AAU ENERGI Problembaseret forskning

Transkript

1 AAU ENERGI A A L B O R G U N I V E R S I T et

2 Forord: Aalborg Universitet: din stærke vækstpartner på energiområdet Fra Aalborg Universitets grundlæggelse i 1974 og til i dag er fornybar, grøn og effektiv energi gået fra alternativ til mainstream på verdensplan. I det tidsrum har Aalborg Universitet været med til at fremme den grønne dagsorden og udvikle renere og mere effektive energiløsninger. Aalborg Universitet vil også være dagsordensættende på det næste skridt, hvor grøn energi og energieffektivisering skal være driver for fremtidens vækst. I den proces er AAU en globalt orienteret partner, der tilbyder world-class forskning, unik tradition for innovativt samarbejde med lokale og internationale virksomheder og uddannelse af en ingeniør-arbejdskraft, der er nøje afstemt med erhvervslivets behov. Energiforskningen på AAU er forankret i en lang række forskningsmiljøer med forskellige faglige kompetencer og traditioner. Forskningen i udvikling af fremtidens ikke-fossile energikilder har altid været en styrkeposition, men i de senere år er der kommet særligt fokus på optimering og forbedring af disse i takt med, at de er begyndt at fylde i landskabet som vindmøller, som solceller på hustagene eller som gylle i tankene. I det hele taget er effektivisering af energiforbruget hvad enten det gælder for huse, brødristere eller på havet ud for vores afdeling i Esbjerg et meget væsentligt formål for en stor del af den energiteknologiske forskning, ligesom forsyningssikkerhed og -stabilitet er ofte tilbagevendende parametre. Foruden selve energiteknologierne er deres medvirken i et samlet energisystem omdrejningspunktet for AAU s førende forskning i energiplanlægning dvs. i hvordan nutidens energisystemer (på lokalt, nationalt eller europæisk niveau) kan bevæge sig mod et lavere og renere energiforbrug i fremtiden. I de senere år er der på AAU foregået en intern organisering af alle disse fagligheder, som udmøntes i en række tværdisciplinære projekter, samarbejder og centre ofte også på tværs af vores tre campuser (Aalborg, København og Esbjerg). Den tværgående tendens går hånd i hånd med den stigende efterspørgsel på sammenhængende løsninger, som vi oplever i vores daglige kontakt med erhvervslivet. AAU er grundlagt på initiativ af det omkringliggende erhvervsliv. Det afspejles dels i den meget høje andel af Aalborg Universitets eksterne omsætning, som kommer fra de anvendelsesorienterede forsknings- og udviklingspuljer, hvor forskning og udvikling sker i samarbejde med i stigende grad udenlandske - virksomheder. Dels i det faktum, at AAU konsekvent ligger i toppen af listen over andelen af publikationer, der er udarbejdet i samarbejde med virksomheder. I sammenligning med andre universiteter er AAU s forskning generelt meget anvendelsesorienteret og markedsnær, hvilket også ligger til grund for, at vores studerende tager ud i virksomheder som led i deres uddannelse. Gennem vores læringsdesign, Problem-Baseret Læring, oplæres de i problemløsning ved inddragelse af deres viden fra uddannelser i fx Energiplanlægning, Vindmølleteknologi eller Bygningers energidesign. Den unikke problemorienterede tilgang har helt sikkert medvirket til at tiltrække så mange udenlandske studerende, at de i dag på flere af energiuddannelserne udgør over halvdelen af det samlede antal studerende. Den globale orientering afspejles endvidere i det faktum, at vores forskere i stigende grad er engageret i de afgørende, internationale faglige netværk og rådgivende udvalg, både på europæisk og globalt plan, og AAU s yderst prominente tilstedeværelse i det verdensomspændende forskningskredsløb fremgår fx af, at vi har 4 forskere med i HighlyCited s nyeste top 250 over energiforskere. Med denne folder, der viser en række af vores styrkepositioner på energiforskning, stiller vi os til rådighed som fremtidens vækstpartner på energiområdet. Eskild Holm Nielsen I Dekan Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet 2 WIND ENERGY RESEARCH AT AAU 3

