Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede energisystem

Transkript

1 Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede energisystem 28. august 2012 Anders Bavnhøj Hansen Strategisk planlægning, Energinet.dk /abh Sammenhæng mellem transportsektoren og det 1 samlede energisystem

2 Agenda 1. Rammerne for energisystemets udvikling 2. Samspillet mellem el til transport og energisystemet 3. Samspillet mellem produktion af brændstoffer til transport og energisystemet 4. Sammenfatning og gode spørgsmål

3 Værdikæde fra energi-ressource til energitjeneste Energi ressourcer (VE) Vind Solceller Bølge etc. Energi systemer Energi services El tjenester (lys, it, proces, etc...) Biomasse El Gas Opvarmning Køling Bio residual Affald Fjern- varme Bio fuels Proces-varme industri/service Sol varme Geotermi Transport (vej, sø, luft) Uafhængighed af kul, olie /abh og naturgas! Forsyningssikkerhed, Omkostningseffektivitet, Energieffektivitet, Fleksibilitet! Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede energisystem Forsyningssikkerhed, Omkostningseffektivt! 3

4 Behovet for energitjenester vokser specielt transport-sektoren.. Vind Biomasse/affald Biogas Geotermi Solvarme Solceller Bølgekraft (Kul CCS) El Varme Gas Faste og flydende brændsler Energiressourcer Energisystem Energitjenester El (lys, it, process osv.) Opvarmning Køling Procesvarme Transport Slutforbrug af energi til energitjenester i 2010 og Opvarmet areal vokser, men varmebehov falder pga. isolering Alle andre energiforbrug vokser Årsforbrug [PJ] Opvarmning (varme) Industriel procesvarme (varme) El processer (el) Lys, it, køling osv. Vejtransport (mek. energi) Flytransport (fuel) Søtransport (fuel) Kilde: Adam/Emma kørsel, Risø

5 Vedvarende energi ressourcer hvordan får vi dem effektivt ind i transportsektoren 1400 VE ressourcer Vedvarende i DK energi iflg. Klimakommissionen resourcer i DK iflg. klimakommissionen Energi PJ (PJ/år) pr GW 5+5 GW Vind Solcelle Bølge Biomasse Biogas (gylle etc.) Fluktuerende el-produktion Brutto energi 2011 Udnyttet Anvendt idag i Potentiel Meget store VE el ressourcer begrænset biomasse Elbilen en nøglekomponent Biomassen skal bruges effektiv 6

6 Elproduktion DK et eksempel på udviklingsforløb TWh/year Year Wind land Wind offshore Photo voltaic Wave power Coal Oil central Biomass Waste Natural gas Gas from renewables 7

7 Eksempel på det meget lange sigt (2050) Behov for fleksibilitet til at integrere fluktuerende el 17 GW vind, 4 GW sol og 1 GW bølge Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion 60 dage Jan-feb Masser af vind, sol og bølge Behov for at integrere perioder med høj vindkraft Stor effekt ændring på kort tid El (MW) Behov for forsyningssikkerhed ved lav vindkraft! Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol Lav vind, sol og bølge 8

8 Elproduktion og forbrug DK1 Samspil med fleksibelt forbrug til transport Mandag 7.feb 2011 Opregulering (blå) Day-ahead (grøn) Ned-regulering (gul) 9

9 Elbiler eksempel på elbil integration i et Smart Grid Brug af pris-information til design af lade-plan El-forbrug El-produktion Day-ahead marked Balance- marked Net Dynamisk tarif mv. Lade- stander Datahub Stamdata Elmåling Internet etc. Markeds og system information Markedsinfo Ladeplan for elbil (Operatør etc.) Bruger info: ID, Behov, EVtilstand (SoC) Lade-plan Potentiel dynamisk tarif 10

10 Nogle potentielle fremtidige VE brændstoffer Fuel Formel Tæthed (GJ/ton) Metan CH4 56 Tæthed (MJ/l) CO2 ratio (GCV) Trans/distr. omk. *1) (DKK/GJ) Fuelcell egnet Toxicitet 9/24 (CNG/LNG) Metanol CH 4 O , Etanol C 2 H 6 O , DME CH3OCH , Synt. benzin C6Hxx ,6 28 Synt. diesel C12H ,6 20 (+) + H2 H ,6 (700 bar) Der er ikke én energibærer, der er perfekt. Formodentlig behov for flere der sameksisterer Metan har samlet set gode egenskaber. På sigt kan Metan med mindre dele H2 være en mulighed (low carbon fuel) Syntetisk benzin eller ethanol eller metanol er let at håndtere i eksisterende motorer *1)OBS: AD2010 NG: 8,2+10,2 Diesel: 28,0 Benzin: 30,5 12

11 Samfundsøkonomiske omkostninger for alternative drivmidler i 2020 (DKK/person km) Kilde: Alternative drivmidler, Energistyrelsen, feb

12 CO2 emissioner fra transport løsninger 2020 Beregnet som Langtidsmarginal CO2 udledning Source: Alternative drivmidler, Energistyrelsen feb

