Indledning

Danmarks samlede energiforbrug har op igennem 1980’erne og 1990’erne været rimelig konstant, men fra 2003 har der været en mindre stigning i forbruget:



Ser man på de resulterende CO2-emissioner, Figur 2, har de været faldende op igennem 1990’erne, men er begyndt at stige en smule i perioden 2006-2007. Med eller uden eksport af el er det anvendelsen af energien og de anvendte energikilder som spiller hovedrollen for det danske CO2-udslip.



Bag Danmarks stabile energiforbrug ligger en kraftig dynamik, som især har kendetegnet udviklingen de seneste 10-15 år. Dynamikken skyldes til dels energikilderne, hvor olie og kul er blevet erstattet af biomasse og vindenergi. De vedvarende energikilder udgjorde i 2007 omkring 15 % af Danmarks samlede energiproduktion på 874 PJ. De vedvarende energikilders bidrag til den samlede produktion fordelte sig som vist i figuren.



Fokuserer man på elproduktionen, stod de vedvarende energikilder for 27 % af den samlede elproduktion på 140 PJ. Fordelingen på vedvarende energikilder kan ses i Figur 4. De sidste ti år er det biomasse der har været den mest voksende vedvarende energikilde i Danmark, mens vindenergien har haft en mere moderat vækst.



Med undtagelse af transportsektoren, hvor forbruget er i kraftig vækst, har alle samfundssektorer et relativt stabilt energiforbrug. Der er de senere år blevet taget en del initiativer til energieffektivisering i produktionssektoren, og det har betydet at forbruget de seneste 10 år trods øget produktion har været stabilt. For husholdningernes vedkommende har forbruget været konstant mens transportsektorens forbrug er steget fra 25 % i 1975 til 38 % i 2007 Figur 5. Transportsektoren er på mange måder energieffektiviseringens problembarn. Transportsektoren har i perioden 1975 til 2007 øget sin andel af det samlede olieforbrug fra 30 % til 71 %, og der anvendes kun en meget lille andel vedvarende energi i denne sektor. De store stigninger skyldes primært stigninger i vej- og flytrafik mens forbruget til sø- og togtransporten har været faldende. Det er derfor ikke uden grund at der er fokus på transportsektoren når der diskuteres udledningsreduktion af drivhusgasser.



Energiforbruget i vores boliger er i de seneste par år kommet i fokus fordi der er et stort potentiale både for reduktioner og tilpasning af forbruget. Det helt store reduktionspotentiale ligger i opvarmningen af vores boliger. En meget stor del af de danske boliger er ikke konstrueret optimalt til klimaet på vores breddegrader, og det betyder at der tabes store mængder energi. Ud over energiforbruget til opvarmning er el en vigtig energikilde i boligerne. En stor del af de danske husstande er forsynet med fjernvarme fra centrale eller decentrale kraftværker. Værkerne producerer el og udnytter overskudsvarmen til fjernvarme. Det betyder at der er en vis kobling imellem værkernes el- og varmeproduktion. Værkerne er ofte store og har en forholdsvis lang reaktionstid over for variationer i efterspørgslen. Det betyder at værkerne kun i et begrænset omfang er i stand til at tilpasse sig efterspørgslen på markedet. Ud over kraftvarmeværkerne findes der værker som udelukkende producerer el, men de er ofte mindre effektive og anvendes primært til sikring af forsyningssikkerheden i spidsbelastningsperioderne. Et af problemerne ved elsystemet er at forbruget (efterspørgslen) er meget varierende, særligt hurtige fluktuationer i forbruget giver problemer, men også de normale døgnvariationer er med til at gøre reguleringen af elnettet komplekst. Der kan ikke som sådan oplagres energi i nettet, og nettet skal derfor konstant holdes i balance ved at afpasse forbrug og produktion.

Med en stor del af de vedvarende energikilder som vind og vandkraft har man kun begrænset mulighed for at regulere produktionen. For at vandkraften er tilgængelig, kræves der vand i reservoiret og en sikkerhed for at det fyldes igen. Man kan vælge at producere el konstant, eller man kan vælge at tilpasse produktionen efter behovet eller prisen. For vindenergi er det lidt anderledes da energien ikke kan oplagres. Møllernes produktion kan reduceres eller stoppes, men det betyder at den energi der var til rådighed, går tabt.

Danmark er en del af det nordiske elmarked Nordpol, og markedet betyder at prisen varierer som funktion af udbud og efterspørgsel. Ud over de nordiske lande er det danske elnet også forbundet til det tyske og dermed til det meste at Europa. Der udveksles el imellem landene efter nogle fælles regler om prisfastsættelse m.m. Danmark har med en installeret effekt på omkring 3.000 MW en stor andel af vindenergien når det blæser. På grund af Danmarks begrænsede geografiske udstrækning vil lav- og højtrykspassager, som bidrager med hovedparten af de høje vindhastigheder i Danmark, ofte forekomme simultant. Det betyder at tidspunkter med høje vindhastigheder vil medføre en meget stor produktion af VE, og da kraftværkerne ikke kan reducere produktioner tilstrækkelig hurtigt, bliver der en stor overkapacitet i nettet, og derfor falder prisen på elmarkedet. Den overskydende el sælges således til vores nabolande til en meget lav pris. Særligt i Vestdanmark er elprisen påvirket af store vind-kapacitet. Flere gange har priserne været nede omkring 0 øre pr. kWh. De danske politikere har opstillet et mål om 30 % VE i 2025, og man ønsker derfor at øge den installerede vindmølleeffekt til 6.000 MW. EU har i 2008 vedtaget tre 2020-mål for de 27 medlemslande. Ifølge aftalen skal den gennemsnitlige andel af VE øges til 20 %, effektiviteten skal øges med 20 %, og CO2-udslippet skal reduceres med 20 % (30 % hvis resten af verden binder sig til en aftale på COP15-konferencen i 2009). Skal dette lykkes, skal EU’s vindkraftkapacitet øges fra 64 GW til 180 GW[1]. Med en fordobling af den danske vindkraftkapacitet vil vindkraftens andel af det danske elforbrug nærme sig 50 %. Med en så stor andel af vindenergi er det nødvendigt at der findes nogle løsninger på regulering af problemerne, evt. ved at regulere priser og forbrug.

I USA dækker 25.000 møller på tilsammen 21 GW 1,5 % af energiforbruget. Amerikanernes mål er ikke helt klart, men man satser på 10 % i 2012. Mange andre lande satser stort på vindkraft, og med danske firmaers position på verdensmarkedet ser fremtiden lys ud for vindmølleindustrien. Mange forskere verden over arbejder med at udvikle fremtidens møller. Med de klimaproblemer vi står over for, er der et stort behov for større, mere effektive og mere driftsikre løsninger.

Opstilling af vindmøller i Danmark er en kompliceret proces der omfatter alt fra VVM-redegørelse (Vurdering af Virkning for Miljøet)[2] og bestemmelse af vindressourcer til mølledesign, opstilling og drift. Dette materiale, som er rettet mod fysikundervisningen på landets gymnasier, er opdelt i to sektioner. Den første sektion omhandler vind, måling af vind og estimering af vindressourcer for en given location. Den anden sektion omhandler energi, energiomsætningen som sker i møllens rotor, og udnyttelsen af energien. Til begge sektioner hører et opgavesæt som er beregnet til en blok à 1,5 time. Opgavesættene kan løses med simple programmer som Excel og Word, men det kan være en fordel at anvende matematiske programmer til beregningerne. Til de to sæt hører en ordliste med forklaring af de anvendte tekniske ord og begreber.