3 36 26 Biomasse smart energy systems 20 solenergi 30 offshore-sektoren 16 indhold: 40 grøn fremtid Bølgeenergi 6 vindenergi på aau 44 vedvarende energi i danmark 8 Vindmølleindustrien 9 Bøttefundamenter 10 Vindmøller på slankekur 14 AAU forskning 15 Smartgrid 18 Elektrolyse 22 Bio-økonomi 24 Bio-olie 28 Bakteriernes hemmeligheder 34 Effektelektronik 38 Heat Roadmap Europe II 42 Bygninger sluger strøm og varme 46 Energiplanlægning 47 Energioptimering U d giver : Aalborg Universitet Tekst, L ayout og Try k : Conexia+PR sted og dato: Aalborg, 2014

4 Ledende forskning i vindenergi på AAU Der er mange penge på spil, når en vindmølle skal produceres, sættes op og i drift og forbindes til elnettet. På Aalborg Universitet (AAU) sidder 200 mennesker og forsker i, hvordan man bedst balancerer investeringerne i hele vindmøllens værdikæde. En statistik fra EU-kommissionen viser, at Danmark er det europæiske land, som producerer den højeste andel vindenergi i forhold til det omtalte lands samlede elforbrug. I 2013 kom mere end 33 pct. af elektriciteten fra vindmøller, og 656 nye vindmøller blev sluttet til elnettet, hvoraf 307 var på land. Især Nordjylland er et levende laboratorium, når det kommer til vindenergi. Regionen huser både Siemens Wind Power med verdens største vindmøllevingefabrik og Bladt Industries, der er producent af havmøllefundamenter, samt AAU, der er et af verdens førende universiteter inden for energiforskning. AAU er også et globalt centrum for koordineret vindmølleforskning udført af forskergrupper organiseret under paraplyorganisationen EnergyVision. - Aalborg Universitets vindteknologikompetencer er fordelt på fem institutter, hvor cirka 200 akademikere er involverede i energiforskning. Vi har 80 PhD-studerende, resten er fastansat personale samt Post.Docs. og projektansatte akademikere, siger John Dalsgaard Sørensen, professor på Institut for Byggeri og Anlæg. Overblik over vindteknologiforskning på AAU På Institut for Mekanik og Produktion forskes der i kompositter, herunder hvordan styrken af 6 P r o b l e m b a s e r e t f o r s k n i n g vindmøllevinger kan beregnes. På Institut for Energiteknik fokuseres der bl.a. på effektelektronik, reguleringen af selve vindmøllen og af det overordnede elnet, mens der på Institut for Elektroniske Systemer, Sektionen for Automatisering, forskes i kontrol af bl.a. vinger og vindmølleparker. - På Institut for Energiteknik arbejder forskerne med hele problematikken omkring nettilslutning og planlægger de overordnede rammer for, hvordan man får al energien ud til forbrugerne. Her kommer Institut for Planlægning ind i billedet. De arbejder både med miljøkravene for opstilling af vindmøller og med integration af vindmøllestrøm med andre energiformer. På Institut for Byggeri og Anlæg forsøger vi at dimensionere bl.a. fundamenter og vindmølletårne til at kunne klare de belastninger, naturkræfterne udsætter maskinerne for. Vi forsker i, hvilken sikkerhed og pålidelighed møllerne skal have. På Institut for Mekanik og Produktion forskes i løsning af de mange logistiske aspekter ved fremstilling, installation og drift, siger John Dalsgaard Sørensen. Samarbejde med vindmølleindustrien De fem institutter har en række nationale og internationale forskningsprojekter, bl.a. med medlemmer af vindmølleindustrien i Danmark. Forskningen finansieres af bl.a. EU, Forskningsrådene, Højteknologifonden, EUDP og af vindmølleindustrien direkte. - Man kan næsten ikke få forskningsmidler, med mindre der er industri indblandet. Virksomheden tager sig typisk af den kommercielle del, mens AAU leverer forskningen. Jeg er i øjeblikket engageret i tre projekter med vinger, hvor Dong, Vattenfall og E.ON er involveret. Vi er også med i et nordjysk industrinetværk, Hub North, hvor AAU spiller en central rolle i at øge samarbejdet med små og mellemstore virksomheder, siger John Dalsgaard Sørensen. John Dalsgaard Sørensen Professor Institut for Byggeri og Anlæg Tlf : Mail : jds@civil.aau.dk 7

