neuroleptyk
05.03.24, 17:59
Zapewne każdy słyszał o problemie pt. co zrobić, gdy nie wieje i nie świeci, gdy inwestujemy mocno w OZE zależne od pogody - VRE. Mowa tu o tzw. residual load jaki nadal pozostaje w pewnych okresach nawet po wprowadzeniu pewnej nadmiarowości wytwórczej VRE bez szerokiego stosowania magazynów.
O ile krótkie okresy deficytu trwające kilka godzin są mniejszym problemem, bo wymagają mniejszej pojemności magazynu, szczególnie jeśli są one przeplatane okresami nadmiaru, to z kolei długie okresy deficytu stanowią poważne wyzwanie do osiągnięcia 100% miksu opartego głównie o VRE takie jak energia z wiatru i słońca i wyznaczają dolne ograniczenie pojemności magazynów energii.
Dla północnego obszaru Europy, prawie wszystkie długotrwałe okresy suszy VRE powyżej 24 godzin, czyli tzw. Dunkelflaute występują w okresie zimowym i związane są z dużymi układami wysokiego ciśnienia oraz znacznym zachmurzeniem. Ale regionalnie jest to mniejszy problem niż w skali poszczególnych państw, poniższa praca podkreśla, że ważna jest branie pod uwagę całego regionu.
www.mdpi.com/1996-1073/14/20/6508
It was found that almost all periods tagged as Dunkelflaute events (with a length of more than 24 h) are in November, December, and January for these countries. On average, there are 50–100 h of such events happening in each of these three months per year. The limited wind and solar power production during Dunkelflaute events is shown to be mainly driven by large-scale high-pressure systems and extensive low-cloud coverage. Even though the possibility of simultaneous Dunkelflaute events in neighboring countries can be as high as 30–40%, such events hardly occur simultaneously in all the eleven countries. Through an interconnected EU-11 power system, the mean frequency of Dunkelflaute drops from 3–9% for the individual countries to approximately 3.5% for the combined region, highlighting the importance of aggregating production over a wide area to better manage the integration of renewable energy generation.
Jeżeli chodzi o wyizolowane systemy to Ruhnau i Qvist przeprowadzili ocenę wymagań pojemności magazynów energii dla 100% systemu opartego o OZE dla założenia 540 TWh rocznego zapotrzebowania dla Niemiec na podstawie danych z 35 lat. Zaletą tej pracy jest branie pod uwagę sprawności magazynu, czyli strat na ładowaniu i rozładowaniu oraz ograniczeń mocy ładowania magazynów podyktowanych np. mocą elektrolizerów w przypadku wodoru oraz bazowaniem na okresie 35 lat a nie tylko kilku lat.
iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac4dc8
Przy 700TWh potencjalnej produkcji z OZE, czyli nadmiarowości wynoszącej około 1,3 zapotrzebowania.
455 TWh jest dostarczone bezpośrednio - 65 %
160 TWh jest na ładowanie magazynów - 23%
92 TWh jest z rozładowania magazynów - 17%
84 TWh jest zdławione - 12%
Czyli z tego wynika, że można dostarczyć około 83% zapotrzebowania bez magazynów tj. 455TWh/547TWh, jednak marnuje się 35% potencjału. Z magazynami dostarcza się 100% zapotrzebowania przez dodatkowe 92TWh z magazynów, czyli wykorzystuje się 82%, więc straty wynoszą 18%
Magazyny to:
Wodór - 54TWh lub 36 TWhel
Hydro, czyli rezerwuary i elektrownie szczytowo pompowe - 1,3 TWh
Akumulatory - 54 GWh
The overall maximum energy deficit is 27 TWh (18 d of average load) and accumulates over 61 d (almost 9 weeks). Rather than one period with constantly low supply, these 61 d include several scarce periods in a row, interrupted by short periods with energy surplus
Czyli maksymalny deficyt 27 TWh, czyli ekwiwalent 18 dni średniego zapotrzebowania kumuluje się przez 61 dni i nie jest to jeden okres deficytu, ale kilka kolejnych okresów z deficytem przedzielonych krótkimi okresami nadmiaru.
Ilustruje to Figure 6.
Maksimum wystąpiło jak widać w okresie.
listopad 1996 r. - styczeń 1997 r.
Figure 3. Wykres po prawej pokazuje, że to raczej wyjątkowe zdarzenie niż coroczne zjawisko.
Dunkelflaute—a period with constantly high load and low renewables—does not exceed 2 weeks (table A1). However, we demonstrate for the example of Germany that storage requirements are defined by a much longer period of about 12 weeks, including multiple periods with low renewable supply but also some surplus. With increased flexibility from bioenergy, the defining period may even be longer.
Czyli Dunkelflaute nie przekracza 2 tygodni, ale wymogi są na 12 tygodni ze względu na powtarzalność.
Despite these economic challenges and remaining technological uncertainty with a large-scale deployment of hydrogen infrastructure, the estimated necessary storage energy capacity seems feasible when compared to the current German natural gas storage capacity.
Mimo wszystko to wygląda na możliwe technicznie.
Nie należy tego wyniku brać zbyt dosłownie o czym informują autorzy, gdyż 540TWh to nie jest pełna dekarbonizacja. Tego typu prace opierają się na trafności założeń na jakich bazują, np. 50% sprawności dla wodoru jest optymistyczne, bo pominięto pewne kwestie i nawet z elektrolizerami od Hysata - 0,95 HHV, sprawność będzie niższa.
Potencjał techniczny kawern solnych.
www.researchgate.net/publication/336607889_Technical_Potential_of_Salt_Caverns_for_Hydrogen_Storage_in_Europe
www.en-former.com/en/turning-salt-caverns-into-huge-hydrogen-stores/
Kwestię kawern na terenie Polski porusza ta praca.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626192301632X
Niestety wadą wodoru magazynowanego np. w kawernach solnych, które oferują szereg bardzo istotnych technicznie zalet nad innymi magazynami podziemnymi jest ograniczenie geograficzne występowania pokładów soli możliwych do wyługowania - halit. Niemcy mają bardzo duży techniczny potencjał takich magazynów 9,4 PWhH2 z ograniczeniem do 50km do morza. Już teraz jest tam duży zespół 75 kawern znajdujący się w Etzel, który służy do magazynowania między innym gazu ziemnego. Polska też ma dość znaczący potencjał, jednak nie jest to rozwiązanie dla każdego obszaru na Ziemi.
Alternatywą lub uzupełnieniem jest zielony metanol.
www.tu.berlin/en/ensys/news-details/new-paper-on-ultra-long-duration-energy-storage-methanol-with-carbon-cycling
nworbmot.org/energy/brown-ireland.pdf
Sam proces produkcji opisany jest tutaj.
www.mdpi.com/2227-9717/10/8/1535
Tutaj pominę na razie wyliczenia całkowitej sprawności wytwarzania paliwa razem z DAC - CO2 i produkcją H2, ale może ona faktycznie wynosić 55%, przy czym nie należy mylić tego ze sprawnością wraz z wytarzaniem elektryczności. To można przedyskutować jak ktoś jest zainteresowany.
Zaletą jest łatwość przechowywania w naziemnych zbiornikach, brak potrzeby kompresji do wysokich ciśnień lub przechowywania w niskich temperaturach jak np. w przypadku amoniaku.
Zielony metanol można taniej wyprodukować w rejonach o sprzyjających zasobach np. wiatru, gdyż cena energii z turbin wiatrowych zależy od ilości wyprodukowanej energii a ta od średniej prędkości wiatru na danym obszarze, więc straty na produkcji paliwa np. 55%, transportu np. 95%
