Bilag 1 Energi 2050 udviklingsspor for energisystemet 2. September 2010 Dok. 42329/10, Sag 10/3378 1/11
Bilag 1: forudsætning, metode og afgrænsninger... 3 1.1 Forudsætninger og metode... 3 1.1.1 Energitjenester... 3 1.1.2 Udlandsforbindelser... 4 1.1.3 Priser... 4 1.1.4 Teknologier... 5 1.2 Generelle teknologier i alle fire spor... 8 1.3 Økonomiske beregninger...10 1.4 Afgrænsninger...11 Dok. 42329/10, Sag 10/3378 2/11
1. Bilag 1 Forudsætning, metode og afgrænsninger I det følgende er der en gennemgang af de forudsætninger, der er foretaget for at opstille de fire forskellige energisystemer (spor). 1.1 Forudsætninger og metode Ved opstilling af de fire spor er der taget udgangspunkt i en værdikædebetragtning fra 'Energiressourcer' via et 'Energisystem', der omsætter energiressourcerne til energivarerne el, gas, varme og flydende brændsler. Disse energivarer omsættes ude ved slutforbrugeren til 'Energitjenester'. Vind Biomasse Biogas Kul Olie Naturgas Geotermi Sol Bølgekraft El Varme Gas Faste og flydende brændsler Energiressourcer Energisystem Energitjenester Klassisk elforbrug lys it køling etc Opvarmning Process-varme Transport Figur 1 Energiressourcernes værdikæde med energiressourcer, energisystem og energitjenester. 1.1.1 Energitjenester Energitjenester defineres her som slutproduktet af energianvendelsen, eksempelvis som transportarbejde, rumopvarmning, industriel procesvarme og endelig de energitjenester, som kun kan leveres som el, herunder it, belysning osv. Der er i alle fire spor antaget samme vækst i økonomisk udvikling og samme vækst i efterspørgsel af energitjenester. Fremskrivningen er foretaget af RISØ og er generelt set baseret på det samme grundlag om økonomisk vækst, som Energistyrelsen har brugt til deres referencefremskrivning. De fire spor skal således ses som forskellige løsningsveje til den samme efterspørgsel efter energitjenester. I nedenstående figur ses den fordeling af slutforbruget for en række energitjenester, som analysen har taget udgangspunkt i for alle fire spor. Der regnes med et fald i forbruget til opvarmning på grund af energieffektiviseringer og en stigning i forbruget til el processer, vejtransport og flytransport. I forbruget til industrielle processer og søtransport forudsættes en mindre vækst 1. 1 Fremskrivningen er baseret på RISØ's fremskrivning af energiforbrug og omregnet til energitjenester. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 3/11
Slutforbrug af energi til energitjenester i 2010 og 2050 250 200 Årsforbrug [PJ] 150 100 50 0 Opvarmning (varme) Industriel procesvarme (varme) El processer (el) Vejtransport (mek. energi) Flytransport (fuel) Søtransport (fuel) 2010 2050 Figur 2 Slutforbrug af energi til energitjenester i 2010 og 2050. Samlet er slutforbruget opgjort til 482 PJ i 2010 og 519 PJ i 2050 til energitjenester i alle fire spor. 1.1.2 Udlandsforbindelser Der er som udgangspunkt samme mængde af udlandsforbindelser til udveksling af el og gas i de fire spor. Der er ikke taget stilling, hvor naturgas i CDM-sporet skal komme fra. MW Danmark V Danmark Ø Norge Sverige Tyskland/ Holland Danmark V 1200 3500* 720 6000* Danmark Ø 1200 2200 1200* 1.1.3 Priser Tabel 1 Eludvekslingsforbindelsernes størrelse i eksportsituationen. *Der er ikke taget stilling til, om det er forstærkning af de eksisterende forbindelser eller som en del af et offshoregrid. Udviklingen i omverdenen forudsættes at være uafhængig af valget af energisystem i Danmark. Det vil sige, at brændselspriserne og prisen på import/eksport af el og gas er ens i de fire spor. Der er antaget brændselspriser svarende til IEA World Energy Outlook (WEO) november 2009 frem til 2030. Priserne er i perioden for 2030-2050 antaget, at være fastholdt på 2030-niveau, regnet som faste priser. Hvis brændselsprisen fortsat øges efter 2030, vil vindsporet blive relativt billigere, set i forhold til de tre øvrige spor. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 4/11
