Fremtidens energi er
bæredygtig og elektrisk

Energiproduktionen skal omlægges til bæredygtig energi. Studenterkonkurrencen Grøn Dyst er med til at finde nye teknologiske løsninger, der kan reducere CO2-udslip.

Udledningen af CO2 er med til at forandre verdens klima. Havvandet stiger, og vejret bliver vildere. Det påvirker mennesker overalt på jorden. Danmark yder sit til at bremse den globale opvarmning. Regeringens ambition er, at Danmark skal være uafhængigt af fossile brændsler - kul, olie og gas - i 2050. Det betyder, at vi skal producere vedvarende energi nok til at dække det samlede danske energiforbrug i 2050.

I praksis betyder det, at vi skal anvende vedvarende energikilder som vandkraft, vind- og solenergi, energi fra biomasse og geotermisk energi. Det er alt sammen naturlige energiformer, der vedligeholder sig selv, samtidig med at de bidrager til at reducere vores udledning af drivhusgasser.

En stor del af DTU’s forskning bidrager til at nå målet om, at Danmark skal være uafhængigt af fossile brændsler.

Udfordringerne

Den store udfordring er, at energibehovet stiger, i takt med at vi bliver flere mennesker. Samtidig skal der udledes mindre CO2. I 2018 steg den globale efterspørgsel på energi med 2,3 procent ifølge det internationale energiagentur IEA. Det er den største stigning i et helt årti. Men hvordan kan vi imødekomme efterspørgslen og samtidig bruge mindre olie, kul og gas?

Det er ikke umuligt at få en CO2-neutral energiforsyning, men det kræver en stor omstilling.

Først og fremmest bør man elektrificere alt, hvad der kan elektrificeres. Det indebærer både at elektrificere opvarmning af boliger og persontransport. Men det er ikke alt, der kan elektrificeres. Lastbiler og fly kræver f.eks. flydende brændstof, ligesom man ikke kan elektrificere produktionen af tekstiler, plastik, lægemidler, maling og fødevarer.

Solens og vindens energi skal udnyttes langt mere, end vi gør i dag. Udfordringen er, at vi ikke kan styre, hvornår vinden blæser og solen skinner. Det handler om, at bruge vindenergien, når den er tilgængelig til bl.a. at opvarme fjernvarmevand ved hjælp af varmepumper - og i ekstreme situationer varmelegemer.

Men vi skal også lagre den vedvarende energi, der produceres, ligesom vi på sigt skal udvikle teknologier til at trække CO2 direkte ud af atmosfæren for at lave syntetiske brændstoffer.

Erfaring og nytænkning

Danske virksomheder har mange års erfaring med at levere bæredygtige løsninger. I dag er grøn energiteknologi et af dansk erhvervslivs styrkeområder, og andelen af bæredygtige løsninger i dansk eksport er blandt de højeste i Europa. Danske virksomheder bidrager i stor stil med varmepumper, termostater, isolering og vindmøller.

I kampen for at reducere energiforbruget finder man bl.a. store danske virksomheder som Danfoss, Grundfos, Velux og Rockwool, der i større omfang satser på energibesparende produkter som intelligente termostater, varmepumper, energivenlige vinduer og isolering.

Men der er også stor interesse for mindre, danske løsninger, som det f.eks. ses på Samsø, hvor man er i front som producent af vedvarende energi, og i økosamfundet Dyssekilde mellem Frederiksværk og Hundested.

Der er brug for både erfaring og nytænkning for at blive ved med at udvikle nye teknologer og skabe nye succeshistorier.

Økosamfundet Dyssekilde på Sjælland arbejder med omstilling til bæredygtig energiproduktion,

Økosamfundet Dyssekilde på Sjælland arbejder med omstilling til bæredygtig energiproduktion,

Boligrenovering har stort potentiale

De danske enfamilieshuse står for omkring 22 procent af det samlede danske energiforbrug, men desværre går energirenoveringen af de mange boliger ifølge DTU-forskere kun langsomt fremad.

Forskerne argumenterer for, at hvis Danmark skal nå i mål med en fossilfri bygningssektor, er der brug for en række nye politiske initiativer - herunder f.eks. indførelse af et maksimum for, hvor meget energi, huse må forbruge.

