Vindmølleindustrien og DTU Vindenergi

1. Resumé

Dette indspil er indsendt af Vindmølleindustrien og DTU Vindenergi, og er udarbejdet i samarbejde med Megavind, det nationale strategiske forskningspartnerskab for vind (som omfatter både industrien og universiteterne) og i samarbejde med Danmarks Forskningskonsortium for Vindenergi forskning og udvikling på universiteterne.

Velfungerende energisystemer er nødvendige for moderne samfund. De globale udfordringer på energiområdet i de kommende årtier er imidlertid store, og energi forventes derfor at blive et væsentligt globalt tema i det 21. århundrede. Prognoser frem mod 2040 viser stigende energiforbrug, stagnerende og siden faldende olieproduktion, og tiltagende klimaforandringer. Som det fremgår af figur 1, vil en stor del af energiefterspørgslen i 2040 rettes mod vedvarende energikilder. På verdensplan vil den største andel af væksten i vedvarende energi frem mod 2040 komme fra vindenergi (34%).(*1)

Figur 1

En strategisk, dansk forskningsindsats skal bidrage til udviklingen af endnu mere konkurrencedygtig vindenergi, der kan imødekomme det stigende energibehov og bidrage til reduktion af CO2-udledningerne. Indsatsen skal desuden understøtte erhvervslivets muligheder for at udnytte de store fremtidige markedspotentialer på området og dermed fastholde Danmarks førerposition som globalt windpower hub.

2. Samfundsudfordringer og muligheder

Moderne samfund er afhængige af stabile energiforsyninger, og energisystemerne udgør en livsnerve i alle udviklede lande. Teknologisk udvikling og økonomisk vækst har i det 20. århundrede i høj grad været baseret på billig, let tilgængelig og stabil forsyning af energi til industri, transport, bygninger mv. De globale udfordringer på energiområdet i de kommende årtier er imidlertid store. Vækst og stigende befolkningstal i store lande som Kina og Indien øger efterspørgslen efter energi, og prognoser viser, at den globale energiefterspørgsel vil stige med 37% fra 2013 til 2040.(*3) Dette er på trods af den ellers stadig stigende energieffektivitet.

Figur 2

Som det fremgår af figur 2, forudsiger IEA (International Energy Agency), at fossile brændslers andel af den samlede elektricitetsproduktion falder mod 2040, mens vedvarende energikilders andel vokser. Fossile brændsler udgør stadig en hjørnesten i verdens energiforbrug og vil fortsætte med at gøre det i mange år fremover. Brugen af fossile energikilder medfører dog store miljø- og klimamæssige konsekvenser, som bl.a. påpeget af IPCC og OECD, der peger på en øget andel af vedvarende energi som den mest oplagte løsning på denne udfordring(*5).

Netop de klimamæssige konsekvenser af den fossile energiforsyning ligger bag, at 195 lande, herunder Danmark, gennem den internationale klimaaftale ved COP21 i Paris har forpligtet sig til at holde den globale temperaturstigning på under 2 grader. Midlet til at nå dette mål er at reducere udledningen af CO2, bl.a. gennem en omstilling af energiforsyningen.

Det betyder, at vi i fremtiden må forvente en stigende efterspørgsel på vedvarende energiteknologier, hvis alle 195 lande skal bidrage til den fælles målsætning.

Også på EU-niveau forventes vedvarende energi, og især vindenergi, at spille en afgørende rolle. Den kombinerede vindenergiproduktion forventes i 2020 at udgøre 14.9% af EU's totale energiefterspørgsel.(*6) For at nå dette mål, skal der årligt investeres mellem 31 og 44 mia. kr. i offshore vindenergi alene i Europa, så eksportpotentialet for danske virksomheder er betragteligt.(*7)

Nedenstående figur 3 viser EU’s referencescenario.(*8) Det ses, at vindenergi og andre vedvarende energikilder vil udgøre en langt større andel af de samlede energikilder i fremtiden.