5 Vindmølleindustrien: bøttefundamenter: 50 % nedbringelse af Cost of Energy i 2020 Nedbringer omkostningerne med 30 % Der er mange faktorer på spil, fra en vindmølle bliver produceret, og til den er sat op. Selve konstruktionen skal have en høj pålidelighed, så vindmøllen ikke går i stykker i første storm. Det er især udgifterne til vindmøllens levetidsomkostninger, der skal reduceres. Driftsomkostningerne udgør typisk prc. af Cost of Energy. En ny type fundament til havvindmøller udviklet af Aalborg Universitet i samarbejde med en privat virksomhed er på vej til at revolutionere offshore-sektoren. Langt mindre miljøpåvirkning og en reduktion af installationsomkostningerne med op til en tredjedel er de væsentlige faktorer, som har sikret opfindelsen stor international opmærksomhed. Udgifterne til danske vindmøller er for høje. En rapport fra Megavind, et partnerskab mellem forskningsinstitutioner og industri i Danmark inden for vindenergi, påpeger, at Cost of Energy på vindmøller skal reduceres med 50 prc. fra John Dalsgaard Sørensen, professor på Institut for Byggeri og Anlæg på Aalborg Universitet (AAU), forsker i risikoanalyse med fokus på håndtering af usikkerheder og pålidelighed af vindmøller og på metoder til estimering af driftsomkostningerne i vindmøllens levetid. Målet med forskningen er at finde strategier og løsninger på problemstillingen, der kan nedbringe Cost of Energy på danske vindmøller. - Jo mere materiale, man kommer i konstruktionen, jo dyrere og mere sikker bliver vindmøllen generelt. Ser man på, hvor stor pålidelighed selve vindmøllen skal have kontra udgifterne til materialer og produktion, så skal man også tage hensyn til, at der kommer en driftsfase med udgifter til service, inspektioner og reparationer, hvis vindmøllerne ikke er pålidelige nok. Grundlæggende handler det om optimering af hvilket sikkerhedsniveau man skal kræve versus konsekvenserne af at få svigt i vindmøllekomponenterne, bl.a. vinger, tårn og fundament. Dertil kommer betydningen af pålideligheden af kontrolsystemet og alle de elektriske og mekaniske komponenter, der er inden i selve nacellen. Hvis de går i stykker, så stopper vindmøllen og kan ikke producere strøm. Det koster penge, siger John Dalsgaard Sørensen. Statistik, sandsynlighedsregning og måleinstrumenter Målinger på bestemte lokationer og komplicerede matematiske formler baseret på statistik og sandsynlighedsregning anvendt i praksis skal sikre, at fremtidens vindmøller bliver mere økonomiske. På Institut for Byggeri og Anlæg forskes der både i pålidelighed og risikovurdering, men også i at modulere vindforholdene. - Når man ganger svigtsandsynligheden med konsekvensen i kroner, så har man det, man overordnet forstår ved risiko, hvilket man gerne vil minimere. Ved siden af vores matematiske formler er der opsat mange måleinstrumenter på vindmøller for bl.a. at få et overblik over vindbelastningen. Jo flere målinger man har, jo mindre sikkerhedsfaktorer behøver vi at anvende. Ser vi på problemstillingen med nedbringelse af Cost of Energy, så er en af de store udfordringer, at mange af de bedste pladser for offshore vindmøller er taget, så nu skal møllerne opsættes længere væk på endnu dybere vand, hvilket stiller endnu større sikkerhedsudfordringer. Det er en balance på en vægtstang, om man skal producere en billig vindmølle med relativt lille pålidelighed, hvor der kan komme store driftsomkostninger senere, eller om man skal bygge en mere pålidelig, men dyr vindmølle, der på længere sigt kan forventes at have små driftsudgifter. Det er nogle af de ting, vi forsker i lige nu, siger John Dalsgaard Sørensen. John Dalsgaard Sørensen Professor Institut for Byggeri og Anlæg Tlf : Mail : jds@civil.aau.dk Mange danske og internationale medier har omtalt bøttefundamentet, som det er blevet døbt, og udviklingen af det kommercielle produkt følges med stor interesse flere steder i verden, særligt i den internationale vindmølle- og offshoreindustri. Det skyldes, at industrien er udfordret på navnlig to fronter i øjeblikket: dels et presserende behov for at reducere omkostningerne til installation og drift af havvindmølleparker, dels et ønske om at reducere branchens påvirkning af det maritime miljø, et emne som også er i det politiske søgelys. Af de store energiselskaber regnes bøttefundamentet for fremtidens. Billigere og bedre Det skyldes, at bøttefundamentet bliver langt billigere end eksisterende fundamenttyper, fordi det består af mindre stål, hvilket også letter transporten ud til vindmølleparken. Derudover kan det genbruges. I princippet er der tale om en stor, enkeltstående stålbøtte, som er 43 m høj og måler 12 m i diameter. Fundamentet produceres på land og transporteres til havs, hvor det uden anvendelse af tungt maskineri selv suger sig fast i havbunden