Men selv efter en energirenovering er huse stadig storforbrugere af energi. Derfor har forskere fra DTU Byg i projektet EnergyLab Nordhavn set nærmere på potentialet for at udnytte energien mere effektivt.

I den forbindelse har de fundet ud af, at det er muligt at reducere eller udsætte energiforbruget i helt op til 24 timer. Helt præcist er det i forskellen mellem 20 og 24°C, at potentialet ligger; de fleste oplever nemlig temperaturer deromkring som behagelige. Ved at varme huset lidt ekstra op, når der er energi fra vind og sol til rådighed, sænker man behovet for opvarmning i de timer, hvor solen ikke skinner, og vinden ikke blæser.

Det vil dog kræve nye termostater, som automatisk justeres i forhold til oplysninger om produktionen af energi fra vind og sol – eller som kan medtage oplysninger fra vejrudsigter og information om husets isolering.

”En systematisk udnyttelse af boligernes varmefleksibilitet kan give et markant bidrag til, at fremtidens energisystemer kan modstå en forsinkelse i energiforsyningen på nogle timer og dermed opnå bedre sammenhæng mellem produktion og forbrug af alternativ energi,” siger Rongling Li, lektor på DTU.

Havnehuset i Nordhavn, hvor EnergyLab Nordhavn eksperimenterer med fjernvarmestyring.

Havnehuset i Nordhavn, hvor EnergyLab Nordhavn eksperimenterer med fjernvarmestyring.

Store varmepumper kan give store fordele

Flere teknologier skal i spil for markant at nedbringe udledningen fra danske boliger. En gruppe studerende har i forbindelse med DTU’s studenterkonkurrence i bæredygtighed, Grøn Dyst, set nærmere på varmepumper i stor skala.

Varmepumper er meget udbredt i sommerhuse, men hvis man indfører varmepumper i megawatt-størrelse, vil de kunne hjælpe Danmark til at nå det ambitiøse mål om CO2-neutral fjernvarme i 2035.

De studerende påviser, at pumpernes areal i forhold til producerede megawatt-timer er forholdsvis lille (102m2/MW) og at de er billige at installere, fordi der er tale om en velkendt teknologi.

En såkaldt 'Large Scale Heat Pump', der kan nedkøle eller opvarme bolig- og kontorejendomme eller hele boligområder.

En såkaldt 'Large Scale Heat Pump', der kan nedkøle eller opvarme bolig- og kontorejendomme eller hele boligområder.

Biomasse er løsningen for fly, lastbiler og skibe

Der er lang vej igen, inden hele transportsektoren kan køre på fossilfrie brændsler. Elbiler er ofte set som en af de væsentligste teknologier i den omstilling, og på DTU arbejder forskere på at gøre elbilernes bidrag endnu større.

Eilbilernes batterier kan nemlig fungere som lager, når bilen ikke er i brug, og derved hjælpe elselskaberne med at flytte forbruget af strøm fra perioder uden sol og vind til perioder, hvor der er rigeligt med strøm fra vedvarende energikilder.

I det danske Parker-projekt, som er forankret på DTU, har forskerne vist, at det kan lade sig gøre i stor målestok uden at gå på kompromis med brugerens komfort, batteriets ydeevne og økonomien.

De forskellige test i projektet er udført med såkaldte Vehicle-to-Grid-ladestandere (V2G) og på elbiler, som allerede findes på markedet, og som har den nødvendige teknologi integreret.

Det er første gang, teknologien og leveringen af ydelser til elnettet er blevet testet på mere end én bil, og med omfattende test på tværs af bilmærker, batteristørrelser og markeder har projektet vist, at V2G kan skaleres op til tusindvis af biler.

En af de ydelser, som projektet har bevist, fungerer på markedsvilkår, er regulering af frekvensen, så den holdes konstant på 50 Hertz. Det er blevet testet på elbilerne hos Frederiksberg Forsyning. Frekvensregulering er den ydelse, der har det største indtjeningspotentiale, men som samtidig er den sværeste at levere.

Et dansk forskningsprojekt har vist, at elbiler kan aflaste elnettet, når de ikke er ude at køre.

Et dansk forskningsprojekt har vist, at elbiler kan aflaste elnettet, når de ikke er ude at køre.

Lastbiler skal køre på biobrændsel

Teknologisk ligger transportsektorens udfordringer nok i særdeleshed i den tunge transport med lastbiler, skibe og fly. For eksempel er nutidens batterier ikke effektive nok til at kunne holde et fly i luften over lange afstande.