160 140 120 100 Kr./GJ 80 60 40 20 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 År Naturgas Gasolie Træpiller Figur 3 Langsigtede brændselspriser baseret på IEA november 2009. Brændselspriserne er eksklusive distribution til slutforbruger. CO 2 -omkostningerne er fastsat som en CO 2 -pris på 230 kr./ton gældende frem til 2050. Denne pris anvendes både som generel kvotepris og som omkostning for at lave CO 2 -reduktion via fleksible mekanismer i form af CDM-projekter. Ved analysen antages i alle spor, at biomasse til elproduktion subsidieres som i dag med et tilskud på 15 øre/kwh. Dette er gjort for rent beregningsteknisk at sikre, at biomasse anvendes til elproduktion. Derudover er analyserne en overordnet samfundsøkonomisk vurdering af de fire spor. Det ligger udenfor opgavens fokus at foretage en nærmere vurdering af tilskud og afgifter, som er nødvendige for at understøtte udviklingssporene. Det er derfor ikke nærmere vurderet, hvilke subsidier eller afgifter der skal til for at understøtte udviklingen. 1.1.4 Teknologier Teknologiernes omkostninger og virkningsgrader er fastsat efter teknologikataloget 2 og rapporten "Supplerende alternative drivmidler analyser", Energistyrelsen juni 2010. Analysen tager udgangspunkt i kendte teknologier, der enten i dag er kommercielle eller forventes udviklet hen imod en kommercialisering. Til brug for analysen er der på baggrund af den forventede teknologiudvikling opstillet udviklingsforløb for de teknologier, der anvendes i de fire spor. De fire spor stiller meget forskellige teknologiske krav til energisystemet frem til 2050. Alle teknologier gennemgår en udviklingskurve, som har betydning for, hvornår teknologien bliver kommercielt tilgængelig. 2 Technology Data for Energy Plants. Energistyrelsen og Energinet.dk. Juni 2010. Tabel side 16-26. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 5/11
pris Stabilitet Tilpasning Fuldskalaprojekt Udvikling tid Figur 4 Udviklingskurve for teknologier, i forhold til pris. Prisen er høj pr. produceret enhed i udviklingsfasen og med faldende priser over tid. Kurven viser, hvor afprøvet og effektive de forskellige teknologier er. Nogle teknologier har stadig for høje produktionsomkostninger til for alvor at slå igennem i energisystemet, selv om de er kendte og afprøvede teknologier, som fx solceller. På nedenstående figur vises teknologier, som anses for mulige i Danmark i 2050 eller som diskuteres som mulige energiteknologier i Danmark i fremtiden. Alle teknologier er vurderet ud fra den ovenstående udviklingskurve. Specielt for de teknologier, som ikke er færdigudviklet og som er vurderet "tilpasning" eller "stabilitet" efter 2025, er udviklingen usikker. Jo længere ud i fremtiden den stabile fase vurderes at indtræffe, jo større usikkerhed. En årsag kan være, at teknologiens udvikling er påvirket af den politiske bevågenhed, en teknologi kan få. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 6/11
El Vind på land Vind på havet Vind på dybt hav Bølgekraft Photo voltage CCS-kul Fusion Bio-kraftvarme Gasturbine Brændselsceller CAES Batterier Brintlager 2010 2020 2030 Offshore super grid SmartGrid Gas Forgasning Elektrolyse Gas to liquid Varme Store varmepumper Individuelle varmepumper Transport Elbil Hybrid el og benzin Hybrid el og brændselsceller Figur 5 Teknologioversigt over teknologier, der forventes i fremtiden med udgangspunkt i "'Teknologikataloget" og "Alternative drivmidler til transportsektoren 3. Farven angiver indikativt forskellige grader af modenhed, hvor den blå lyseste farve indikerer, at teknologien stadig er under udvikling, og den mørkeste farve indikerer, at teknologien er stabil og på vej mod at være prismæssigt konkurrencedygtig i forhold til energisystemet. 3 Technology Data for Energy Plants. Energistyrelsen og Energinet.dk. Juni 2010 og Supplerende Alternative drivmiddel analyser, Energistyrelsen juni 2010 Dok. 42329/10, Sag 10/3378 7/11
1.2 Generelle teknologier i alle fire spor De forskellige politiske rammer i de fire spor giver forskellige teknologiske satsninger. Ens for de fire spor er, at der er en stor andel af vindkraftproduktion, og det derfor er essentielt med teknologier, som supplerer vindkraften og udjævner den fluktuerende andel af produktionen. Nedenstående figur viser sammensætningen af energiressourcer og bruttoenergiforbruget i de fire spor. 700 600 PJ/år 500 400 300 200 Ekstra 7 GW vind offshore mv. Biomasse import Kvotekøb (fx CDM) CCS Olie Kul Naturgas Bio, affald, geotermi Vind, sol, bølge 100 0 Vind Bio CDM CCS Figur 6: Bruttoenergiforbrug i de fire