vha. et kraftigt undertryk. Når fundamentet skal fjernes, kan det afinstalleres vha. et overtryk. Traditionelle fundamenter sprænges væk, hvilket støjer og generer fisk og havdyr i området, dernæst efterlades de sprængte stålrester på havbunden. - Udover kraftigt at nedbringe omkostningerne til produktion og installation, er bøttefundamentet mere miljøvenligt. I Tyskland er det f.eks. ikke længere tilladt at installere havvindmøllefundamenter vha. pælehammer, hvis støjniveauet overstiger en hvis grænseværdi, da det forstyrrer havmiljøet, forklarer professor Lars Bo Ibsen fra Institut for Byggeri og Anlæg på Aalborg Universitet. Han er en af opfinderne bag bøttefundamentet. Fundamentet for fremtiden Projektet kom i stand, da en mindre privat virksomhed, Universal Foundation (dengang Marine Business Development) henvendte sig til AAU med idéen om bøttefundamentet. Det var i 2001, og siden er produktet udviklet til et punkt, hvor det er klar til storskalatest. Mindre testopsætninger har allerede fundet sted gennem årene og er forløbet planmæssigt. Bl.a. er der installeret et bøttefundament ud for Frederikshavn i 2001, som stadig fungerer upåklageligt. I dag står projektet over for sit store kommercielle gennembrud. Den største udfordring lige nu er at geare virksomheden til at håndtere store ordrer på fundamenter til havvindmølleparker. Det kræver både det rette udstyr til produktion, kapital og fintuning af produktionsprocesserne, men markedspotentialet er meget stort: - Når bøttefundamentet kan massefremstilles, vil det skabe mange danske arbejdspladser, for potentialet er enormt, vurderer Lars Bo Ibsen. Fundamentet udgør normalt op til 30 % af prisen på en havvindmølle eller ca. 15 mio. DKK. Et installeret bøttefundament kommer til at stå i ca mio. DKK. Lars Bo Ibsen forventer, at fundamentet vil kunne bruges i 90 % af samtlige havbundsforhold. Lars Bo Ibsen Professor Institut for Byggeri og Anlæg Tlf : Mail : lbi@civil.aau.dk 8 9

6 VINDMØLLER PÅ SLANKEKUR: Ned med vægten og op med styrken Længere, større, lettere vindmøllen har konstant vokseværk, og designet bliver fortsat mere sofistikeret. På Aalborg Universitet forskes der intenst i design med kompositmaterialer, som vejer mindre, er stærkere og gør vindmøllen stadigt mere energieffektiv. Vindmøllevinger er et yderst kompliceret produkt, som til stadighed udgør et stort optimeringspotentiale, der konstant forbedres for at producere vindmølleelektricitet, der kan konkurrere med det fossile energimarked. Målet er altid at gøre vindmøllevingerne længere og større for at producere mere energi, men samtidig er der fokus på vægten for at minimere belastningerne og prisen for hele vindmøllen. Derfor forsker man intenst i udvikling af nye materialesammensætninger, strukturelle designs og computerbaserede modeller, som gør konstruktionerne lettere, mens styrke og stivhed bevares eller forbedres. Kompositmaterialer på højt niveau Forbruget af kompositmaterialer til vindmøllevinger har været støt stigende gennem de seneste år, og vingerne fremstilles i dag af lette kompositmaterialer såsom plastmaterialer, forstærket med glas- og kulfiber. Professor Erik Lund, Institut for Mekanik og Produktion på Aalborg Universitet, er verdenskendt inden for materialeoptimering med kompositmaterialer. Gennem computerbaseret mekanik forsker han i vindenergi og avanceret materialeoptimering til brug i bl.a. store vindmøllevinger. - Materialeforbruget i fremtidens konstruktioner skal minimeres, mens konstruktionerne skal gøres lettere og stærkere. Den rette kombination af lethed, styrke og holdbarhed er en helt central konkurrenceparameter i industrien, og derfor bliver kompositkonstruktionernes egenskaber skubbet tættere og tættere på grænsen for, hvad materialerne kan holde til, siger Erik Lund. Styrken sidder i detaljen Det er de små designdetaljer i samspil med hele vingestrukturen, som bestemmer styrken og levetiden af vindmøllevinger, hvilket kræver, at man arbejder på tværs af længdeskala fra det mikroskopiske materialeniveau til det strukturelle vingeniveau på for eksempel en 75 meter lang og 25 tons tung vinge. - Vi laver mekaniske laboratorieforsøg i samspil med computerbaseret modeludvikling, hvor vi genskaber belastningssituationer på eksempelvis kritiske