Spojení energetických a vodíkových sektorových cest ve prospěch dekarbonizace

Vydáno 27.10.2021

Vlády a společnosti po celém světě zvyšují své investice do výzkumu a vývoje vodíku, což naznačuje uznání, že vodík by mohl hrát významnou roli při plnění globálních cílů dekarbonizace energetického systému. Vzhledem k tomu, že vodík je lehký, energeticky hustý, skladovatelný a v okamžiku použití neprodukuje žádné přímé emise oxidu uhličitého, má tento všestranný nosič energie potenciál být v budoucím systému čisté energie využit různými způsoby.

Vodík, který je často považován v souvislosti se skladováním energie v síťovém měřítku, získal obnovený zájem, částečně kvůli očekávání, že naší budoucí elektrické síti budou dominovat variabilní obnovitelné zdroje energie (VRE), jako je vítr a slunce. Všestrannost vodíku jako čistého energetického paliva z něj také činí atraktivní možnost, jak uspokojit poptávku po energii a otevřít cesty pro dekarbonizaci v těžko dosažitelných odvětvích, kde je přímá elektrifikace obtížná.

‚‚Viděli jsme velký pokrok a analýzy týkající se cest k dekarbonizaci elektřiny, ale nemusíme být schopni elektrifikovat všechna konečná použití. To znamená, že pouze dekarbonizace dodávek elektřiny nestačí a musíme vyvinout i další strategie dekarbonizace. Vodík je zajímavým nosičem energie k prozkoumání, ale pochopení úlohy vodíku vyžaduje, abychom studovali interakce mezi elektrickým systémem a budoucím řetězcem dodávek vodíku,“ říká Dharik Mallapragada, vědecký pracovník MIT Energy Initiative (MITEI).

V nedávném článku vědci z MIT a Shell prezentovali rámec pro systematické studium role a dopadu technologických cest založených na vodíku v budoucím nízkouhlíkovém integrovaném energetickém systému, s přihlédnutím k interakcím s elektrickou sítí a časoprostorovým kolísání poptávky po energii a zásobování. Vyvinutý rámec optimalizuje investice do infrastruktury a provoz v celém dodavatelském řetězci elektřiny a vodíku podle různých scénářů cen emisí. Při aplikaci na případovou studii ze severovýchodu USA výzkumníci zjistili, že tento přístup vede k podstatným výhodám – pokud jde o náklady a snížení emisí – protože využívá potenciál vodíku k zajištění velkého flexibilního zatížení elektrického systému při výrobě elektrolýzou, zatímco rovněž umožnění dekarbonizace obtížně elektrifikovatelných, koncových sektorů.

„Potřebujeme meziodvětvový rámec pro analýzu ekonomiky a role každého energetického nosiče v různých systémech, máme-li skutečně porozumět nákladům a přínosům přímé elektrifikace nebo jiných strategií dekarbonizace,“ říká He, vědec ze společnosti MITEI.

K provedení této analýzy tým vyvinul model optimalizace rozhodování sítě s nízkou uhlíkovou energií a vodíkem (DOLPHYN), který umožňuje uživateli studovat roli vodíku v nízkouhlíkových energetických systémech, účinky propojení energetického a vodíkového sektoru a kompromisy mezi různými technologickými možnostmi napříč oběma dodavatelskými řetězci – zahrnující výrobu, přepravu, skladování a konečné použití a jejich dopad na cíle dekarbonizace.

„Vidíme velký zájem ze strany průmyslu a vlády, protože všichni se zajímají, kam investovat své peníze a jak upřednostnit své strategie dekarbonizace,“ říká vědecký pracovník MITEI, Emre Gençer. Výzkumná pracovnice společnosti Shell, Clara Heuberger-Austin dodává: ‚‚Schopnost vyhodnotit interakce na systémové úrovni mezi elektřinou a vznikající vodíkovou ekonomikou je nanejvýš důležitá pro rozvoj technologií a podporu strategických rozhodnutí o hodnotovém řetězci. Model DOLPHYN může být nápomocný při řešení těchto druhů otázek.‘‘

Pro předem definovanou sadu scénářů poptávky po elektřině a vodíku model určuje nejlevnější technologický mix napříč energetickým a vodíkovým sektorem při dodržení různých provozních a politických omezení. Model může zahrnovat řadu technologických možností – od generování VRE přes zachycování a ukládání uhlíku (CCS) používané při výrobě energie i vodíku až po nákladní vozidla a potrubí používaná pro přepravu vodíku. Díky své flexibilní struktuře lze model snadno přizpůsobit tak, aby reprezentoval nové technologické možnosti a vyhodnotil jejich dlouhodobou hodnotu pro energetický systém.

Důležitým doplňkem je, že model zohledňuje emise uhlíku na úrovni procesu tím, že umožňuje uživateli přidat cenovou penalizaci na emise v obou sektorech. „Pokud máte omezený rozpočet na emise, jsme schopni prozkoumat otázku, kde upřednostnit omezené emise, abyste za své peníze získali to nejlepší z hlediska dekarbonizace,“ říká Mallapragada, člen výzkumného týmu společnosti MITEI.

Aby výzkumníci otestovali svůj model, prozkoumali energetický systém severovýchodního USA podle různých scénářů poptávky, technologií a cen uhlíku. Zatímco jejich hlavní závěry lze zobecnit pro jiné regiony, Severovýchod se ukázal jako zvláště zajímavá případová studie . Tento region má současnou legislativu a regulační podporu pro výrobu energie z obnovitelných zdrojů, stejně jako zvyšující se cíle snižování emisí, z nichž řada je poměrně přísná. Má také vysokou poptávku po energii pro vytápění – sektor, který je obtížné elektrifikovat a mohl by těžit zejména z vodíku a ze spojení energetických a vodíkových systémů.

