Samtidighed af vindproduktion i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien i 2011

Transkript

1 Samtidighed af vindproduktion i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien i 211 Det er almindelig anerkendt at vindkraften varierer, og samtidig almindelig antaget, at det altid blæser et eller andet sted, således at man ved hjælp af en SMART GRID kan overføre vindkraft fra blæsende til vindstille områder og dermed råde bod på den lokale vindkrafts variation. Diagrammet nedenfor viser vindmøllernes samlede ydelser i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien time for time i 211. Det fremgår klart, at en smart grid forbindende dette område ikke vil være løsningen på problemerne med vindkraftens variation. Vindeffekt sum Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritanien MW Søren Kjærsgård 1 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

2 Indledning. Forfatteren har bearbejdet timeværdiener for vindmølleproduktion i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien i 211 med det formål at undersøge, om problemerne affødt af vindkraftens variation helt eller delvis vil kunne imødegås ved at integrere vindkraften over det nævnte meget store område. Konklusion. Konklusionen er kort og klar. Selv over et område omfattende hele Nordvesteuropa er der en enorm forskel på vindkraftydelsen på vindstille og på blæsende dage. I årets løb var gennemsnitsydelsen maksimum værdien minimum værdien standardafvigelsen gennemsnitsforbruget ca MW MW 559 MW 568 MW 154. MW Vindkraft kan derfor kun anvendes i det omfang back-up systemerne kan følge med. Og vindkraftens omkostning omfatter også omkostningerne til at drive et back-up system, der kan kompensere for vindkraftens variation. Den korte tabel ovenfor illustrerer med al ønskelig tydelighed, at selv ubegrænset supergrid kapacitet ikke løser problemet med vindkraftens variation. Alle Danmarks havvindmøller kan også stå stille eller næsten stille samtidigt. Laveste samlede ydelse fra Danmarks 3927 MW store (ult. 211) vindmøllepark var 1 MW, helt præcist 1,2 MW den 1. oktober 211 kl 16. Samtidigt var elforbruget 3477 MW. Så bygning af flere havvindmøller vil ikke reducere behovet for back-up kapacitet. Søren Kjærsgård Grenaa den Søren Kjærsgård 2 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

3 Indholdsfortegnelse. Metodik 4 Kurver og tabeller over faktiske ydelser 7-11 Oversigt over standardafvigelser 12 Kurver og tabeller over normerede ydelser Oversigt over danske vindmøllers ydelser per måned Sum af dansk, fransk og britisk ydelse 2 Kilder DK/Info/TalOgKort/Statistik_og_noegletal/Oversigt_over_energisektoren/Stamdataregister_vindmoeller/Documen ts/anlaegprodtilnettet.xls Download Hourly Time Series Søren Kjærsgård 3 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

4 Metodik. Der opereres efterfølgende med begrebet standardafvigelse (Stdafv), i et forsøg på med et enkelt tal at anskueliggøre variationer. Lidt mere kompliceret udtrykt: Kvadradroden af summen af afvigelsernes kvadrat divideret med antallet af observationer. Man kunne korrekt indvende, at kurven over den samlede vindmølleydelse giver et forvrænget billede, fordi de enkelte landes vindparker er af meget forskellig størrelse. ydelserne i 211 var i henholdsvis Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien henholdsvis 1114, 491, 1284, 119 MW ialt 8417 MW. Det ses, at de danske, franske og britiske systemer har næsten de samme gennemsnitlige ydelser, medens Tyskland alene tegner sig for 58% af vindkraftydelsen. Nedenfor findes derfor to sæt diagrammer. Det ene sæt viser de faktiske ydelser i MW, idet der er vist to diagrammer for hele året, det ene visende summen, og det andet visende de enkelte landes ydelser. For hvert af årets fire kvartaler findes der to tilsvarende diagrammer. Det andet sæt diagrammer viser ydelserne i kw/mw middelværdi. Herefter kaldt de normerede værdier Dvs. hver enkelt af årets 876 timeangivelser for de enkelte lande er divideret med det pågældende lands årsmiddelværdi og multipliceret med 1, hvilket giver den dimensionsløse størrelse kw/mw. Over diagrammerne vises en tabel med angivelse af middelværdier, maksimal værdi, minimal værdi og standardafvigelser (stdafv) for de angivne lande og perioder. 14 Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritanien i 211 kw/mw Det ses, at også selv om man prøver at kompensere for den skævhed, der følger af, at Tysklands produktion af vindmøllestrøm udgør 55% af totalen, observerer man stadig voldsomme svingninger. Søren Kjærsgård 4 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

