„Gospodarka energetyczna skojarzona

„Gospodarka energetyczna skojarzona elektrociepłownie korzystające z energii wiatru
i energii wodorowej.“
dr inż. Gerhard Buttkewitz
Inicjatywa na rzecz technologii wodorowych Meklemburgii-Pomorza Przedniego
Schonenfahrerstraße 5
18057 Rostock
Telefon: +49 381 12887-35
Fax:
+49 381 12887-11
Internet: www.wti-mv.de
Osoba kontaktowa: dr inż. Gerhard Buttkewitz
[email protected]
25.01.2008
1
Przykład znacznych wahań zasilania w energię elektryczną
wytwarzaną z wiatru
25.01.2008
2
Przyszła, docelowa funkcja elektrowni wiatrowych
Powinna ona polegać na produkcji prądu ze zmiennej
energii wiatru z uwzględnieniem typowego zapotrzebowania
na energię elektryczną, czyli należy dostarczać tyle energii,
ile zażyczy sobie konsument.
Dalsze funkcje:
- Energia może być dostarczana bez wytwarzania CO2.
- Oferowany może być prąd szczytowego obciążenia.
25.01.2008
3
Buforowanie energii wiatru za pomocą
wodoru
en.elektr.
Elektroliza
Elektroliza alkaliczna
- skuteczna technologia
- ciśnienie wyjściowe 25 bar
- wysoki zakres działania
- wysoka wydajność
Zbiornik
wodoru
Zbiornik ciśnieniowy
- prosta i skuteczna technologia
- brak strat magazynowych
- możliwe wykorzystanie
zbiorników podziemnych (jaskini)
Zasilanie
zwrotne
en.elektr.
Silnik spalinowy/turbina gazowa
- silnik typu Otto – łatwo podatny na przeróbki
- znana technologia
- turbina gazowa dla zakresu MW
- ogniwa paliwowe - w przyszłości
Miege / 13. REGWA Stralsund 2006
25.01.2008
4
Zalety buforowania energii wiatru za pomocą wodoru
Quelle: Fachhochschule Lübeck
25.01.2008
5
Wady buforowania energii wiatru za pomocą wodoru
Współczynnik sprawności
• Agregat elektrolityczny
współczynnik sprawności: energia elektryczna
energia wodorowa
< 70 %
• BHKW
współczynnik sprawności: energia wodorowa
energia elektryczna
- Generator spalinowy < 40 %
- Ogniwo paliwowe < 60 %
Całkowity współczynnik sprawności: 25 do 40 %
25.01.2008
6
Wodór...
za & przeciw
•
Zielony wodór jako jedyne rozwiązanie energetyczne
–> Sieci przesyłowe nie będą już potrzebne!
•
Bezpośrednie wykorzystanie prądu i H2 do zastosowań mobilnych
oraz aukcje prądu elektrowni hybrydowych!
•
Wodór jest niszczeniem energii
–> przyszłość należy do bezpośrednich akumulatorów
prądu (Supercaps & baterie) !
25.01.2008
7
Dystrybucja energii podstawowej w Niemczech
• ok. 20 % stanowi energia elektryczna
• ok. 25 % stanowi ruch pojazdów
• ok. 55 % stanowi energia cieplna
25.01.2008
8
Wariant 1
Energia wiatru w produkcji wodoru i tlenu oraz ciepła
bez zasilania zwrotnego
• wykorzystanie jako gaz techniczny
• paliwo dla pojazdów
Quelle: Joanneum Research
Forschungsgesellschaft mbH
25.01.2008
9
Quelle: Joanneum Research
Forschungsgesellschaft mbH
25.01.2008
10
Quelle: Joanneum Research
Forschungsgesellschaft mbH
25.01.2008
11
Właściwe koszty pozyskania energii z wodoru
Przy wyłącznym wykorzystaniu H2:
11 ct/kWh
Przy korzystaniu z H2-, O2- oraz ciepła (ok. 16 %):
4,5 ct/kWh
25.01.2008
12
Wariant 2
Propozycja realizacji zaopatrzenia regionu w energię elektryczną i cieplną
oraz wodór i tlen na bazie energii wiatru.
Samodzielna elektrownia na bazie energii wiatru
W wypadku
asilania w
entralnej sieci
nergetycznej
20 KV / 400 V
Trafostacja
energiaelektryczna
zmienna……….
Siłownia
wiatrowa
(WK)
Energia przesyłana bezpośrednio z WK
lub w wypadku zasilania awaryjnego
- energia
elektryczna
Zamiennik i zbiornik
energii na bazie H2
- Generator
elektrolityczny
- Zbiornik H2- BHKW (na bazie
generatora
spalinowego lub
ogniwa
paliwowego)
- Pompa ciepła
energia elektryczna BHKW ,
gdy brakuje energii bezpośredniej
jest WK
von
energia cieplna
Sieć cieplna
- energia
cieplna
H2
W wypadku
zasilania
awaryjnego
przez
EVU
Odbiorcy
końcowi
1 do n
O2
H2-stacja
paliw dla
pojazdów
H2-dostawy
Na przykład
- kultury wodne
- oczyszczalnie ścieków
O2-dostawy
25.01.2008
13
Postulaty do wariantu 2
Ceny za energię elektryczną i cieplną mogą być konkurencyjne.
Dzięki wysokiemu stopniowi wykorzystania cieplnego, materiałowe
koszty wykorzystania wodoru będą w dalszym ciągu spadać.
Funkcja elektrowni wiatrowej – zgodnie z zapotrzebowaniem – na
dostarczanie energii elektrycznej lub cieplnej może zostać osiągnięta.
25.01.2008
14
Wnioski końcowe
Efektywność energetyczna w konwencjonalnej produkcji prądu wynosi w Niemczech
średnio 34%, co oznacza, że 66% emitowane jest bezużytecznie do atmosfery. Korzystanie
oraz lepsze wykorzystanie energii elektrycznej pozyskiwanej z siły wiatru umożliwi istotny
wzrost efektywności energetycznej połączony z brakiem emisji CO 2.
Ze wszystkich przedstawionych wariantów wynikają kolejne korzyści:
• wysoka autonomiczność energetyczna również w oparciu o zmienną energię wiatru;
• obniżenie kosztów pozyskania energii przez odbiorców;
• dzięki czemu pod każdym względem korzystne będzie:
- buforowanie zmiennej energii wiatru za pomocą elektrolizy w zbiornikach H2,
- wykorzystanie ciepła elektrolizatora,
- realizacja BHKW, które mogą zmieniać energię H2 w energię elektryczną i ciepło,
- stosowanie kolejnych efektywnych przetworników energii, jak np. pomp ciepła,
- wykorzystanie materiałowe wodoru i tlenu.
25.01.2008
15