Vindkraft er stadig en teknologi, der skal modnes

Brødtekst

Vindkraft både onshore og offshore beskrives i stigende grad som en moden teknologi. Det kan ses i de utrolige præstationer, der gennem de seneste årtier har reduceret omkostningerne til vindenergi og gjort vindkraft til en af de billigste kilder til elektricitet.

Men vindkraftteknologien er stadig ikke fuldt ud moden. Den er snarere i gang med at modnes.

For at udfolde vindkraftens fulde potentiale og frigøre de store vindressourcer rundt om i verden er vi nødt til at løfte vores kompetenceniveau, viden og de teknologiske løsninger op på et nyt niveau. Vi har brug for at mestre fysikkens og systemets dynamik; vi er nødt til at forstå materialerne, og vi er nødt til at udvikle avancerede metoder til at betjene store flåder af de største, mest fleksible maskiner, som mennesket har bygget.

Hvordan realiserer vi så det fulde potentiale i vindenergi, så det bliver rygraden i et fremtidigt grønt energisystem, der er CO2-neutralt og bæredygtigt? Hvordan muliggør vi en fremtid, hvor energien kommer fra en 100% vedvarende energiproduktion?

Disse spørgsmål ansporede et hold på over 75 eksperter inden for vindenergi til at gå sammen om en indsats for at afdække, hvilken forskning og innovation, der er nødvendig for at opnå denne lyse og vedvarende energifremtid.

På en række workshops, der blev afholdt i efteråret 2018, kiggede eksperterne på to fokusområder: for det første at fortsætte med at forsøge at nedbringe omkostningerne til vindenergi og for det andet at arbejde mod at øge værdien af vindenergi i elsystemer.

Men hvorfor se på disse to innovationsmål hver for sig? Omkostninger og værdi? Svaret peger direkte på udviklingen af vind fra at være en nicheressource i elsystemet til at være en vigtig del og dække en betydelig andel af det samlede miks i elproduktionen - som vi ser det i Danmark og andre nationer allerede i dag.

Historisk set er variabel vedvarende energi, såsom vindenergi, der producerer andele af elektriciteten i et system på 1, 2 og op til 5% eller mere, blevet håndteret som 'net loads'. Det vil sige, at resten af det traditionelle energimiks skal dække efterspørgslen på el ud over, hvad vinden producerer. I så fald er det kun prisen på elektroner fra vindmølleparken, der har betydning, og målet med vindenergi har været at have en så lav LCOE (levelized cost of energy, red.) som muligt.

Men i takt med at vindenergi bliver en mere væsentlig del af det samlede energimiks i et givent elsystem og/eller marked og dækker op til 10, 15, 20% eller mere, har vi dog set en ændring i forventningerne til, hvad vindenergi kan levere af værdi til systemet. Ud over at levere billige elektroner skal vindmølleparkerne også levere mere pålidelig og forudsigelig energi til systemet, når det er nødvendigt, og samtidig ved hjælp af andre funktioner understøtte systemets samlede pålidelighed.

Vindenergi skal i fremtiden således fortsætte med at presse LCOE nedad for at sikre konkurrencedygtig elproduktion med andre kilder (såsom solcelleanlæg, naturgas mm.), men samtidig skal vindenergi ‘gå bredere’ end LCOE og øge den værdi, der leveres til det samlede system med hensyn til forudsigelig og kontrollerbar energiforsyning, kapacitet og pålidelighed i nettet.

I erkendelse af, at disse to mål for fremtidens vindenergisystemer ofte er i modstrid med hinanden, kiggede eksperterne på forsknings- og innovationsmuligheder for at nå målene hver for sig. Resultatet af indsatsen er et detaljeret kompendium over forskning inden for vindenergi og beskrivelser af den innovation, der er nødvendig for at realisere den grønne omstilling. På baggrund af workshopperne gik en del af eksperterne sammen for at identificere nogle større overordnede udfordringer i forhold til forskning i vindenergi og for at forsøge at anspore en bredere videnskabelig kreds til at hjælpe med at løse disse udfordringer.

