Webinar om klimamål og grøn vækst Brian Vad Mathiesen, Aalborg Universitet - med Business Esbjerg og Borgmester Jesper Frost Pedersen Online, 1. december 2020

1. Fremtidens vedvarende energisystem i 2045/2050
Brian Vad Mathiesen, Aalborg Universitet
Webinar om klimamål og grøn vækst
- med Business Esbjerg og Borgmester Jesper Frost Pedersen
Online, 1. december 2020
@BrianVad

2. 2
VI SKAL HAVE
TILLID TIL
VORES
INFRASTRUK-
TURFORVALT-
NING

3. CO2-udslippet og
energiforbruget stiger
-
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
Primær energiforsyning, PJ
Olie Naturgas Kul og koks Affald, fossilt Biomasse Vindmøller Solenergi Varmepumper
-
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
Primær energiforsyning, PJ
Olie Naturgas Kul og koks Affald, fossilt Biomasse Vindmøller Solenergi Varmepumper

4. • Resultater:
• Omkostningseffektiv energiforsyning
• God effekt på betalingsbalancen
• Job og nye virksomheder
• Høj selvforsyningsgrad – ind til videre
4
Resultatet af 40 års energiplanlægning i Danmark
-50
0
50
100
150
1980
'81
'82
'83
'84
'85
'86
'87
'88
'89
'90
'91
'92
'93
'94
'95
'96
'97
'98
'99
'00
'01
'02
'03
'04
'05
'06
'07
'08
'09
'10
'11
'12
Energiimport/eksport og betalingsbalancen, Mia. DKK
Olie Naturgas
Kul El
Biomasse Eksport af energiteknologi og -udstyr
Balance of payment
Energi import
Energi eksport

5. Udfordringen
Fra 1990: 22% ned i energisektoren, 17% i landbruget men 13%
op i transport. Status 2018: cirka 52 mio. ton CO2-eq, Reduktion
pr år cirka 0,8 mio. ton CO2-eq pr år
2030 målsætningen på 70%:
- Fra 70,8 til 21,2 i mio. ton CO2-eq (uden fly ekstrabidrag)
- Reduktion pr år cirka 3 mio. ton CO2-eq fra 2020 (sats på et
mål på 20 mio. ton CO2-eq, da noget måske fejler)
2050 målsætningen netto nul:
- Reduktion pr år cirka 1,1 mio. ton CO2-eq fra 2030
Basisfremskrivning 2019, ENS
70% mål

6. Fokus på 1) teknologier der spiller godt
sammen og 2) industri, eksport og jobs

7. IDAs Klimasvar: ser frem mod 2045
Danmark bør opfylde målsætningen om 70 pct. CO2-reduktion i 2030 på en måde,
så den passer godt ind i at opnå 100 pct. vedvarende energi og CO2-neutralitet i
2045.
Det betyder:
• at vi frem til 2030 bør vælge de teknologier, som er hensigtsmæssige for at kunne
tage de næste skridt i årene efter 2030.
• at vi frem til 2030 bør have fokus på at udvikle de nye teknologier, som vi får brug
for i næste omgang, også selvom de ikke nødvendigvis gør den store forskel i
2030.

8. IDAs Klimasvar: - en del af Europa
Danmark bør opfylde målsætningerne om vedvarende energi og CO2-reduktion på en måde, så
det passer ind i, at resten af Europa og i sidste ende, at resten af verden kan gøre det samme.
Det betyder:
• at vi skal forholde os til Danmarks andel af bl.a. den internationale fly- og skibstransport og
bidrage til at nedbringe klimagasser fra disse transportformer, også selvom de ikke er med i
FN-måden at opgøre vores forpligtigelser på.
• at vi skal holde os inden for Danmarks andel af verdens bæredygtige biomasse ressourcer.
• at vi skal bidrage med vores andel af både fleksibilitetsydelser og reservekapacitet på el-nettet
i en europæisk sammenhæng.