spor. Figuren illustrerer de særlige strategiske "satsninger" i de enkelte spor. Figuren viser, at der i alle spor forventes en udbygning med vind. Udbygningen med vindkraft er i de tre spor bio, CDM og CCS på i alt 5 GW landvind og 5 GW offshorevindkraft. I havmøllehandlingsplanen 2008 er der udpeget 4,6 GW, og den antagne udbygning i sporene ligger således tæt på rummeligheden i de arealer, der allerede er udpeget. I Vindkraft-sporet er vindkraften på 17 GW i alt fordelt på 5 GW landvind og 12 GW offshore vind. Denne udbygning forudsætter, at der udpeges nye arealer til vindkraft på havet. De øvrige energiressourcevalg giver forskellige satsninger på teknologierne. Bølgekraft bidrager til en mere jævn produktion af el fra offshoreanlæg. Årsagen er, at produktionen af el fra et bølgekraftanlæg har et mere roligt opstartsforløb i forhold til vindkraft, når vindstyrken øges. Tilsvarende aftager produktionen først nogle timer efter, at vindstyrken er aftaget. Teknologiudviklingen af bølgekraft kan potentielt blive en vigtig ressource til supplering af offshorevindkraft. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 8/11
Elproduktion fra solceller udgør også en god komplementær elproduktion til supplering af vindkraft, men omfanget af produktionen er ikke afgørende for nogle af sporene i denne analyse. Produktionen kan i princippet erstattes med en øget offshore vindkraftproduktion. Balanceringsudfordringen bliver større ved at erstatte produktionen fra solceller med vindkraft, men det er muligt. Solceller er teknologisk udviklede, men har relativt høje produktionsomkostninger. Smart Grid-teknologien er særlig kritisk, hvor el har en bærende rolle for hele energiforsyningen, og idet vindkraft får en central rolle i alle fire spor, får elforbrug også en central rolle. Udviklingen inden for Smart Grids foregår mange steder i Europa, USA og Sydkorea. Der er særlige danske forskningsmiljøer, der kan understøtte en erhvervsudvikling inden for de relaterede områder (elektronik og kommunikations- og måleudstyr, prognoseværktøjer og software). Nordea Invest ser ligeledes et stort udviklings- og forretningspotentiale i området. Men der er også mange globale spillere på banen, blandt andet Google og en række store energiselskaber, som også ser forretningsmuligheder i området. Det kan derfor forudses, at det bliver et marked præget af globale spillere og med hård konkurrence ikke mindst i forhold til at tiltrække den nødvendige kapital. Lagring af gas er en måde at lagre energi, som kan konverteres fra el til gas (elektrolyse) og fra gas til el (gasturbiner mv.) og som dermed kan integrere store mængder fluktuerende vedvarende energi. Det er ikke givet, at alle disse gasser skal distribueres i hele gassystemet, men der skal være et gasmarked, som understøtter regioner (klynger), hvor energihåndteringen kan foregå. Der er andre former for ellagring. En måde er Compressed Air Energy Storage (CAES), hvor energi lagres som trykluft i underjordiske geologiske strukturer, fx et grundvandsmagasin eller et hulrum, udskyllet i en salthorst. Dernæst er kendte og afprøvede teknologier som batterier eller Pumped Hydro Storage (PHS), hvor højdeforskellen mellem to vandreservoirer udnyttes. Fælles for alle teknologier er, at vindenergien udnyttes, når elprisen er lav, og forbruget er lavt, og el lagres i et andet medie, som kan omdanne energien (trykforskel, højdeforskel, kemisk energi) til el igen, når vindproduktionen er lav og forbruget højt. I alle fire spor anvendes en stigende mængde el til varmeforsyning. Primært i form af varmepumper, kraftvarme og anden restvarmeproduktion fra energiprocesser. Varmesystemet er karakteristisk ved at rumme potentiale for store mængder af fleksibilitet og relativt billig lagring af energi. Bygningsmassens og fjernvarmesystemets potentiale for "energilagring" anvendes i dag kun i et mindre omfang. Denne fleksibilitet har væsentligt samfundsøkonomisk værdi i alle fire spor, men er mest kritisk for vindsporet. Transportsektoren gennemgår i alle fire spor en ganske markant teknologiudvikling. Den eksisterende løsning med forbrændingsmotor har en lav virkningsgrad, og det er afgørende, at der udvikles løsninger med højere energieffektivitet. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 9/11