Figur 3 Udviklingen af energikilder frem mod 2050 fra EU’s reference scenario

En sikker og stabil energiforsyning er desuden af væsentlig både økonomisk og sikkerhedspolitisk betydning for Danmark, og det er et stærkt argument for, at vi skal fortsætte den stærke kurs med videre udvikling af vindenergi. Danmark er allerede godt på vej i arbejdet med at udbygge med vedvarende energi, herunder vindenergi. Det er ikke mindst pga. de politiske mål, der blev sat i Energiforliget fra 2012, som bl.a. fremsatte ambitionen, at Danmark skal være uafhængig af fossile brændsler i 2050.

Vindenergien stod således i 2015 for 42.1% af det samlede danske elforbrug, jf. figur 4. Dette er på globalt plan det højeste tal nogensinde for en hel nation.(*10)

Figur 4

Den fælles udfordring med at skaffe tilstrækkelig vindenergi uden for store omkostninger til den grønne omstilling er på den samme tid en mulighed for Danmark. Vi er i den unikke position at have en global erhvervsmæssig førerposition netop inden for vindenergi. To af verdens førende vindmølleproducenter, Vestas og Siemens Wind Power, hører hjemme i Danmark, og de danske vindemølleproducenter har tilsammen en markedsandel på 80%(*11) inden for offshore vind. Desuden er danske underleverandører tungt repræsenteret i hele værdikæden, også hos udenlandske vindmøllefabrikanter. Vi har derfor store erhvervsmæssige potentialer, når markedet for vindenergi vokser de kommende år som følge af ovennævnte faktorer – det fremtidige, stigende energiforbrug på globalt plan, den aftagende produktion af fossile brændsler, de erklærede klimamålsætninger og de sikkerhedspolitiske overvejelser.

Den danske vindmølleindustris eksport er steget fra 39 mia. kr. i 2006 til 48 mia. kr. i 2015, og vindmølleindustrien stod i 2015 for knap 5% af den samlede danske eksport.(*12) Mulighederne for at fastholde høje vækstrater i de kommende årtier er betydelige, men det forudsætter, at industrien har adgang til den nyeste forskningsbaserede viden, som kan fastholde virksomhedernes position i den globale konkurrence på energiområdet.

3. Forskningsbehov

Det kræver en sammenhængende indsats indenfor både kortsigtet og langsigtet/grundlagsskabende strategisk energiforskning(*13) for at nå de energipolitiske mål og at realisere de erhvervsmæssige potentialer. Både den kortsigtede og langsigtede forskningseffekt og den resulterende konkurrenceevne er afhængige af, at forskningsindsatsen er koordineret. Dette sker gennem Megavind og derudover koordinerer Danmarks Forskningskonsortium for Vindenergi forskning og udvikling på universiteterne.

Megavind har sat mål for både onshore og offshore vindenergi. Ifølge Megavind skal omkostningerne ved at producere en kilowatttime elektricitet fra offshore vind reduceres med 50% fra 2010 til 2020(*14). Onshore vind er allerede i dag den billigste måde man kan investere i ny energikapacitet på(*15) og det er Megavinds mål, at prisen skal drives endnu længere ned.

Megavind finder det væsentligt, at forskningsmidlerne målrettes med en prioritet på de kortsigtede strategiske projekter, som har fokus på at nedbringe omkostningerne ved at producere energi – dvs. at reducere Levelized Cost of Energy(*16) (LCOE). Indsatsen skal dog også tage højde for den mere langsigtede forskning, herunder også miljøpåvirkninger, public acceptance og samfundsøkonomiske forhold. Megavind målene forudsætter, at den forskning, der iværksættes, har globalt perspektiv og at både den grundlagsskabende og den anvendte forskning styrkes.

Den grundlagsskabende strategiske forskning sker inden for forskningsfelter som vindkraftmeteorologi, aerodynamik, aeroelastisk design, aeroakustik, strukturelt og elektrisk design, materialer, integration af vind i energisystemet, styring og regulering, condition monitoring, last og sikkerhed samt drift og vedligehold. Endvidere bør overvejes en forskningsindsats i andre områder såsom eksempelvis logistik.