Artiklen ‘Grand Challenges in the Science of Wind Energy’ blev udgivet i Science i 2019 og præsenterer tre udfordringer:

  • Fysikken bag atmosfærisk cirkulation, især inden for den kritiske zone i forhold til drift af vindmølleparker

  • Systemets dynamik og materialer på de største, mest fleksible maskiner, der endnu ikke er bygget

  • Optimering og kontrol af flåder af vindmøller bestående af hundredvis af individuelle generatorer, der understøtter elnettet

Den første udfordring handler om selve vindens natur og dens effekt på lang række rumlige og tidsmæssige systemer både i forhold til store globale konsekvenser og i mindre skala med lokal turbulens, der påvirker de enkelte vindmøllevinger. Historisk set har man undersøgt disse effekter hver for sig - hvilket var afgørende for, at man kunne modellere og forstå fysikken inden for de enkelte områder. Vi øger stadig vores viden på disse områder separat, men vi er nødt til i stigende grad at se på koblinger på tværs af de forskellige områder og systemer, da den atmosfæriske cirklulation påvirker, hvad der sker inde i en vindmølle og omvendt.

For det andet interagerer den atmosfæriske cirkulation med maskiner, der hele tiden vokser i størrelse, i en ‘dynamisk dans’, der konstant karambolerer med fysiske forståelser og modellering, der ikke tidligere er blevet udforsket. Med vingestørrelser, der når op over 100 m, og hele vindmøller, der er på størrelse med skyskrabere, både på land og offshore og endda på flydende platforme, skal man have en samlet forståelse for hele maskinens fysik, så man kan designe og drifte vindmøller i løbet af deres levetid på en pålidelig og omkostningseffektiv måde.

Endelig samles disse maskiner i store vindmølleparker, så der kan leveres stigende mængder energi til elsystemer i Danmark, Europa og andre steder. I takt med at vindmøller bliver en fremherskende kilde til energi, bliver det vigtigt med sammenhængskraft mellem vindsystemerne og det større elnet og øvrige energisystemer. Avanceret viden om systemer til og styring af vindkraftværker er nødvendig for at give de bedste muligheder for billig energi, stabilitet, modstandsdygtighed, pålidelighed og overkommelige priser i det fremtidige elsystem. Det handler om, at vind ikke kun kan levere billig energi, men også har stor værdi for vores elsystemer.

Med hensyn til det sidste; hvordan gentænker vi så vindmøller, vindmølleparker og vedvarende energi rent design- og driftsmæssigt med henblik på værdi?

Design og drift af vindmøller og vindparker (og endda hybride anlæg på tværs af vedvarende kilder som vind, solceller, lagring med mere) kan i fremtiden ikke udelukkende fokusere på vindenergi, men må se på værdien i hele systemet for at opnå rentabilitet i hele et projekts livscyklus. LCOE er i sig selv kompliceret og knytter sig til anlægs- og markedsspecifikke vilkår såsom vindforhold, terræn, tilladelser og så videre. At flytte fokus over på mål for værdi øger kompleksiteten ved at inddrage det samlede, overordnede elsystem og markedskonteksten.

For producenter bliver de utallige sammenhænge meget komplekse med hensyn til at designe en konkurrencedygtig produktportefølje. For udvikleren og ejeren/operatøren udgør usikkerheden i markedsudviklingen og den omsætning, anlægget vil generere i løbet af dets levetid, en udfordring for design og drift af individuelle produkter såvel som hele projektporteføljer.

For nylig mødtes et team af industri- og forskningseksperter inden for vindenergi for at se på beregninger, der kan understøtte beslutningstagningen for interessenter på tværs af værdikæden for vindenergi. I forbindelse med SETWind-projektet blev der afholdt en ‘Beyond LCOE’-workshop, der identificerede og vurderede nye kriterier til evaluering af forskning i vindenergi og innovation for beregninger af værdi og bæredygtighed.

Dette er kun de første spæde skridt. Der er behov for en større indsats for at udvikle beregningsmetoder til vindenergisystemer, der går videre end LCOE, og for at udvikle gennemskuelige og standardiserede metoder til vurderinger. Og så er der ydermere behov for at viderebringe brugen af disse beregningsmetoder til forsknings- og innovationsmiljøet samt til produkt- og projektudvikling og drift. Vi inviterer alle interesserede aktører til at deltage i denne vigtige indsats.