5 Man kan også vise variationerne i en tabel over standardafvigelser. Her finder man at standardafvigelserne for sumtallene er større end standardafvigelserne for de normerede tal. Standardafvigelser i % af middeltal for sum af de enekelte landes produktion Periode Faktisk Normeret 1kvt kvt kvt kvt Året Tallene repræsenterer et forsøg på at vise, hvordan variationen i den samlede produktion ville se ud, hvis alle lande havde den samme produktionskapacitet. Konklusionen er, at variationerne ville blive mindre, men på ingen måde ubetydelige, som det også fremgår af kurven ovenfor. Det hævdes hyppigt, at variationerne vil blive meget mindre, når vindmøllerne rykker ud på havet. Dette er en tvivlsom påstand. Nedenstående tabel viser standardafvigelserne beregnet ud fra årets 12 måneder for danske vindmøller øst og vest for Storebælt og opdelt i hav- og landbaserede møller. Danmark 211 Effektivitet og standardafvigelse per måned Effektivitet Stdafv kw/mw % Hav Øst Hav Vest Land Øst Land Vest Danmark i alt sidst i dokumentet. Standardvariationen måned for måned er betydeligt mindre end standardvariationen time for time. Dette er næsten en naturlov. Til gengæld er variationerne fra måned til måned ikke ubetydelige, heler ikke for havmøllerne, hvoraf følger, at back-up systemer skal have kapacitet til at dække langt mere end et par døgns forbrug, hvis vindkraften skal yde en væsentlig del af et lands elforbrug. Til gengæld må det medgives, at variationerne fra måned til måned er lavere for havbaserede møller end for landbaserede, men dog ingenlunde negligible. Effektivitet kw/mw udtrykker kw ydelse per MW installeret kapacitet. Diagram og tabel for danske vindmøllers månedsydelser er vist Søren Kjærsgård 5 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

6 Nedenstående grafer viser ydelsen sorteret efter størrelse 25 2 Faktisk Ydelse, middelværdi 8417 MW Hver søjle repræsenterer en tiendedel af årets timer. Man kan f.eks. se, at middelydelsen i den mest vindstille tiendedel af tiden er 1925 MW, altså under ¼ af gennemsnitsydelsen. Man kan yderligere se at i 3 % af tiden, er ydelsen under halvdelen af middelydelsen. Den i 211 opnåede middelværdi, 8477 MW, for vindkraftens ydelse i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritannien tilsammen repræsenterer 5,5 % af strømforbruget i området. Forestiller man sig, at vindkraften lige som i Danmark skal dække strømforbruget, skal man altså opbygge en vindmøllekapacitet, der ved kraftig blæst vil levere 4 GW, hvor middelforbruget er 154 GW i de nævnte lande tilsammen. Dog noget mindre, hvis vindmøllerne bliver højere og flytter ud på havet. Og stadigvæk kun ca. 4 GW i den mest vindstille tiendedel af tiden. Der er altså et betydeligt behov for at lagre vindkraft alternativt at etablere en termisk kraftforsyning, der vil kunne tilpasses vindkraften. Her kan formodentlig kun gas kunne komme på tale. Det bliver formodentlig umuligt at fremstille tilstrækkeligt med biogas, altså må man bruge naturgas, og altså kan man ikke opnå et fossilfrit samfund. Det vil sige, dette vil sikkert være teknisk muligt i et lille afgrænset område som Danmark. Til gengæld kan det være svært at se fidusen ved at et lille land som Danmark pålægger sig en byrde, som større lande ikke kan pålægge sig. Søren Kjærsgård 6 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

7 M Faktiske ydelser Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Maks Året Min Stdafv Stdafv % af middel Vindeffekt Danmark, Tyskland Frankrig Storbritannien 211, MW l DK DE F GB Vindeffekt sum Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritanien 211, MW MW Søren Kjærsgård 7 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

8 Faktiske ydelser MW Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Maks 1. kvt Min Stdafv Stdafv % af middel M 25 Vindeffekt Danmark, Tyskland Frankrig Storbritannien 1. kvartal 211, MW l DK DE F GB Mm Vindeffekt sum Danmark, Tyskland, GB og Frankrig 1. kvartal 211, MW MW Søren Kjærsgård 8 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

9 Faktiske ydelser MW Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Maks 2. kvt Min Stdafv Stdafv % af middel m 25 Vindeffekt Danmark, Tyskland Frankrig Storbritannien 2. kvartal 211, MW l DK DE F GB Vindeffekt sum Danmark, Tyskland, GB og Frankrig 2. kvartal MW Søren Kjærsgård 9 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

10 Faktiske ydelser MW Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Maks 3. kvt Min Stdafv Stdafv % af middel Vindeffekt Danmakr, Tyskland Frankrig Storbritannien 3. kvartal 211, MW l DK DE F GB 3 Vindeffekt sum Danmark, Tyskland og Frankrig 3. kvartal 211, MW Søren Kjærsgård 1 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

11 Faktiske ydelser MW Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Maks 4. kvt Min Stdafv Stdafv % af middel Vindeffekt Danmakr, Tyskland Frankrig Storbritannien 4. kvartal 211, MW l DK DE F GB 3 Vindeffekt sum Danmark, Tyskland og Frankrig 4. kvartal 211, MW Søren Kjærsgård 11 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