Forskningsfelterne med den langsigtede, strategiske indsats er også kompetenceområder der bruges til at uddanne nye ingeniører og levere udviklingssamarbejde med industrien i mere kortsigtede forsknings- og udviklingsprojekter ligesom forskningsfelterne leverer ideer til innovation og metoder til at udvikle innovationerne. Det er vigtigt at der både er nationale og internationale grundlagsskabende forskningsprojekter med henblik på at udnytte forskningen på universiteterne og forskningsinstitutionerne til sammen med den danske/europæiske industri at udvikle teknologien. I øvrigt skal gøres opmærksom på at i en del andre EU lande medfører en EU projektbevilling automatisk medfinansiering fra nationale forskningsprogrammer hvilket også efterlyses for danske universitetspartnere i forskningsprojekter.

Inden for den kortsigtede strategiske forskning er det nødvendigt med en indsats på især følgende områder, for at nå Megavinds mål:

For det første er der behov for forskningsindsatser, som udfordrer den nuværende designproces på offshore vind. Den gængse måde at arbejde på i industrien forsinker reduktionen af LCOE, og der er brug for nye måder at tænke på. Især er potentialet højt inden for følgende fem områder i offshore-industrien:

• Transformerstationer (herunder muligheder for radikal forenkling eller total eliminering)
• Kabler (både mellem vindmøllerne i offshore parken og søkablet fra parken ind til kysten)
• Fundamenter
• Forenkling af platform på overgangsdelen (Transition Piece)
• Nye sensorer og funktioner til vindmøller og vindmøllekomponentsystemer

For det andet er der behov for forskningsindsats vedrørende standardisering af processer og industrialisering i vindmølleindustrien. Et øget niveau af industrialisering i industrien vil give et markant potentiale for at sænke LCOE, specielt ift. Balance of Plant(*17) for offshore parker. Som det er i dag, bliver en lang række produkter og løsninger udviklet individuelt til hvert offshore projekt, hvilket medfører højere omkostninger end nødvendigt. Standardisering er tæt knyttet til industrialisering. Vindmølleindustrien har et stort uudnyttet potentiale for at øge hastigheden af industrialisering gennem udvikling af standarder for både produkter og processer – på samme måde, som det har vist sig at være effektivt i bilindustrien. Dette vil være særlig påkrævet i en international kontekst.

For det tredje bør der fokuseres på at øge andelen af virksomheder, som indgår i forskningssamarbejder. For at sikre, at forskningen så effektivt som muligt bidrager til værdiskabelse i samfundet, er samarbejdet mellem små- og mellemstore virksomheder (SMV) og vidensinstitutioner og involvering af SMV’er i forsknings- og udviklingsprojekter helt afgørende. Studier viser, at en virksomheds resultater afhænger af den innovationsevner, og at virksomheder, der er innovative, har en højere vækstrate. I Danmark er der stærke forskningsmiljøer inden for vindenergi, som sammen med de mere end 250 danske vind-virksomheder giver gode muligheder for offentlige/private partnerskaber. Det er dog primært store virksomheder, der har overskud til at deltage i disse projekter, og der er således kun omkring 20% af danske vind-virksomheder, der har været involveret i forskningsprojekter.(*18) Der er derfor et stort potentiale for at øge innovationen i den danske vindindustri gennem tættere samarbejde mellem vidensinstitutioner og virksomheder og derigennem bidrage til industriens evne til at levere vindenergiløsninger på markedsvilkår. (*19) Det kræver dog en ændret tilgang at bringe SMV’er med lille eller ingen forskningserfaring ind i forskningssamarbejder. SMV’er har brug for strategisk vejledning for at engagere sig i sådanne forskningsprojekter, og der er derfor et stort behov for øget vidensdeling til at hjælpe SMV’er med at udnytte forskningsprogrammerne som et værktøj til at gøre dem mere konkurrencedygtige.