dele af vingekonstruktionen for bedre at kunne forstå og modellere årsagen til styrkesvigt. Herved kan vingen bedre optimeres og skræddersyes til en ønsket strukturel opførsel, forklarer Lars Chr. T. Overgaard, lektor ved Institut for Mekanik og Produktion og tidligere leder af vingeudvikling hos Siemens Wind Power. Vindmøllevingen skal gentænkes Forskerne på Aalborg Universitet bliver hele tiden bedre til at designe vindmøllevinger bl.a. i samarbejde med forskellige vindmølleproducenter, som altid har et ønske om, at deres eksisterende modeller forbedres, og nye modeller etableres til at kunne forudsige styrken af 10 P r o b l e m b a s e r e t f o r s k n i n g designdetaljer. Lars Chr. T. Overgaard mener, at det er på tide, at vindmølleindustrien gentænker vindmøllevingen. - Det er en spændende tid for kompositmaterialer og -strukturer. Danmark har opbygget en enorm viden i fremstillingen af verdens største kompositstrukturer gennem de sidste årtier samtidig med, at de computerbaserede modeller er blevet væsentligt bedre end tidligere. Ikke desto mindre har det strukturelle vingedesign ikke ændret sig væsentligt i årtier. Det er derfor naturligt, i min optik, at vi konsoliderer vores viden i nytænkte fremstillingsmetoder og vingedesign i stedet for fortsat at bygge oven på eksisterende metoder og designs. Men det er selvfølgelig både udfordrende og bekosteligt, og samtidig er der så megen fart over vindmøllefeltet i dag, at der ikke er tid til at gentænke. Det binder os og producenterne til at fremstille, som vi altid har gjort. Vægten skal ned Der er ikke længere tvivl om, at vindenergi i Danmark spiller en central rolle i overgangen fra fossile brændstoffer til vedvarende energikilder. Men for at vindenergi kan slå de fossile brændstoffer i energiproduktion, skal vingerne gøres lettere og mere effektive. - På de bedste onshore-lokationer kan prisen på vindmølleenergi faktisk godt konkurrere med det generelle elmarked, men desværre er mange af disse steder allerede optaget af eksisterende vindmøller. Derfor er energiselskaberne ofte henstillet til at placere vindmølleparker på lavvindsområder eller offshore, hvilket gør, at der til stadighed er stor forskel på kostprisen på produceret energi sammenlignet med fossile brændstoffer. Her spiller vindmøllevingernes vægt og deres strukturelle opførsel en vital rolle, og derfor skal vi have vægten ned med bibeholdt eller forbedret styrke, og energiproduktionen skal op, slutter Lars Chr. T. Overgaard. Erik Lund Professor Institut for Mekanik og Produktion Tlf : Mail : el@m-tech.aau.dk Lars Chr. T. Overgaard Lektor Institut for Mekanik og Produktion Tlf : Mail : lcto@m-tech.aau.dk 11

7 For at få mest muligt ud af vores energi skal der gribes ind på to grundlæggende områder: Effektivisering hvordan vi forbruger mindst mulig strøm og optimering hvordan vi får mest ud af den energi, som vi producerer. Professor Frede Blaabjerg, Institut for Energiteknik De mange vindmøller producerer mere strøm, end vi kan bruge, og den udfordring skal bl.a. løses ved at samtænke el- og varmeproduktionen. Professor Henrik Lund, Institut for Planlægning 12 P r o b l e m b a s e r e t f o r s k n i n g 13

8 AAU Forskning: Smartgrid: Offshore Vindmølleteknologi Fremtidens intelligente elnet De store landvindinger i vindindustrien sker i de store offshore vindmølleparker. Men selvom området er lovende, skal megen forskning og udvikling endnu til, før sektoren når sit fulde potentiale som en effektiv, stabil, sikker, forudsigelig og kontrollerbar energikilde. Vindenergi er et centralt forsknings- og uddannelsesområde på AAU. Et af målene med forskning i vindmølleteknologi er at reducere omkostningerne til produktion af vindenergi og at gøre vindmølleparker til en primær energikilde i elsystemet. - Vi foretager nogle analyser af detaljeret vindmøllestyring vha. effektelektroniske konvertere og vinklen på vingerne for at reducere belastningen på møllen og forbedre ydeevnen. Dernæst arbejder vi med styring af vindmølleparker for at fremme hele parkens effektivitet og minimere strømtabet, siger Zhe Chen, professor og PhD, Institut for Energiteknik, AAU. International forskning i vindteknologi Zhe Chen arbejder i øjeblikket på et EU-projekt, INNWIND, der undersøger nye systemer