Udvikling af elbilen og plug-in hybridbilen er i denne forbindelse afgørende i vind- og CCS-sporet, men har også betydning i bio- og CDM-sporet. Hybridbilen vil i første omgang være baseret på en el-hybrid med forbrændingsmotor, men det forudsættes på det lange sigt (efter 2025), at forbrændingsmotoren gradvist erstattes af en brændselscelle. 1.3 Økonomiske beregninger Der er foretaget en analyse af samfundsøkonomiske omkostninger ved de fire spor i 2050, idet der er foretaget en overordnet indikativ vurdering af omkostningsniveauet ved energiforsyning i de fire spor. Formålet med vurderingen er primært at vurdere sandsynligheden for, at udviklingen kan bære i retning af de fire spor, set ud fra en økonomisk vurdering. Betydningen af ændringer i teknologipriser og brændselspriser for den årlige samfundsøkonomiske omkostning til energitjenester er vurderet. I vurderingen er antaget, at alle produktionsanlæg er reinvesteret i perioden frem til 2050. Der antages således, at de langsigtede marginalomkostninger kan danne grundlag for en vurdering af omkostninger ved energisystemet i 2050 4. Der er således ikke vurderet omkostninger til eventuelt forceret skrotning af produktionsanlæg. Det er antaget, at udlandet foretager en relativt kraftig udbygning med vedvarende energi til elproduktion (vindkraft mv.). Elprisen i landene omkring Danmark har væsentlig indflydelse på omkostningerne ved de fire spor. For at forenkle vurderingen er en række omkostningselementer, hvor de fire spor er "ens", ikke taget med. Følgende poster er ikke medtaget i de økonomiske beregninger: - Omkostninger til den grundlæggende energi-infrastruktur, det vil herunder sige drift og vedligehold af fjernvarmesystemet, elnettet og gasnettet. - Det vurderes, at der i alle fire spor er så meget fluktuerede elproduktion og potentielt fleksibelt elforbrug, at et intelligent elsystem (Smart Grid) er omkostningseffektivt og investeres i alle fire spor. - For vindsporet er omkostninger til ilandføring af offshore vindkraft og forstærkning af 400 kv-nettet en usikkerhed. Det vil kræve en række mere detaljerede beregninger at vurdere disse omkostninger mere præcist. - Omkostninger til forsyning af luftfart og søtransport er ikke taget med i figuren - Der er ikke indregnet nettoafgiftsfaktor i det præsenterede resultat Brændselspriser er antaget at ligge fastholdt på 2030-niveau i henhold til IEA WEO 2009. Tilsvarende er CO 2 -priser antaget at ligge på 230 kr./ton frem til 2050. 4 De langsigtede marginalomkostninger forstås her som anlægsomkostninger + D&V + brændsel + emission. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 10/11
Beregningerne er eksklusive nettoafgiftsfaktor. Der er regnet på følgende følsomheder: - Øge prisen med 50 % på havvindmøller medfører for: - vind-sporet, at prisen øges med 6 % på den samlede indregnede omkostning til energiforsyning. - Øge brændselspris med 50 % medfører for: - biomasse-sporet, at prisen øges med 14 % på den samlede indregnede omkostning til energiforsyning. - CDM-sporet, at prisen øges med 18 % på den samlede indregnede omkostning til energiforsyning - Øge CO 2 -kvoteprisen til 500 kr./ton medfører for: - CDM-sporet, at prisen øges med 5 % på den samlede indregnede omkostning til energiforsyning. 1.4 Afgrænsninger Analysen medtager kun landbrugets emissioner i det omfang emissionerne er knyttet til produktion af biogas. Andre typer af emissioner fra landbrugsproduktion fra fx kvæg ligger uden for rammerne af denne rapport og behandles derfor ikke. Kernekraft er politisk afskrevet som en mulighed i Danmark, og derudover spiller kernekraft dårligt sammen med et energiproduktionssystem baseret på den fluktuerende vindkraft. Kernekraft er ikke velegnet til hurtig regulering og skal derfor fortrinsvis køre grundlast. Dette passer dårligt sammen med den stigende andel af fluktuerende vindproduktion og den danske varmebundne elproduktion, og kernekraft vil derfor ikke blive yderligere behandlet i denne rapport. De fire spor er analyseret med simuleringsmodellen 'SIVAEL' og enkelte loadflow analyser af elsystemet med PowerFactory. SIVAEL er et simuleringsværktøj, som på timebasis analyserer et sammenhængende varme- og elsystem. Dok. 42329/10, Sag 10/3378 11/11