For det fjerde må vindindustrien bidrage til den fælles udfordring, som vedvarende energikilder har ved at være en fluktuerende energikilde. Der ligger store forskningspotentialer inden for udvikling af balanceringsmekanismer, herunder energilagring, f.eks. ved kemisk, elektrisk eller termisk lagring. I den forbindelse bør vindindustrien fokusere på lagring på parkniveau, idet forskning i lagring på systemniveau bedre behandles af store forsyningsselskaber og systemoperatører.

Desuden er det en forudsætning for, at vindenergien kan realisere sit fulde potentiale, at den i højere grad integreres i den samlede energiforsyning, end det er tilfældet i dag. Som vist i figur 3 udgjorde vind i 2015 hele 42,1% af det danske elforbrug, men dette svarer dog kun til 7% af det samlede danske energiforbrug,(*20) hvorfor der ligger et stort potentiale her. Det er ikke mindst en politisk opgave, både på nationalt og på EU-niveau, at facilitere en større integration af vindenergien i fx varme- og transportsektoren, og at sikre tilstrækkelige udlandsforbindelser, så staterne kan trække på hinandens kapacitet.

4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen

Især tre forhold gør sig gældende for en effektiv udmøntning og implementering af forskningsindsatsen. Det er henholdsvis en løbende monitorering af fremgangen og forskningsprojekters betydning, øget samarbejde mellem vidensinstitutioner og SMV’ere, samt koordinering på EU-niveau.

For at sikre, at forskningsindsatsen realiserer sit potentiale, er det afgørende, at den eksisterende forskningsdagsordens proces og implementering monitoreres. Dette er netop ambitionen for den danske vindindustris nationale forskningsplatform, Megavind, der fra og med 2016 udgiver en årligt konsolideret forsknings-, udviklings-, og demonstrationsagenda (FUD). FUD agendaen vil give en fokuseret opfølgning på eksisterende forskningsdagsordner, inklusiv strategier fra Megavind selv, Danmarks Forskningskonsortium for Vindenergi, og andre relevante strategiske inputs fra industrien og de akademiske interessenter. FUD agendaen vil dermed, igennem overvågning af implementering af forudgående strategier og vurderinger af industriens fremskridt mod at sænke LCOE, anbefale prioritering af forskningsprojekter, der kan støtte forventede udviklinger på kort- og mellemlang sigt. På den måde sikres det, at forskningen inden for vindenergi hele tiden guides i den retning, hvor den giver størst effekt.

Som et værktøj til bl.a. monitorering af forskningsindsatsens betydning har Megavind udviklet en kalkulator til beregning af LCOE(*21). LCOE kalkulatoren kan anvendes til at beregne, hvilken betydning forskning inden for forskellige områder har på LCOE, og kalkulatoren giver dermed et konkret pejlemærke for forskningsprojekternes bidrag til reducering af LCOE.

Som beskrevet i afsnit 3 er samarbejdet mellem SMV’er og vidensinstitutioner, samt involveringen af industrien i forsknings og udviklingsprojekter, også afgørende for at sikre, at forskningen så effektivt som muligt bidrager til værdiskabelse i samfundet. Sådan en strategisk SMV-vejledning er Megavind katalysator for. Igennem målrettet kommunikation, årlige rapporter, workshops og information om finansieringsmuligheder skal samarbejdet mellem vidensinstitutioner og SMV’er intensiveres.

Den danske vindmølleindustri har en stærk og tæt koordination både med den europæiske organisation for vindindustri (Wind Europe) og med den europæiske forskningsplatform for vind, ETIP Wind (The European Technology Integration and Innovation Platform). Samarbejdet sikrer, at forskningsbehovene er koordinerede, og at der ikke sker et unødvendigt overlap mellem forskningsinitiativer på nationalt og EU-niveau.