10. 10
Biomasse
Solceller
Vindmøller
33 + 150 +
1040 PJ
~200 PJ 23 PJ >20 PJ >20 PJ ~13 PJ ~15 PJ (30-50 PJ)
Geotermi
Udvalgte danske VE Potentialer m.m.
Nuværende Primærenergiforbrug
Solvarme Datacentre
Traditionel
overskudsvarme Varmepumper

11. (sources: EnergyPLAN cost database)
Kul Gas Træpiller Landvind Offshore
vind
Husstands-
solceller
Store anlæg
- solceller
Markanlæg
- solceller
Hvad koster el i fremtiden?
21-16 øre/kWh

12. 12
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1980 1990 2000 2005 2010 2015 2016 2017
Træpiller - Import Brænde - import Skovflis - Import
Affald, bionedbrydeligt - Import Bioethanol - Import Biodiesel - Import
Træpiller Brænde Skovflis
Affald, bionedbrydeligt Halm Træaffald
Biodiesel Bioolie Biogas
Sum - import
Biomasseforbrug i Danmark - Kraftvarme og kedler
B I O M A S S E P O T E N T I A L E T
O P T I M I S T E N : C A . 3 0 0 P J
P E S S I M I S T E N : 1 6 5 P J
R E A L I S T E N : 2 0 0 P J
3 4 G J B I O P R . C A P I T A E R
H Ø J T G L O B A L T
7 5 P J
I M P O R T
Restpotentialer i Danmark:
60-100 PJ Træ, halm, biogas
og energiafgrøder

13. • Biomasse udover de residuale ressourcer kan have en
klimaeffekt.
• Alle opgørelser viser Danmark har flere ressourcer en
gennemsnittet!
• Den danske energimodel vedr. biomasse som den ser
ud pt. skal forblive en dansk model – hvad gør vi?
13
Udfordringer ved biomasseforbrug i
Danmark og globalt
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
IDA's Energy
Vision 2050
CEESA 2050 Elbertsen et al.
(2012)
Gylling et al.
(2012)
L. Hamelin et al.
(2019)
BioBoost Smart Energy
Europe
PRIMES / -
1.5TECH
PRIMES - 1.5LIFE PRIMES -
1.5LIFE-LB
JRC-EU-TIMES
Model
Denmark EU27 (not including Croatia) and
Switzerland
EU28 EU28 + Iceland,
Norway,
Switzerland, and
Western Balkan
Countries
[GJ/cap]
Publication and geography
Bioenergy potentialsper capita projected in different publications and
current bioenergy consumption
Bioenergy potential per capita (GJ/cap) Current consumption in Denmark (2018)
Biomasseforbrug
pr. person
I dag i DK (175 PJ) 30 GJ/capita
Seneste forskning for EU (8500 PJ) 17 GJ/capita
EU 2050 scenarioer (A Clean Planet for all) 15-21 GJ/capita
IDA 100% VE i 2050 (200 PJ – Dansk andel) 34 GJ/capita
Energistyrelsens scenarioer fra 2014 35-45 GJ/capita

14. Smart Energy Systems
Download rapport:
www.EnergyPLAN.eu/IDA
D E N F Ø R S T E P L A N F O R
1 0 0 % V E D V A R E N D E
E N E R G I I D A N M A R K M E D
B R U G E L E K T R O F U E L S

15. Energilagring
Pump Hydro Storage
175 €/kWh
(Source: Electricity Energy Storage
Technology Options: A White
Paper Primer on Applications,
Costs, and Benefits. Electric Power
Research Institute, 2010)
Natural Gas Underground Storage
0.05 €/kWh
(Source: Current State Of and Issues
Concerning Underground Natural
Gas Storage. Federal Energy
Regulatory Commission, 2004)
Oil Tank
0.02 €/kWh
(Source: Dahl KH, Oil
tanking Copenhagen A/S,
2013: Oil Storage Tank.
2013)
Thermal Storage
1-4 €/kWh
(Source: Danish Technology
Catalogue, 2012)

16. Varmelagre 6200 m3 Thermal
Storage
2500 €/MWh
(Skagen: 6200 m3
for 5.4 mio. DKK)
0.16 m3 Thermal
Storage
300.000 €/MWh
(Private house: 160 liter
for 15000 DKK)
200,000 m3 Thermal
Storage
500 €/MWh
(Vojens: 200,000 m3
for 30 mio. DKK)
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
160 liter 4 m3 6200 m3 200.000 m3
Price(€/MWh)
Thermal storage: Price
and Size
4 m3 Thermal Storage
40,000 €/MWh
(Private outdoor: 4000 m3
for 50,000 DKK)