til produktion af vindenergi. Han er desuden ledende forsker på følgende projekter finansieret af det Strategiske Forskningsråd: Dynamic Wind Turbine Model - From Wind to Grid og Research on DC Network Connection with a Novel Wind Power Generator System. - I det første projekt udvikler vi en overordnet model for vindmøllesystemer og formulerer nogle strategier for styring, der skal reducere belastningen på møllen og forbedre strømkvaliteten. I det andet projekt udvikler vi nye generator- og effektelektroniske systemer til offshore vindmølleparker og offshore grids. En drejelig vindmølle påvirkes af variationerne i vindstyrken og -retningen. Belastningen på en vindmøllevinge har betydning for strømproduktionen, som påvirkes af den retning, møllen er drejet i. I de ovennævnte projekter anvender vi en detaljeret model af vindmøllesystemer og udvikler en ny metode til at styre den enkelte mølles vinkel for at reducere udsving i strømproduktionen, forhindre træthed i konstruktionen og forbedre strømkvaliteten, forklarer Zhe Chen. Offshore-møller skal forbedres Offshore-vindmøller skal være mere pålidelige end onshore-møller, fordi omkostningerne til drift af offshore-møllerne er betydeligt højere. Men offshore-møllerne har større effekt i i elsystemet end de onshore-møller, der står rundt om i dag. - For at udvikle en overordnet, optimal kontrol, der maksimerer opsamlingen af strøm og reducerer belastningen og tab af vindmølleparker, forsker vi i det optimale design, den optimale drift og kontrol såvel som fejlprognoser for offshore-vindmøller. I fremtiden vil teknologi til lagring af energi være en løsning, der kan sikre et stabilt flow i strømforsyningen. Men en kosteffektiv metode til lagring af energien er endnu ikke udviklet, siger Zhe Chen. Zhe Chen Professor Institut for Energiteknik Tlf : Mail : zch@et.aau.dk Inden 2020 skal halvdelen af Danmarks energiforbrug dækkes af strøm fra vindmøller, og det åbner for en hel række udfordringer. For det første er det danske elforbrug stigende, ikke mindst fordi der kommer flere og flere elbiler og varmepumper. En elbil eller en varmepumpe bruger nemlig hver især den samme mængde el som en gennemsnitlig dansk husstand. Dernæst blæser vinden ikke altid på de tidspunkter, hvor danskerne bruger mest strøm. Så den strøm, der produceres, skal anvendes så hensigtsmæssigt som muligt. Fleksible elpriser på vej Typisk er der de største mængder el til rådighed om natten, for da blæser det mest, men det er selvsagt ikke her, danskerne bruger mest strøm. Kunne man imidlertid flytte den mest strømslugende og samtidig mest fleksible del af danskernes elforbrug nemlig opladning af elbiler og brug af varmepumper - til om natten, er grundstenen lagt for, at forbrugerne kan spare penge, mens elnettet belastes mere jævnt. Det er i alles interesse, for alternativet er dyre udbygninger af elnettet rundt om i Danmark for at imødekomme den stigende efterspørgsel i spidsbelastningsperioderne. Selvom kun ganske få elselskaber i dag kan fakturere forbrugerne på baggrund af timemålinger, så vil fleksible elpriser blive en realitet for alle danske forbrugere inden for en ganske kort årrække. I dag er det kun elkunder med et strømforbrug på mere end kwh om året (typisk industri), der timeaflæses, og som kan vælge at betale fleksible elpriser afhængig af udbud og efterspørgsel. Men inden for 5-10 år er man klar med en løsning til også helt almindelige forbrugere, som betyder, at vi kommer til at betale mere for strømmen, når der er mere rift om den og mindre, når der er mere el til rådighed. Smartgrid kræver samarbejde De mange varmepumper og elbiler forventes i løbet af 10 til 15 år at fordoble eller tredoble danskernes elforbrug. Én løsning vil være at udvide elnettet betragteligt, men den intelligente løsning vil være at tilpasse vores forbrug, så presset tages af nettet i spidsbelastningsperioderne. Lykkes det, er der penge at spare, og en fremtid, hvor danskernes energiforbrug dækkes uden fossile brændsler, er rykket et skridt nærmere. Derfor er der brug for intelligent styring af elnettet i Danmark, det man kalder et smartgrid. Der er flere bud på, hvordan det skal skrues sammen, men sikkert er det, at det kræver mange forskellige faglige og forskningsmæssige kompetencer