsslagen, som kommer att prioriteras.

Solkraft

Den installerade effekten 2015 var 30,3 GW med en medeleffekt av 4,2 GW. Utnyttjandegraden 2015 var endast 936 timmar eller 10,7 %. Netto årsproduktionen var 36,8 TWh. Stora oplanerade variationer i effektproduktion bidrar till destabilisering av 50 Hz frekvensen i kraftnätet. Huvuddelen av solkraftsparkerna är installerade i södra Tyskland. Enlig Agora är solkraften det andra av de två elkraftsslagen som kommer att prioriteras.

Best Case

Vid ett ”Best Case” scenario kommer biokraft, vattenkraft, solkraft och vindkraft att täcka 95 % av max effektbehovet, men under en väldigt begränsad tid:  kl.10-17 en sommardag. Det resterande kraftbehovet måste tillföras med kol-, gas- eller kärnkraft, som då ger en överskottseffekt på ca 10%, som man vill exportera. Detta överskott vill ingen ha då det inte är fossilfritt, varför de tyska elkonsumenterna måste betala ett överpris på ca 0,13 €/kWh.

Worst Case

Emellertid måste elförsörjningen klara ett ”Worst Case” scenario, som inträffar under resten av året. Som exempel anges en dag under maj 2016 vid 21-tiden, då behovet var 98,5 GW och den fossilfria elen endast 9,8 GW, dvs 9,9 %. Mesta parten av fossilfri el var biokraft och vattenkraft. Vind- och solkraft producerade endast 0,73 GW av den installerade effekten 86 GW, dvs 1,38%.

Hur ofta inträffar ”worst case” för vindkraften?

Ca 31% av tiden är dess produktion < 10%

Ca 74% av tiden är dess produktion < 30%

Ca 91% av tiden är dess produktion < 50%

Ca 99% av tiden är dess produktion < 70%

För solkraften inträffar ”worst case”

Ca 58% av tiden är dess produktion 0% (sen kväll, natt och tidig morgon)

Ca 66% av tiden är dess produktion < 10%

Ca 86% av tiden är dess produktion < 30%

Ca 96% av tiden är dess produktion <50%

Ca 0,6 %  av tiden är dess produktion >60%

Stabilisering av Elnätet

Ett stabilt elnät är ett måste. För att hålla frekvensen stabil mellan 49,9 och 50,1 Hz måste en perfekt balans råda mellan konsumtion och produktion av el. Alltför stor produktion ökar frekvensen och alltför låg produktion minskar frekvensen.

Det är väldigt viktigt att hela elnätet svänger med samma frekvens. Om en del av nätets frekvens ändras för mycket, tar det inte lång tid till dess att vissa delar av nätethamnar i motfas. Med olika frekvens i ändarna på ett ledningsnät uppstår efter ett tag spänningar som ligger i motfas och ger oacceptabelt stora strömmar, som löser ut kraftnätet.

Generatorer för vatten-, kol- och kärnkraft har fördelen med stora roterande massor, s.k. ”inertia” som stabiliserande faktorer på elnätets frekvens. Vind- och solkraft har inte denna stabiliserande effekt på frekvensen utan orsakar istället destabiliserande problem. Vid stora förändringar av effektbehovet, t.ex. vid inkoppling av aluminiumsmältverk eller urkoppling av kraftstationer, måste stora insatser göras av nätoperatörerna, för att hålla elförbrukning och elproduktion under kontroll och i fas. Tyskland har haft många sådana problem till följd av okontrollerbara inkopplingar och urkopplingar av stora effekter.

Befintliga kolkraftverk och kärnkraftverk kan inte startas upp momentant utan måste vara inkopplade till nätet som back-up med fasta pådrag, vilket bidrar till ökade utsläpp och kostnader för i första hand privata elkonsumenter, eftersom industrikonsumenter har bättre avtal med elbolagen.

Back-up effekt från övriga Europa?

Dessvärre är det svårt att utnyttja vindkraftsproduktionen i Europa därför att vindarna oftast är i fas. Blåser det mycket i södra Europa blåser det och mycket i norra Europa och tvärtom.

Dubbelt elkraftsystem

Länder som Tyskland och Danmark är de två länder som har mest installerad vindkraftsprodukton, som dessutom måste ha konventionella kraftsystem som back-up och för att stabilisera nätfrekvensen, i förhållande till andra länder i Europa. Detta ökar kostnaderna för elkonsumenterna. Kostnaderna för tyska och danska elkonsumenter, ca 0,30 €/kWh, är därför väsentligt högre än i andra europeiska länder.

Med den intermittenta elproduktionen från vind och sol, hur kan Tyskland matcha grön energiproduktion och krav från marknaden?

Eftersom vind- och solkraft är mycket oregerlig, finns det då möjlighet att matcha förbrukning och produktion av energin från vind och sol?

Energilagring

Agora Energiewende har ej angett något förslag på energilagring av vind- och solkraft förutom att värma vatten

Tysklands ambitioner

Tysklands ambitioner är att producera all el fossilfritt efter att ha stängt alla fossila- och kärnkraftverk.

Det innebär att vind- och solkraftsproduktionen måste öka med en faktor 4,3 eftersom man bestämt att vatten- och biokraft inte kan ökas.

Vad är konsekvenserna av detta?

Tyskland kommer inte att kunna möta behovet av elektricitet med vind- och solkraft p.g.a. ekonomiska skäl och tillgänglighet av land- och vattenytor. Utan lagring av energi kan inte Tyskland stänga kol- och gaseldade kraftverk, p.g.a. behov av nästan 100 % ”back-up” effekt med kort varsel. I tillägg behövs de också för att underhålla en stabil nätfrekvens.

Tyskland hade en gång en stabil elkraftsproduktion och billig elenergi.

Efter att spenderat nära 1000 milliarder EURO har Tyskland nu fått ett ostabilt system och en mycket kostsam elproduktion.

De har förstört sin natur och miljö genom ett otal installationer av vind- och solkraftverk, som kommer att få konsekvenser på fågel- och insektsfaunan.

De kommer inte att nå målen om grön fossilfri elproduktion och reduktion av CO₂ utsläppen med 80 – 95 %.

De kommer inte att kunna målen utan kärnkraft.

Föredraget fortsatte med en redogörelse för tillgängliga sätt att lagra energi, vilket refereras här i nästa post.

Staffan Granström

+ – + – + – +

by