12 Standardafvigelser i % af middelværdier Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Året kvt kvt kv kvt Standardafvigelser for vindkraftydelser i % af middelværdier i 211 % af midelværdi Året 1. kvt. 2. kvt 3. kv. 4. kvt. Sum Danmark Tyskland Frankrig Storbrit Det ses at variationerne mellem høj og lav vindhastighed er størst i Tyskland, lidt mindre i Danmark og Lavest i Storbritannien. Under alle omstændigheder er variationerne så voldsomme, at det må være tilladt at konkludere, at vindkraft kun kan være anvendelig så langt back-up systemet kan bære. Søren Kjærsgård 12 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

13 Vindydelser i forhold til årets gennemsnit kw/mw Danmark Tyskland Frankrig GB SUM Maks Året Min Stdafv kw/mw Vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i DK DE F GB Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbritanien i kw/mw Søren Kjærsgård 13 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

14 Vindydelser i forhold til årets gennemsnit kw/mw Danmark Tyskland Frankrig GB SUM Maks 1. kvt Min Stdafv m kw/mw Vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i første kvartal DK DE F GB m Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i første kvartal kw/mw Søren Kjærsgård 14 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

15 Vindydelser i forhold til årets gennemsnit kw/mw Danmark Tyskland Frankrig GB SUM Maks 2. kvt Min Stdafv kw/mw Vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i andet kvartal DK DE F GB m Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i andet kvartal kw/mw Søren Kjærsgård 15 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

16 Vindydelser i forhold til årets gennemsnit kw/mw Danmark Tyskland Frankrig GB SUM Maks 3. kvt Min Stdafv kw/mw Vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i tredie kvartal DK DE F GB Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i tredie kvartal kw/mw Sum Søren Kjærsgård 16 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

17 Vindydelser i forhold til årets gennemsnit kw/mw Danmark Tyskland Frankrig GB SUM Maks 4. kvt Min Stdafv m kw/mw Vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i fjerde kvartal DK DE F GB Sum af vindmølleydelser normerede i forhold til middelværdi for de enkelte lande i Danmark, Tyskland, Frankrig og Storbrittanien i fjerde kvartal kw/mw Sum Søren Kjærsgård 17 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

18 Oversigt dansk vindproduktion iflg. Stamdata for vindmøller 211. Effektivitet, kw/mw, betyder kw gennemsnitlig ydelse per MW installeret kapacitet. Hav Øst Hav Vest Land Øst Land Vest Danmark i alt Hav Øst Hav Vest Land Øst Land Vest Danmark i alt Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Per måned Stdafv Okt Nov Dec Året Stdafv Maks Min % Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Ydelse MW Effektivitet kw/mw Det ses, at variationen fra måned til måned er større for landmøller end for havmøller. Det vil så formodentlig også gælde timevariationerne, men det er ikke således, at det altid blæser på havet. Som det er vist ovenfor var de minimale vindydelser i 1., 2., 3. og 4. kvartal i 211 henholdsvis 4, 5, 7 og 1 MW. Havmøllernes nominelle kapacitet var 871 MW og landmøllernes 356 MW ved udgangen af 211. Back-up kapaciteten må nødvendigvis svare til behovet ved den minimale vindproduktion. Den minimale vindproduktion fra alle Danmarks havvindmøller er også approximativt nul. Konklusion Havvindmøller vil ikke kunne reducere behovet for back-up kapacitet. Søren Kjærsgård 18 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

19 Ydelse i forhold til nominel kapacitet. kw/mw Nedenstående diagram illustrerer ovenstående tabel Effektivitet af land og havmøller i Danmark øst og Vest, samt i Danmark ialt i 211 Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Året Hav Øst Hav Vest Effektivitet kw/mw Land Vest Effektivitet kw/mw Danmark ialt Effektivitet kw/mw Land Øst Effektivitet kw/mw Diagrammet visermøllernes effektivitet forstået som ydelsen i kw/mw installeret kapacitet. Det ses klart, at havmøllerne er mere effektive, men variationen fra måned til måned er betydelig, og synes at godtgøre, at bilbatterier ihvert fald ikke vil være egnede som lagermedium. Søren Kjærsgård 19 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den

20 Vindmøllerparkerne i Danmark, Frankrig og Storbritanninen har næsten samme ydelse. Gennemsnitstallene for 211 var henholdsvis 1114, 1284 og 119 MW. Det kan derfor være interessant at se summen af disse ydelser time for time, for at danne sig et indtryk af nytten af en smart grid. Sum DK, F, GB MW Maks 148 MW Min 397 MW Stdafv 1816 MW 12 Sum af vindydelser i Danmark, Frankrig og Storbritannien M W DK + F + GB Kurven taler for sig selv. Søren Kjærsgård 2 af 2 Vindydelser Nordvesteuropa 211. Den