Havmøller slår landmøller: Mindre overløb og mindre elmangel

En kWh er ikke bare en kWh. Markedsværdien af en produceret kWh er ikke den samme for havvindmøller og landvindmøller – og havmøllerne har andre små, men afgørende fordele over landvinden. Dem fremlægger konsulent Paul-Frederik Bach i dette Synspunkt.
Brødtekst

Vindkraft er blevet en dominerende kilde til el i Danmark. Udbygningsplanerne forudsætter nye vindmøller både på land og på havet. Det hævdes, at begge dele er nødvendige for opfyldelsen af klimamålene.

Det er en pligt for kommunerne at finde egnede steder til opstilling af store vindmøller på land. Befolkningen begynder at finde tætheden af møller generende, og modstanden mod nye mølleparker på land er voksende.

En mølle på havet koster rundt regnet 50 procent mere end en mølle på land, og den producerer rundt regnet 50 procent mere. Umiddelbart skulle landmøller og havmøller derfor være nogenlunde lige gode. Der er imidlertid andre og mindre kendte fordele i havmøllernes favør. 

Energi fra land- og havmøller har ikke samme markedsværdi

Data for 2020 er valgt til en sammenligning af vedvarende danske kilder til el.

Den danske produktion af VE-elektricitet udgjorde 50 procent af elforbruget (figur 1). Benyttelsestiden antyder, at produktiviteten var 62 procent højere for havmøller end for landmøller.

Figur 1

El fra sol og vind i Danmark i 2020

Illustration: Paul-Frederik Bach

En kWh er ikke bare en kWh. Markedsværdien af en produceret kWh er ikke den samme for havvindmøller, landvindmøller og solceller.

Vindkraftens variationer skaber tilsvarende udsving i timepriserne på spotmarkedet. 

figur 2 viser prisvariationerne for Vestdanmark i marts 2020.

Figur 2

Spotprisvariationer i Vestdanmark

Illustration: Paul-Frederik Bach

El fra styrbare energikilder opnår en højere markedsværdi end el fra fluktuerende energikilder. Den gennemsnitlige markedsværdi findes ved multiplikation af produktion med pris for hver time. Summen bliver et vægtet gennemsnit.

Figur 3 viser markedsværdier for forbrug, produktion og udveksling af el i 2020.

Havmøllernes produktion er 11 procent mere værd end landmøllernes. Energi fra solceller er 26 procent mere værd end fra havmøller, selvom produktiviteten, belastningsfaktoren, er meget lavere end for vindkraft. Forklaringen på dette paradoks er, at el fra solceller har en positiv korrelation med markedspriserne, det vil sige størst produktion når prisen er høj, mens den tilsvarende korrelation for vindkraft er negativ.

Figur 3

Store forskelle i markedsværdier

Illustration: Paul-Frederik Bach

En økonomisk sammenligning mellem landmøller og havmøller bør omfatte både forskellen i produktivitet på 62 procent og forskellen i markedsværdier på 11 procent.

Det må bero på detaljerede analyser i hvert enkelt tilfælde, om disse forskelle kan udligne ekstraudgifterne ved bygning af havmøller.

Figur 3 viser også, at eksport af overløbsenergi kan være en dårlig forretning. For hver MWh, der i 2020 blev lagt på lager i udlandet, kunne Danmark kun købe 0,26 MWh tilbage, hvilket gør udlandet til et ineffektivt lager.

Disse resultater bygger på markedsforholdene i 2020. Andre år vil være anderledes. Under alle omstændigheder må det forventes, at mere vindkraft og mindre styrbar produktion i Danmark og i nabolandene giver stadig større variationer af priserne i spotmarkedet.

Den egentlige forskel

Vi kan sammenligne produktionsprofilerne for landmøller og havmøller for et år ved at sortere produktionen per time fra den største til den mindste værdi. Resultatet kaldes en varighedskurve. Kurverne for land- og havmøller justeres til begge at indeholde én TWh (figur 4).

Figur 4

Mere jævn produktion fra havvind.

