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 buttkewitz@wti-mv.de 1
Przykład znacznych wahań zasilania w energię elektryczną wytwarzaną z wiatru 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 CO 2. - Oferowany może być prąd szczytowego obciążenia. 3
Buforowanie energii wiatru za pomocą wodoru en.elektr. Elektroliza Zbiornik wodoru Zasilanie zwrotne en.elektr. Elektroliza alkaliczna Zbiornik ciśnieniowy Silnik spalinowy/turbina gazowa - skuteczna technologia - ciśnienie wyjściowe 25 bar - wysoki zakres działania - wysoka wydajność - prosta i skuteczna technologia - brak strat magazynowych - możliwe wykorzystanie zbiorników podziemnych (jaskini) - silnik typu Otto łatwo podatny na przeróbki - znana technologia - turbina gazowa dla zakresu MW - ogniwa paliwowe - w przyszłości Miege / 13. REGWA Stralsund 2006 4
Zalety buforowania energii wiatru za pomocą wodoru Quelle: Fachhochschule Lübeck 5
Wady buforowania energii wiatru za pomocą wodoru Agregat elektrolityczny Współczynnik sprawności współczynnik sprawności: energia elektryczna energia wodorowa BHKW < 70 % współczynnik sprawności: energia wodorowa energia elektryczna - Generator spalinowy < 40 % - Ogniwo paliwowe < 60 % Całkowity współczynnik sprawności: 25 do 40 % 6
Wodór... za & przeciw Zielony wodór jako jedyne rozwiązanie energetyczne > Sieci przesyłowe nie będą już potrzebne! Bezpośrednie wykorzystanie prądu i H 2 do zastosowań mobilnych oraz aukcje prądu elektrowni hybrydowych! Wodór jest niszczeniem energii > przyszłość należy do bezpośrednich akumulatorów prądu (Supercaps & baterie)! 7
Dystrybucja energii podstawowej w Niemczech ok. 20 % stanowi energia elektryczna ok. 25 % stanowi ruch pojazdów ok. 55 % stanowi energia cieplna 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 9
Quelle: Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh 10
Quelle: Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh 11
Właściwe koszty pozyskania energii z wodoru Przy wyłącznym wykorzystaniu H 2 : 11 ct/kwh Przy korzystaniu z H 2 -, O 2 - oraz ciepła (ok. 16 %): 4,5 ct/kwh 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 wypadku silania w ntralnej sieci ergetycznej 20 KV / 400 V Trafostacja Energia przesyłana bezpośrednio z WK lub w wypadku zasilania awaryjnego Odbiorcy końcowi 1 do n W wypadku zasilania awaryjnego przez EVU Siłownia wiatrowa (WK) energiaelektryczna zmienna-. Zamiennik i zbiornik energii na bazie H 2 - Generator elektrolityczny - Zbiornik H 2 - - BHKW (na bazie generatora spalinowego lub ogniwa paliwowego) - Pompa ciepła energia elektryczna BHKW, gdy brakuje energii bezpośredniej jest WK energia cieplna H 2 O 2 Sieć cieplna H 2 -stacja paliw dla pojazdów H 2 -dostawy Na przykład - kultury wodne - oczyszczalnie ścieków - energia elektryczna - energia cieplna von O 2 -dostawy 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. 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 H 2, - wykorzystanie ciepła elektrolizatora, - realizacja BHKW, które mogą zmieniać energię H 2 w energię elektryczną i ciepło, - stosowanie kolejnych efektywnych przetworników energii, jak np. pomp ciepła, - wykorzystanie materiałowe wodoru i tlenu. 15