Ordet dualisme kommer fra latin duo (to) og betyder grundlæggende tvedeling eller tohed.

Når man betragter et produktionsmønster for en region – eller en landsby med en lokal vindmølle og solceller på hustagene (som vist i Figur 1) – ser man det simple dualistiske energisystem i al sin enkelhed. Elproduktion via kraftværker, der bruger brændsler, skal kun supplere de vedvarende energikilder (VE).

Møller og solceller producerer strøm, og kraftværkerne supplerer op, så den nødvendige elproduktion altid er til rådighed for forbruget. Produktionen veksler således mellem kraftværker og VE-anlæg. Hvis produktionen fra VE i vid udstrækning kan aftages af forbruget og kun i korte perioder overstiger behovet, kan ca. 45–50 % af forbruget dækkes af VE, mens kraftværkerne leverer resten.

Det sammensatte energisystem

Det samlede energisystem for et land eller en region består af meget mere end blot levering af strøm.

Det omfatter også varmedelen: fjernvarme og individuel varmeforsyning. Hele industrisektoren, som bruger store mængder procesenergi, skal også tilgodeses i en samlet VE-løsning. For at opnå det 100 % fossilfrie samfund kræves desuden en stor produktion af fossilfrie energibærere (brint, metanol, metan), hvilket kræver store mængder strøm over lange perioder.

Stor andel af forsyningen fra VE

Jo mere sol- og vindenergi der tilføres. Se Figur 2: jo større VE-andelen  bliver af det samlede elforbrug,  vil en voksende del af VE-produktionen  ligge uden for det umiddelbare forbrugstidspunkt. Hvis den lave pris på VE-strøm stadig skal slå igennem over for forbrugerne, er det afgørende, at overskuddet kan udnyttes, og at forbrugeren af VE-strømmen kan betale for strømmen, når den er til rådighed.

I Figur 3 ses en meget stor andel fra VE. For de konkrete 14 dage på grafen leverer VE 88 % af forbruget direkte.

I perioder producerer VE mere end 5 gange så meget som forbruget (særligt om natten). Det betyder, at en stor andel af strømmen skal finde en aftager netop i produktionstoppene. Selvom industrien, varmeforbrugere og fjernvarmeværker kan aftage en del, vil der stadig være et betydeligt overskud ved maksimal VE-produktion.

Det termiske varmebatteri

Her er det termiske varmelager (varmebatteriet) et vigtigt redskab (se Figur 4). Batteriet kan integreres i større procesindustrier og kraftværker. Det kan optage strøm i 3–4 dage, gemme energien som varme og senere anvende den i kraftværker, til fjernvarme eller i industriprodukter.

Dette skaber dualisme på flere niveauer: Strøm kan gemmes som varme, og overskudsstrømmen fra VE kan veksle mellem at forsyne industri, fjernvarme og individuel opvarmning eller lagres i de store termiske batterier.

Dualistiske Kraftværker og Varmeforbrugere

Kraftværker vil i det dualistiske setup kunne veksle både på brændselssiden og på afgangssiden. De kan skifte mellem at levere spildvarme eller producere varme direkte fra VE-strøm. Multi Fuel kraftværket Avedøre 2 se Figur 5

Små anlæg: En kombination af en lille gasmotor og en varmepumpe (f.eks. ved en boligforening) kan veksle mellem at aftage strøm til varmeproduktion via varmepumpen, eller lade gasmotoren overtage varmeproduktionen og levere strøm til elnettet.

Store anlæg: Et effektivt multifuel-kraftværk som Avedøre 2 kan i en dualistisk udlægning udnytte biomasse og halm ekstremt effektivt. I en ny konfiguration kan anlægget f.eks. køre i 3 dage på en blanding af biogas og energi gemt i termiske batterier. Kraftværket er således dualistisk på brændselssiden (veksler mellem gemt varme og halm) og på afgangssiden (overtager forsyningen af fjernvarme eller procesdamp, når el-drevne løsninger ikke er optimale).

Samspillet i en region (Sjælland og Øerne)

Med udgangspunkt i mønsteret fra Figur 6 (eksempelvis for Sjælland) kan vi se et system, hvor flere kraftværker servicerer industri og fjernvarme.

• Elforbruget aftager i gennemsnit 3 GW.

• Der leveres 3 GW strøm til procesenergi og fjernvarme.

• Der leveres 2 GW til brintproduktion.

• Affaldskraftværker brænder affald løbende, mens energien lagres i termiske batterier, så elproduktionen kan indsættes præcis efter behov.

Som grafen viser, dækkes næsten hele elforbruget direkte af VE-produktion. Over halvdelen af industriens behov og omkring 40 % af brintproduktionen kommer ligeledes fra VE.

Prioritering af brændsler

Ved dette produktionsmix er det afgørende, hvor brændslerne kommer fra. Hvis der er tale om halm, biogas eller syntetisk metan, kan det ikke forsvares at bruge disse til brintproduktion. Men i lange perioder med meget VE-strøm vil affaldskraftværkerne have opbygget store energimængder i de termiske batterier. Denne “lavkvalitets-energi” kan drive elforsyningen og spilddampproduktionen i flere dage. Dette gør, at regionens behov for procesenergi og fjernvarme kan dækkes næsten udelukkende af affaldsvarme og gemt overskudsstrøm, mens brintproduktionen kan køre i 70–80 % af årets timer.

Først når de termiske batterier er tømt, og VE-produktionen udebliver, overgår kraftværkerne til “ædle” brændsler som halm og biogas for at dække det nødvendige elbehov. I disse situationer lukkes brintproduktionen ned for at spare på de værdifulde brændsler. 

Det Overordnede Billede 

1. Maksimal VE-produktion: Alle forbrugere forsynes, og overskuddet lagres i termiske batterier.

2. Reduceret VE-produktion: Kraftværkerne begynder at levere strøm (via lagret energi i batterierne) til brintproduktion, mens spilddampen forsyner fjernvarme og industri.

3. Ingen VE-produktion: Kraftværkerne fortsætter med at forsyne elnettet og brintproduktionen ved hjælp af energi fra de termiske lagre (lavkvalitets-brændsler).

4. Tømte lagre: Når de termiske batterier er tomme, og der kun er biomasse og metan tilbage, lukkes brintproduktionen. Kraftværkerne kører herefter kun for at dække det kritiske el- og varmebehov.

Samlet resultat: Brintproduktionen kan køre i mere end 80 % af årets timer, mens forbruget af ædle brændsler som biomasse og biogas minimeres absolut.