at knække koden til det ideelle smartgrid. Hvis Danmarks smartgriddrøm skal gå i opfyldelse, må forskere på tværs af institutter og universiteter derfor samarbejde, også med erhvervsliv og industri, f.eks. it-specialister og IKT-eksperter. - På Aalborg Universitet har intensiv forskning i fremtidens smartgrid ført til mange samarbejder på tværs af institutter og mellem forskere med speciale i bl.a. energiteknik, telekommunikation, energiplanlægning, datalogi osv. Det betyder, at når vi arbejder med en idé, så kan vi få den belyst fra alle vinkler og undgår f.eks. dermed, at vi bruger for meget tid på noget, der ikke kan realiseres, fordi eksperter fra andre områder kan bidrage med deres viden, udregninger og undersøgelser, siger Birgitte Bak-Jensen, som er lektor ved Institut for Energiteknik. Birgitte Bak-Jensen Lektor Institut for Energiteknik Tlf : Mail : bbj@et.aau.dk 14 15

9 Hele verden kan blive forsynet med strøm fra havets bølger, men det er en videnskab at få energien ud af bølgerne. Forskerne på Aalborg Universitet kender hemmeligheden bedre end de fleste. Vi kender det fra stranden om sommeren, når en stor bølge er ved at vælte én omkuld. Der er masser af kraft i bølgen, og lægger man alle verdenshavenes bølger sammen, er mængden af energi næsten uudtømmelig. Alene i den danske del af Nordsøen er energimængden beregnet til ca. 30 TWh pr. år. For at give en ide om størrelsesforholdet kan det nævnes, at det samlede danske elforbrug er på ca. 33 TWh om året. Bølgeenergi: Gigantiske energimængder i bølgerne 16 P r o b l e m b a s e r e t f o r s k n i n g - Problemet med at udnytte dette store potentiale er, at der er rigtig mange parametre og samspillet mellem dem, der skal vurderes, førend det vil blive teknisk og økonomisk muligt at udnytte energien, siger lektor Jens Peter Kofoed fra forskningsgruppen for Bølgeenergi. Det drejer sig bl.a. om hvilke kombinationer af bølgehøjder, bølgelængder og bølgeretninger, der er lige det sted, hvor bølgekraftanlæggene placeres. Det drejer sig også om bølgekraftanlæggenes virkningsgrad, altså hvor stor en del af bølgernes energi, anlæggene kan udnytte, og ikke mindst om, hvordan anlæggene kan overleve de ekstreme belastninger under orkan. Et anlæg, der står i havet ud for Hanstholm, er helt sikkert ikke magen til det anlæg, der står ud for Californiens kyst, fordi bølgerne ikke opfører sig ens. Forskningen over de sidste 15 år har meget været rettet mod anvendt forskning, hvor udviklere af bølgeanlæg er kommet med ideer, som videnskaben har kunnet hjælpe på vej - eller pænt fortælle, at anlægget ikke er realistisk. Nu er forskningen suppleret af generiske projekter, hvor der udvikles metoder og værktøjer til optimering af anlæg, men også forskning i, hvordan bølger i kombination med vind eller solenergi kan bidrage til at opretholde spændingen i strømforsyningen til forbrugerne. - Den store udfordring for den ikke-fossile energi er, at elværkerne ikke kan styre, ikke skrue op og ned på produktionen af strøm på samme måde, som man kan styre, hvor meget kul, man putter i ovnen. Her kan vi bidrage med modeller til, hvordan bølger i kombination med sol eller vind kan sikre større forudsigelighed i produktionen, forklarer Jens Kofoed. Han vurderer, at bølgekraft om nogle år - og mange forskningstimer - kan blive Danmarks næste store energifyrtårn. Jens Peter Kofoed Lektor Institut for Byggeri og Anlæg Tlf : Mail : jpk@civil.aau.dk 17

10 ELEKTROLYSE: En nøgle til fremtidens energisystem Der synes ikke længere megen tvivl om, at brint og brændselsceller kommer til at spille en central rolle i fremtidens energiforsyning. Teknologien indeholder nemlig svaret på to essentielle problemstillinger ved vedvarende energikilder: Lagring af energi samt fremstilling af et effektivt drivmiddel. 