17. Hvad er en
”smart”
bygning?
• Byggeriets varmeforbrug skal reduceres med ~40%
• Kvantitativt: Hvis ikke, så øges presset på økonomi, biomasse
og vind (+ 58 PJ og 2 mia.kr./året)
• ~80 KWh/m2 i eksisterende byggeri. ~45-55 kWh i nyt byggeri
• Kvalitativt: Hvis ikke, skabes der barrierer for lavtemperatur-
fjernvarme og varmepumper (samt integration med fjernkøling)
• Der er brug for fokus på drifts-fasen og Smart Meters kan
hjælpe med at nedbringe el og varme forbruget + med at
fremme lav-temperatur opvarmning
• IKKE behov for hustandsbatterier. Det er ikke ”Smart” at
flytte forbruget i boligen. Det gøres billigere og bedre i
fællesskab.
Nye energikilder
- nye lagrings
muligheder
Bygningers
energimæssige
ydeevne
Bygningsdrift
og brugeradfærd
Download rapport:
www.EnergyPLAN.eu/buildings

18. Hvordan skal
bygningerne
opvarmes i
2050?
• Mere fjernvarme og flere varmepumper!
– i kombination med besparelser
- Fjernvarme i byområder (66%) og besparelser (~40%)
- Individuelle varmepumper i landområder (33%) og besparelser (~40%)

19. Solcellepotentiale per
kommune
Solcellepotentiale for
bygninger større end
500 m2 per kommune

20. Solceller i energisystemet
• Mål mod 2020/2025: maksimalt 2.000-2.500 MW solceller
• Dette vil reducere CO2-udledningen med ca. 400.000 t/år (afhængig af
electricisering)
• I 2050 anbefales det, at installere højst 5.000 MW mindre
systemer eller op mod 10.000 MW store systemer
• Fra et teknisk synspunkt kan der opnås yderligere
brændselsbesparelser ved at øge solcellekapaciteten, men dette
vil medføre større omkostninger for energiystemet
• Solceller bør udgøre 10-15% af elproduktionen (resten vind)
• Fleksibelt elforbrug har et begrænset potentiale for at forbedre
solcellernes rolle i både 2020 og 2050
• Husholdningsbatterier anbefales ikke uanset størrelse.
Balanceringen af energisystemet bør fremmes ved ændret
systemdesign på nationalt eller internationalt niveau for at
forbedre fleksibiliteten og mulighederne for at integrere
vedvarende energi.

21. Nøgle biomasseteknologier i vedvarende
energisystemer
• Knap ressource – skal anvendes effektivt
• Højeste værdiskabelse vinder: Produkter, kemi, lægemidler, energiformål sidst i køen
• Biogas og forgasset biomasse bruges i industrien og fleksibelt kraft/varme (ikke methaniseret
men evt. opgraderet)
• Elbaserede transport biobrændsler (Electrofuels)
• Undgå ren varmeproduktion eller baseload – udnyt til kraftvarme
• Tænk affald og biomasse sammen
• En del ud som gas
• andet til materialer
• andet til forbrænding.
• Tænk affaldsforbrænding sammen
med geotermi
21
Mathiesen, B. V., Lund, R. S., Connolly, D., Ridjan, I., & Nielsen,
S. (2015). Copenhagen Energy Vision: A sustainable vision for
bringing a Capital to 100% renewable energy. Department of
Development and Planning, Aalborg University.

22. Gassystemet
• Udfasning af Naturgas (fra nu 37 TWh/år)
• Varmebesparelser, konvertering til fjernvarme (Hybridløsninger er ikke en udfasning og kan ikke til at løse
udfordringerne omkostningseffektivt)
• Industrien: Energieffektivisering, elektrificering, konvertering til biogas og grønne gasser
• Barrierer: Aktører, gæld og vedligehold, samfundsøkonomiske beregningsforudsætninger – Aftalemodel?
• Vi har behov for gasnet i fremtiden, men udfordringen er kompleks (mere kompleks end
branchen hævder)
• biogas og forgasset biomasse bruges i industrien og fleksibelt kraft/varme (hovedsageligt direkte). Gas er fyr dyrt at
bruge i opvarmning.
• Brint, CO2, syntese gas til elektrofuels samt lagring
• Nye gassystemer og mere viden er nødvendig.
• Hvilke mål har gassektoren?
• Hvor skal vi ikke bruge gas i 2030?
• Hvor stor er VE målet?