5. Danske forudsætninger og muligheder

Danmarks har en klar styrkeposition på vindenergi, hvor danske virksomheder allerede er tungt repræsenteret i hele vindindustriens værdikæde. For at fastholde og have mulighed for at udbygge denne position kræves fortsat forskning med udgangspunkt i kendte styrkepositioner samt styrkelse af områder, der har potentiale til at kunne bidrage til en reducering af LCOE.

Figur 5

Den globale vindindustri er dog karakteriseret af intens konkurrence og der er især stærke forskningsklynger i Tyskland, England og Spanien. For at fastholde Danmarks og danske virksomheders positioner er det derfor afgørende, at danskbaserede virksomheder fortsat har adgang til især tre ting: Viden & kompetencer, primær produktion, samt adgang til testfaciliteter. De tre elementer kan ses som de ”ben”, der er afgørende for at Danmark kan fastholde sin position som global windpower hub, som illustreret i figur 5. Heraf er det to, der forholder sig til forskningen, nemlig ”viden og kompetencer” og ”adgang til testfaciliteter”.

Hvis alle tre ben forstærkes jævnligt, kan positionen som førende hub forblive stærk. Dermed kan danske virksomheder fastholde deres markante markedsandele på det stadig voksende marked og levere stadig mere konkurrencedygtig vindenergi til en stigende global efterspørgsel.

Vedrørende behovet for ”viden og kompetencer” er det afgørende, at der i Danmark eksisterer stærke forskningsmiljøer inden for vind (det gælder især DTU, AAU, AU og SDU), som er i stand til at føre en strategisk forskningsindsats ud i livet. Disse forskningsmiljøer har skabt international bevågenhed, og dansk forskning kan med rette betegnes som førende inden for en lang række områder på vindenergi og har en lang tradition for at præstere innovative energiløsninger. For virkelig at løfte industrien er det (som beskrevet i afsnit 3) afgørende, at SMV’ere i højere grad får gavn af den ekspertise, der findes på vidensinstutionerne.

Behovet for ”adgang til testfaciliteter” er ligeledes en forudsætning for, at Danmark skal forblive global windpower hub. Det er fx adgang til faciliteter som nacelle test på LORC (Lindø Offshore Renewable Center) og de nationale testpladser for store vindmøller ved hhv. Høvsøre og Østerild.

6. Mål effekt og perspektiver

Perspektiverne i en forskningsindsats inden for fremtidens vindenergisystemer er både nationale og globale. Hovedsigtet med en satsning er at udvikle vindenergiteknologier og– systemer, som er internationalt konkurrencedygtige, og som derved vil kunne bidrage til løsninger på såvel de danske som de globale energiudfordringer. I forhold til de globale energiudfordringer kan dansk-udviklede løsninger få gennemslagskraft via markedsmekanismen, som det allerede er tilfældet med vindmølleindustrien.

Forskningsindsatsen skal samtidig bidrage til at understøtte og udvikle Danmarks konkurrenceevne og erhvervsudvikling. Den danske vindenergisektor har i dag en betragtelig størrelse, og perspektiverne i yderligere fremgang på de globale markeder er betydelige. For det danske samfund skal en strategisk forskningsindsats bidrage til udviklingen og implementeringen af energieffektive og intelligente løsninger samt indpasse vedvarende og miljøvenlige energiteknologier. Målet er her at skabe en sikker, økonomisk, miljøvenlig og omkostningseffektiv energiforsyning og –anvendelse og på lang sigt skabe mulighederne for uafhængighed af fossile brændsler.

Den danske vindmølleindustri kan allerede i dag vise en betragtelig effekt på det danske samfund ift. vækst og velfærd. Således beskæftiger vindindustrien mere 30.000 mennesker i Danmark og de genererer en eksport, på ca. 50 milliarder kroner om året, svarende til knap 5% af den samlede danske eksport. Dette må kun forventes at stige, med den fremtidige stigende efterspørgsel på vedvarende energi, herunder vindenergi.