18 P r o b l e m b a s e r e t f o r s k n i n g Brint og brændselsceller nævnes ofte i sammenhæng, men der er egentlig tale om to forskellige og uafhængige ting med hver deres anvendelsesområder. Brint gør det muligt at lagre overskudsstrøm fra vedvarende energikilder, fx vind. Energien fra vindmøllen bruges til at spalte vand i ilt og brint, og brinten kan efterfølgende lagres på gasform eller, endnu mere relevant, anvendes til fremstilling af syntetisk metan eller flydende brændstoffer. Disse brændstoffer kan anvendes på et senere tidspunkt, eksempelvis på dage, hvor det ikke blæser. - Udover lagring har brint den strålende fordel, at det kan forarbejdes videre til andre gasser, fx metan eller syntetiske brændstoffer som metanol, hvilket baner vejen for produktion af et brændstof, der nemt lader sig transportere og distribuere i det eksisterende system for henholdsvis naturgas eller benzin og diesel. Elektrolyse bliver en nøgleteknologi, og vi kommer slet ikke uden om, at brint vil spille en meget central rolle, forklarer Søren Knudsen Kær. Brændselsceller kan sammenlignes med et batteri, men i modsætning til batterier skal en brændselscelle ikke lades op. Den skal blot have tilført en tilstrækkelig mængde brint eller brintholdigt brændsel som fx metanol, hvorefter ilt og brint omsættes til el og rent vand. En brændselscelle udleder kun ikke-skadelige stoffer; den støjer ikke og er meget energieffektiv. Teori og praksis i konstant samspil Gennem de sidste 15 år har Institut for Energiteknik fået en international førerposition inden for forskning i modellering af LTPEM-brændselsceller og HTPEM-teknologien og har skabt iøjnefaldende resultater. Lige nu forskes der intenst i at finde ud af, hvordan man kan forbedre holdbarheden af brændselscellerne og dermed forstå hvilke mekanismer, der forårsager degradering af cellernes ydelse over tid. Det sker både i laboratoriet og i samspil med forskellige virksomheder. - Brændselscellerne er en yderst attraktiv teknologi, fordi de kan omsætte kemisk bundet energi til elektricitet. Samtidig har de en høj effektivitet sammenlignet med andre teknologier, eksempelvis forbrændingsmotorer, lyder det fra Søren Knudsen Kær, professor ved Institut for Energiteknik på Aalborg Universitet og programleder for brændselscelleog batterisystemer. - Virksomhederne spiller tilbage til os med deres problemstillinger, som vi så arbejder videre ud fra. Det gør os enormt skarpe på definition af relevante forskningsprojekter, som virkelig gør en forskel i udviklingen af teknologien, siger Søren Knudsen Kær. Brint kan også laves til metanol Den helt centrale udfordring ved overgangen til vedvarende energikilder er en stabil og pålidelig lagringsteknologi, som sikrer, at vores energisystem i fremtiden kan bestå 100 % af vedvarende energi. Her brillerer brint, fordi det kan lagres i ugevis, men brint har også andre egenskaber, som kan vise sig nyttige: Erhvervslivet tiltrækkes Forskningen med brint og brændselsceller har bl.a. banet vejen for en spin-off-virksomhed, Serenergy i Aalborg, som anvender forskningen til at fremstille højteknologiske produkter, der afsættes i både ind- og udland. Serenergy er dermed et af de mange konkrete eksempler på, hvordan verdensklasseforskning på Aalborg Universitet har ledt til vækst og jobskabelse i Nordjylland, og Søren Knudsen Kær kan sagtens forestille sig, at dette nicheområde kommer til at vokse yderligere i regionen: - Aktiviteter skaber aktiviteter, og jeg kan godt forestille mig, at der kommer endnu flere spillere til Nordjylland. For når teknologien udvikles skridt for skridt, og vi fortsat markerer os internationalt, vil der komme flere firmaer, der tager teknologien til sig og begynder at lave produkter, som for eksempel erstatter batterier og generatorer. Det er jeg helt overbevist om. Han tilføjer desuden, at Region Nordjylland har været gode til at støtte op omkring området gennem finansiering af aktiviteter og faciliteter, hvilket har medvirket til at løfte niveauet. Brint og brændselsceller i dag Allerede i dag er der adskillige områder, hvor brændselsceller fungerer som et yderst succesfuldt alternativ til dieseldrevne nødstrømsgeneratorer. Det gælder fx i områder, hvor elnettet er meget ustabilt der findes områder fx i Afrika, som er helt uden elnet, og hvor brændselsceller anvendes til at producere strøm. Et andet område kan være, hvor el er kritisk, eksempelvis på sygehuse, som skal have et pålideligt back-upsystem. Brændselsceller anvendes også i mikrokraftvarmeanlæg, der leverer både el og varme i private hjem. Derudover går der ikke mange år, før brændselscellebiler for alvor begynder at rulle ud på vejene. Søren Knudsen Kær Professor Institut for Energiteknik Tlf : Mail : skk@et.aau.dk 19