Výzkumníci zjistili, že při kombinaci energetického a vodíkového sektoru prostřednictvím elektrolýzy nebo výroby energie na bázi vodíku existuje větší provozní flexibilita pro podporu integrace VRE v energetickém sektoru a snížená potřeba alternativních zdrojů na straně dodávky pro vyvažování sítě, jako je úložiště baterií. nebo expediční výroba plynu, což zase snižuje celkové náklady na systém. Tato zvýšená penetrace VRE také vede ke snížení emisí ve srovnání se scénáři bez sektorového propojení. „Flexibilita, kterou výroba vodíku na bázi elektřiny poskytuje, pokud jde o vyrovnávání sítě, je stejně důležitá jako vodík, který se bude vyrábět pro dekarbonizaci jiných koncových použití,“ říká Mallapragada. Zjistili, že tento typ interakce sítě je příznivější než konvenční skladování elektřiny na bázi vodíku,což může způsobit dodatečné kapitálové náklady a ztráty účinnosti při přeměně vodíku zpět na energii. To naznačuje, že role vodíku v síti by mohla být výhodnější jako zdroj flexibilní poptávky než jako úložiště.

Víceodvětvový přístup výzkumníků k modelování také zdůraznil, že CCS je nákladově efektivnější, když se používá v řetězci dodávek vodíku, než v energetickém sektoru. Poznamenávají, že v rozporu s tímto pozorováním bude do konce desetiletí v energetickém sektoru nasazeno šestkrát více projektů CCS než při výrobě vodíku – což je skutečnost, která zdůrazňuje potřebu více meziodvětvového modelování při plánování budoucí energetiky.

V této studii výzkumníci testovali robustnost svých závěrů proti řadě faktorů, například jak zahrnutí emisí skleníkových plynů ze spalování (včetně emisí metanu) ze zemního plynu používaného při výrobě elektřiny a vodíku ovlivňuje výsledky modelu. Zjistili, že zahrnutí emisní stopy zemního plynu v rámci modelové hranice nemá vliv na hodnotu sektorového propojení s ohledem na integraci VRE a úspory nákladů na dekarbonizaci; ve skutečnosti hodnota ve skutečnosti roste kvůli zvýšenému důrazu na výrobu vodíku na bázi elektřiny před cestami založenými na zemním plynu.

„Klimatických cílů nemůžete dosáhnout, pokud nezaujmete holistický přístup. Toto je systémový problém. Jsou sektory, které nemůžete dekarbonizovat elektrifikací, a jsou další sektory, které nemůžete dekarbonizovat bez zachycování uhlíku, a když se nad vším zamyslíte společně, existuje synergické řešení, které výrazně minimalizuje náklady na infrastrukturu,“ říká Gençer.

Zadejte e-mailovou adresu

a nic ze Světa průmyslu vám už neunikne!

Vaše osobní údaje budeme zpracovávat pouze za účelem zasílání newsletterů, a to v souladu s platnou legislativou a zásadami ochrany osobních údajů. Svůj souhlas se zasíláním a zpracováním osobních údajů můžete kdykoli odvolat prostřednictvím odhlašovacího odkazu v každé kampani.

Rozhovory

Tisk 3D plastů dobývá průmysl

Tisk 3D plastů dobývá průmysl

Vydáno 16.11.2021

Plastový 3D tisk patří mezi ty technologie Průmyslu 4.0, kterým se v minulosti nedostávalo tolik pozornosti. V současné době však prudce dohání tempo a nachází své nezastupitelné místo v průmyslu. Tuto pozici si nevydobyl náhodou – dokazují to i příklady jeho využití z výroby ŠKODA AUTO. Jaké je hlavní využití 3D tisku plastů ve výrobních podnicích? Kam směřuje jeho […]

Magnety jsou pojítkem, prodáváme efektivitu

Magnety jsou pojítkem, prodáváme efektivitu

Vydáno 8.11.2021

Společnost WALMAG MAGNETICS s.r.o. bude letos slavit, a to hned dvakrát. ,,Finanční rok sice skončil, ale už teď máme zásoby objednávek na rekordních číslech a stále přibývají. Budeme tedy pokračovat v tom, co děláme,” říká Filip Šejba, spolumajitel společnosti.  Můžete nám představit vaše produkty, případně o které je v současnosti největší zájem? Již více než 30 […]

Vize digitálního závodu Continental

Vize digitálního závodu Continental

Vydáno 27.7.2021

Koncept digitálního závodu je pojem, který dnes řeší nespočet společností. Jakým způsobem se ,,mění“ společnost Continental Automotive Czech Republic? Jaké trendy udává závod v Brandýse nad Labem, jakožto nominovaný modelový závod pro digitalizaci? Zeptali jsme se Tomáše Vondráka, který jako první Čech usedl do vedení firmy a v současnosti zastává pozici Plant Manager (čtyř závodů […]

TECHNOLOGIE LIBS NA MARSU I V BRNĚ

TECHNOLOGIE LIBS NA MARSU I V BRNĚ

Vydáno 15.6.2021

Rozhovor s doc. Pavlem Pořízkou, Ph.D., vedoucím výzkumného týmu zabývajícího se laserovou spektroskopií, nejen o jejím využití, ale i o vlastním start-upu Lightigo. Úspěchy brněnských vědců s technologií LIBS tak zasahují do širokého spektra odvětví.   Interdisciplinární výzkum a vývoj kombinuje inženýrství, fyziku plazmatu, analytickou chemii, statistiku i například biologii. Jak je vůbec možné a náročné tohle […]

Zobrazit Více