Vindindustrien bidrager i stort omfang selv til forskningen. Danske statistikker viser at hver gang offentlige forskningsmidler investeres i forskning inden for vind, så investerer det private 5 gange mere*(23). Den første krone fra de offentlige investeringspuljer er imidlertid afgørende, da den i høj grad danner grundlag for de private investeringer. Til sammenligning investerer den samlede danske industri i gennemsnit 3 forsknings-kroner hver gang det offentlige investerer 2 kroner.

• Hent indspillet som PDF her

*1 OECD, 2016: An OECD Horizon Scan of Megatrends and Technology Trends in the Context of Future Research Policy (fremover OECD, 2016): 18-21

• *Figur 1 - OECD, 2016: 19. * Transformation of fossil fuels into a form that can be used in the final consuming sectors. This excludes energy demand in blast furnaces and coke ovens, which is attributed to industry. ** Includes fuel consumed in oil and gas production, transformation losses and own use (except blast furnaces and coke ovens), generation lost or consumed in the process of electricity production, and T&D losses. *** Other includes agriculture and other non-energy use (mainly asphalt and lubricants).
• *3 OECD, 2016: 18
• *Figur 2 - OECD, 2016: 20
• *5 OECD 2016, 22
• *6 EWEA, 2014: Wind energy scenarios for 2020
• *7 http://www.ewea.org/policy-issues/offshore/
• *8 European Commission. (2014). Impact Assessment on policy framework for climate and energy in the period from 2020 up to 2030.
• *Figur 3 - EWEA AIMING HIGH, 2015: 16 European Commission, 2014: Impact Assessment on policy framework for climate and energy in the period from 2020 up to 2030.
• *10 Energinet.dk: http://www.energinet.dk/DA/El/Nyheder/Sider/Dansk-vindstroem-slaar-igen-rekord-42-procent.aspx
• *11 MAKE, 2015: Global Offshore Wind Power Market, 46
• *12 Vindemølleindustrien, 2015: Branchestatistik http://ipaper.ipapercms.d k/Windpower/Branchestatistik/Branchestatistik2015/
• *13 Grundlagsskabende forskning ses ofte som langsigtet forskning men ofte kan det være svært at vurdere tidshorisonten for grundlagsskabende forskning idet forskningsbaseret viden, der lige nu ser ud til at være langsigtet mht. anvendelse kan vise sig at kunne anvendes allerede på kort sigt. I det følgende bruges begrebet grundlagsskabende forskning om forskning der også er langsigtet
• *14 Megavind, 2010: Denmark supplier of competitive offshore wind solutions
• *15 Energistyrelsen, 2014: http://www.ens.dk/info/nyheder/nyhedsarkiv/ny-analyse-vind-billigst
• *16 Levelized Cost of Energy er et begreb i industrien, som defineres ved omkostninger divideret med produktion over hele et vindmølleprojekts levetid (LCOE udtrykker helt præcist omkostningerne for 1 MWh fordelt på hele levetiden af en vindmøllepark ved at tage summen af de tilbagediskonterede levetidsomkostninger divideret med summen af den tilbagediskonterede energiproduktion).
• *17 Balance of Plant referer til alt udstyr af større art, som er nødvendigt for at installere en offshore park, undtagen selve vindmøllen (fx kabler, transformerstation mm.).
• *18 Megavind, 2015: Danish Knowledge Institutions and their Contributions to a Competitive Wind Industry, 26
• *19 Beklageligvis er der kun ca. 6% af danske virksomheder der har deltaget mere end 1 gang i forskningsprojekter.
• *20 Vindmølleindustrien*21 LCOE kalkulatoren med tilhørende guidelines og dokumentation kan hentes på Megavinds hjemmeside: megavind.windpower.org
• *Figur 5 - Megavind, 2016: Test and Demonstration Facilities for Wind Energy Needed to Promote a Competitive Wind Industry in Denmark
• *23 DAMVAD, Maj 2014: Forsknings- og erhvervsmæssige styrkepositioner I den danske vindenergisektor.