Illustration: Paul-Frederik Bach

Kurverne viser, at i vindstille, længst til højre, kan hverken land- eller havmøller bidrage til elforsyningen. Landmøllerne har en forholdsvis større del af deres produktion i de mest blæsende perioder, længst til venstre på kurverne, og det falder sammen med forekomsten af el-overløb, det vil sige at en forholdsvis større del af landmøllernes produktion risikerer at gå til spilde.

Landmøller giver mere el-overløb og mere elmangel end havmøller

Det typiske elforbrug er ret ufølsomt over for prisvariationer. Elforbrugerne har endnu ikke lært at tilpasse deres elforbrug til det aktuelle udbud. Man har i årtier undersøgt nye veje til en mere fleksibel efterspørgsel efter el, men hidtil med magre resultater.

Energistyrelsen har fremlagt en “Markedsmodel 3.0”. Der forventes en betydelig forøgelse af elforbruget, men med nye typer efterspørgsel, som er forberedt på hyppige afbrydelser og dermed lave årlige benyttelsestider.

Rapporten fra Energistyrelsen anerkender, at den styrbare produktion også skæres ned i nabolandene, og at Danmark derfor ikke kan regne med samme støtte til udligning af ubalancer som hidtil.

Dette sætter de danske udfordringer i relief. I stille perioder må elforbruget begrænses til den tilbageværende styrbare kapacitet, mens spild af energi synes at være uundgåeligt, når det blæser.

Dette kan illustreres med en enkel beregning baseret på tidsserier fra 2020 for elforbrug, energi fra landmøller, energi fra havmøller og solenergi.

Energistyrelsen har publiceret et sæt anbefalede data til energianalyser for perioden indtil 2040, AF20. Baseret på AF20 antages følgende data for 2040:

  • Totalt dansk elforbrug: 70 TWh
  • Vindenergi: 72 TWh
  • Solpaneler: 9 GW, 12 TWh
  • Styrbar reservekapacitet: 3 GW
  • Power to X (PtX): 3 GW

Derved overstiger den årlige elproduktion forbruget med 14 TWh.

Der beregnes en balance for hver time gennem et år. Resultaterne sorteres til en varighedskurve. Der er undersøgt to tilfælde. I det første tilfælde er der kun havvind (figur 5). Til sammenligning er der i det andet tilfælde halvt af hver, altså 50 procent energi fra landmøller og 50 procent fra havmøller (figur 6).

Figur 5

Dk 2040 med 100 procent havvind

Illustration: Paul-Frederik Bach
Figur 6

DK 2040 med lige dele land- og havvind.

Illustration: Paul-Frederik Bach

I dette forenklede eksempel er midlerne til balancering 3 GW PtX, styrbart forbrug, og 3 GW reservekapacitet ,styrbar produktion. I eksemplet vil der med fuld udnyttelse af disse muligheder stadig være el-overløb i 40 procent af timerne og elmangel i 24 procent af timerne.

I tilfældet med 50 procent landvind er der lidt mere overløb og lidt større elmangel (figur 6), men udfordringerne vil være de samme i begge tilfælde.

Dilemmaet er, at yderligere PtX og ekstra reservekapacitet vil få lave udnyttelser og dermed ringe økonomi. Uanset valget af nye markedsarrangementer vil tilgangen af fluktuerende kilder medføre øgede omkostninger.

Spørgsmålet er, om nye forbrugsrutiner vil kunne absorbere energimangler og energioverskud i tilstrækkelig grad inden 2040. Vil virksomheder og slutforbrugere til den tid opfatte den mere uregelmæssige forsyning som et rimeligt serviceniveau?

Landmøllernes skjulte omkostninger

Beregningerne i denne note er ikke prognoser, men eksempler, som viser en marginal fordel ved havmøller i form af mindre overløb og mindre elmangel end for landmøller (figur 5 og 6). Forskellen vil øges med den voksende andel af vindkraft i Europa.

Hertil kommer havmøllernes højere produktivitet og større markedsværdi af produktionen.

I sammenligningen med havmøller har landmøller desuden nogle eksterne omkostninger i form af støj og landskabsforurening.

Eksterne omkostninger beror i væsentlig grad på skøn. Det er uden for denne notes formål at anslå eksterne omkostninger, men det må være rimeligt, at alle ulemper og ekstra omkostninger tages i betragtning, når der i udbygningsplanerne skal tages stilling til balancen mellem landvind og havvind.