Derfor arbejder flere forskningsgrupper på DTU med teknologier, som kan gøre det muligt at konvertere strøm fra vind eller sol til flydende brændstof. Det kan lade sig gøre, hvis man undervejs i processen tilføjer kulstof – og her er biomasse fra landbruget det oplagte valg.

I dag bruges halm, der er den form for biomasse, som vi har mest af i Danmark, ofte til fjernvarme. Men set ud fra både et teknologisk, økonomisk og klimamæssigt perspektiv kan det på lang sigt bedst betale sig at omdanne halm til biobrændstof til den tunge transport – det vil sige skibstrafik, godstransport på vejene og luftfart.

Omdannelsen af halm til flydende biobrændstoffer via såkaldt termisk forgasning er imidlertid en teknologi, som stadig kræver forskning og videreudvikling for at blive rentabel – men rent teknisk findes løsningerne.

Den nuværende udfordring er først og fremmest at få lavet større demonstrationsforsøg og fortsat at øge rentabiliteten af teknologierne. Her ser man blandt andet på integration af el fra vindmøller.

Halm bliver i dag brugt i varmeværkerne, men det er en bedre ide at bruge det som biobrændsel til den tunge trafik.

Halm bliver i dag brugt i varmeværkerne, men det er en bedre ide at bruge det som biobrændsel til den tunge trafik.

Vind skal der til - men hvor skal møllen stå?

En vindmølle producerer meget mere strøm, hvis den placeres i et optimalt område. I 2015 introducerede DTU Det globale Vindatlas, der siden er blevet brugt titusindvis af gange til at beregne, hvor ejere af vindmølleparker til vands og til lands får mest ud af at placere deres vindmøller.

Det globale Vindatalas er bl.a. efterspurgt af mange udviklingslande, som søger teknisk viden i forbindelse med udvikling af en grøn energipolitik.

Atlasset kan også bruges til at identificere lande, hvor en mere nuanceret og verificeret kortlægning af vindressourcer vil kunne føre til en øget udnyttelse af vindenergien.

Dér hvor vindressourcerne ser lovende ud, er næste skridt at kontakte de store producenter af vindmøller. En af dem er danske Vestas Wind Systems, så ud over at øge energiproduktionen kan atlasset også være med til at skabe danske arbejdspladser.

DTU's vindatlas bliver brugt overalt på kloden til at finde den optimale placering for vindmøller.

DTU's vindatlas bliver brugt overalt på kloden til at finde den optimale placering for vindmøller.

Mobil vindturbine på teleskop

Alle kender til de kæmpestore vindmølleparker på havet eller landjorden, men vinden kan også udnyttes i mindre målestok, f.eks. med små mobile vindmøller.

Et hold DTU-studerende har udviklet en simpel og transportabel vindmølle med fokus på hurtig og nem opsætning og nedtagning. Det er muligt at sætte vindmøllen op om morgenen og pakke den sammen igen om aftenen.

Det demonstrerede gruppen på Roskilde Festival i 2018, hvor festivalens gæster kunne afprøve den grønne og bæredygtige løsning til opladning af deres mobiltelefoner.

Vindmøllen var konstrueret af standarddele. Meningen var, at den skulle være simpel at lave, samtidig med at ydelsen i forhold til prisen skulle være så høj som muligt. Møllen blev afprøvet i en vindtunnel på DTU for at teste sikkerheden og optimere designet, inden afgang til festivalen.

Siden har de studerende arbejdet med at forbedre produktet og gøre det lettere, smartere og nemmere at håndtere. Med nye materialer og konstruktioner er vægten barberet ned, og styrke og mobilitet optimeret.

De studerende håber, at den mobile teleskopiske vindmølle kan benyttes som strømforsyning i kriseramte områder, hvor elektricitet og lys en luksusvare.

Den vertikale teleskopvindmølle kan stilles op på 10 minutter og bruges som lokal strømforsyning.

Den vertikale teleskopvindmølle kan stilles op på 10 minutter og bruges som lokal strømforsyning.

Krediteringer

Foto og illustrationer: Colourbox, Unsplash, Clay Banks, Peter Sørensen, SmartHeat, Mikael Schlosser

Kilder: DTU, Energistyrelsen, DMI, faktalink, DI, Energi Danmark