23. Transport, vedvarende energi og biomasse
 100% vedvarende energi i transporten er realiserbart
 Vækst i transporten i fremtiden
 Men moderat og i den kollektive transport
 Omlægning til kollektiv transport og direkte el
 Indirekte el i elbiler
 Electrofuels (gas og flydende) til den tunge transport
 Matematikken og fysikken giver at biodiesel, bioethanol og biogas kan kun dække
nichebehov i transporten
Electrolyser1
Biomass
(74.7 PJ)
Electricity
(52.7 PJ)
Methanol/DME
(100 PJ2
)
H2
(38.4 PJ)
Gasifier Chemical
Synthesis
Hydrogenation
2.9 Mt
Syngas
Resource Conversion Process││ │ ││ Transport Demand
87 Gpkm
53 Gtkm
Transport Fuel
OR
H2
O
(3.8 Mt)
0.9 Mt
MET HANOL
DME
ELLER
MET HAN ?

24. Elektrolyse Hydrogenering
Carbon or
N2 source
Kemisk
synthese
H 2
Trin 1
Gas fra biogas ,
punktkilder,
gasificering af
biomasse, CO2 –fangst,
kvælstof -fangst
H 2 O
Methanol/DME/
Methan/Ammoniak
Trin 2
Brint fra elektrolyse
(alkalisk, PEM, SOEC)
Trin 3
Anvendelse
• Enkelte teknologier er helt
modne, andre er ikke
(TRL – levels)
• Sammensætning af komplekse
anlæg og opskalering er
nødvendig
• Alle muligheder skal testes
@BrianVad

26. Nye sammenhængende analyser af
hvordan når vi 2030 målet viser klare
synergier.

27. IDAs Klimasvar: 4 sektorer og 5 temaer

28. Energieffektivitet
IDAs Klimasvar opfylder EU's energieffektiviseringsdirektiv (EED):
• Varmebesparelser - 2,2 PJ/år.
• Elbesparelse - 1 PJ/år.
• Energibesparelser i industri - 2,4 PJ/år.
• Omlægning til fjernvarme og individuelle varmepumper - 0,24 PJ/år.
• Reduktion i personbil km og flyrejser - 0,8 PJ/år.
Sammenlagt er besparelserne større end 4,96 PJ/år, som er den danske
forpligtigelse. Besparelser skal skyldes nye konkrete virkemidler.

29. Sektorintegration
IDAs Klimasvar opnår synergi og fleksibilitet fra sektorintegration:
Integration og lagring af vedvarende energi:
• Store varmelagre på i alt 112 GWh.
• Udnyttelse af de eksisterende naturgaslagre og etablering af brintlagre på i alt 40 GWh.
• Overkapacitet på elektrolyseanlæg svarende til en 50 pct. udnyttelse.
• Udnyttelse af sæsonafhængig overkapacitet på varmepumper samt elkedler for 700 MW.
• Udnyttelse af batterier (14 GWh) i el-køretøjer vha. intelligent opladning.
• Fleksibelt elforbrug (primært indenfor døgn) på ca. 2,5 TWh

30. Biomasse
IDAs Klimasvar nedbringer biomasseforbruget ca. 29 til
ca. 26 GJ/capita.
IDAs Klimasvar fokuserer på:
• at Danmark nedbringer sin afhængighed af biomasse,
• omlægger til primært indenlandske biomasse ressourcer
med prioritet til biomasse med lave CO2-emissioner, samt
• forbereder Danmark på at begrænse os til Danmarks
andel af mængden af et globalt bæredygtigt
biomasseforbrug.

31. Vedvarende energi
IDAs Klimasvar omfatter følgende vedvarende energi ressourcer:
• Solvarme i fjernvarmen svarende til 6-7 PJ.
• Solvarme i individuelle boliger til svarende til 8-9 PJ.
• 500 MW geotermi med en fjernvarme produktion på 13-14 PJ.
• Solceller på store tage udbygges fra nu ca. 1.000 MW til 5.000 MW i 2030.
• Vindkraft onshore udbygges fra ca. 4.200 MW til mindst 4.800 i 2030.
• Vindkraft offshore udbygges fra ca. 2.000 MW til 6.630 i 2030.
• Bølgekraft (132 MW) (dog med vind som alternativ).

32. Velkendte
teknologier

33. Nye delvist
Velkendte
teknologier

34. Teknologiske udfordringer:
Nye teknologier, der skal udvikles på

35. Tak for opmærksomheden
Follow me on twitter and LinkedIN
www.EnergyPLAN.eu
www.4DH.eu
www.energyplan.eu/smartenergysystems/
www.brianvad.eu
www.energyplan.eu/solar
https://ida.dk/om-ida/temaer/klimasvar
www.heatroadmap.eu
www.energyplan.eu/SmartEnergyEurope
www.energyplan.eu/building
s