13 Integration af el, varme, gas og biofuel Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion International el infrastruktur El (MW) El (ved lav pris) Elektrolyse Alcalisk, SOEC fuelcell H 2 Spidslast el-produktion Gasturbine, CC, Fuelcell etc. Fjernvarme El (ved høj pris) Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol PHEV with methanol fuelcell Biomasse Kraftvarme FV O 2 Varme Termisk forgasning H 2 +CO FV Gas lager Biofuel katalyse Methanol, DME, Syn benzin, H2 etc. Biofuel (Methanol, DME, Syn benz.) Fjernvarme Biomasse og affald Forgæring Biofuel Anaerobic forgasning (biogas) CH 4 +C0 2 Opgradering Metan (CH 4 ) Fjernvarme International gas infrastruktur Undergrund lager (salt kaverne) Undergrund lager (aquifer) /abh Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede

14 Vindspor kulstof/co2 analyse CCR perspektivet *1) *1) CCR: Carbon capture and recovery, jf. H. Wenzel, SDU 18

15 Integration af el, varme, gas og biofuel Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion International el infrastruktur El (MW) El (ved lav pris) Elektrolyse Alcalisk, SOEC fuelcell H 2 H 2 O H 2 +CO H 2 CO 2 Spidslast el-produktion Gasturbine, CC, Fuelcell etc. Fjernvarme El (ved høj pris) Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol PHEV with methanol fuelcell Biomasse Kraftvarme FV O 2 Varme Termisk forgasning H 2 +CO FV Gas lager Biofuel katalyse Methanol, DME, Syn benzin, H2 etc. Biofuel (Methanol, DME, Syn benz.) Fjernvarme Biomasse og affald Forgæring Biofuel Anaerobic forgasning (biogas) CH 4 +C0 2 Opgradering Metan (CH 4 ) Fjernvarme International gas infrastruktur Undergrund lager (salt kaverne) Undergrund lager (aquifer) /abh Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede

16 Sammenfatning Der er meget store VE-ressourcer i form af fluktuerende el (vind, sol mv.), men biomasse kan blive kritisk. Vigtigt at transportsektoren får adgang til de langsigtede bæredygtige ressourcer (VE-el, bio-residues og affald) Elbilen på længere sigt en potentiel vigtig komponent til systembalancering PJ pr. år El (MW) VE ressourcer i DK iflg. Klimakommissionen Vind Sol Bølge Biomasse Biogas (gylle etc.) Udnyttet i dag Potentiel Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol Flere bud på fremtidens transport-brændstoffer (Ethanol, Metanol, Metan, Hydrogen, DME, Syn benzin). Behov for fleksibilitet ved brændstofproduktion En god integration af el, varme, gas og biofuel kan være væsentligt for at sikre samfundsøkonomi og fleksibilitet til fremtidens forsyning af transportsektoren Energisystemet giver forskellige muligheder for at håndtere både næringsstoffer og kulstof 20

17 Tak for opmærksomheden 21

18 Tak for opmærksomheden /abh Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede

19 Integration af el, varme, gas og biofuel Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion International el infrastruktur El (MW) El (ved lav pris) Elektrolyse Alcalisk, SOEC fuelcell H 2 H 2 O H 2 CO 2 Spidslast el-produktion Gasturbine, CC, Fuelcell etc. Fjernvarme El (ved høj pris) Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol PHEV with methanol fuelcell Biomasse Kraftvarme FV O 2 Varme Termisk forgasning H 2 +CO FV Gas lager Biofuel katalyse Methanol, DME, Syn benzin, H2 etc. Biofuel (Methanol, DME, Syn benz.) Fjernvarme Biomasse og affald Forgæring Biofuel Anaerobic forgasning (biogas) CH 4 +C0 2 Opgradering Metan (CH 4 ) Fjernvarme International gas infrastruktur Undergrund lager (salt kaverne) Undergrund lager (aquifer) /abh Sammenhæng mellem transportsektoren og det samlede

20 Effekt ved elbil opladning hvor langt på en time! Behov for Smart Grid! Opladningseffekt - omregnet til km opladning på en time 3 fase 63 A (44 kw) fase 32 A (22 kw) fase 16 A (11 kw) 74 1 fase 10 A (2,3 kw) Km der typisk lades på en time Hvis elsystemet og elbilen kan håndtere effekten kan standardstikket i fremtiden levere 50 km opladning på min! Obs hvis elnettet kan levere effekten! 24

21 Kapacitet i distributionsnet til ladning af elbiler Case studie i et net (0,4 kv in DK) med lav kapacitet 16 Amp. 3-faset ladning som eksempel Strøm i radial (A) Max kapacitet Dagtid Bil typisk ikke parkeret I eksempel kan kun 3 biler med 16 amp 3-faset kan lade i spidslast kl Men: Mere end 50 biler kan lade jævnt fordelt over døgnet Værdi af et Smart Grid 25

22 Energieffektivitet - eksempler Energieffektivitet defineres her som termodynamisk effektivitet ved overførsel af fri energi *1) Effektivitet i energi konverterings-anlæg 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Varmepumpe Elektrolyse (SOEC) Elbilsmotor (batteri til hjul) Elprod. i brændselscelle SOFC/GT Stort gaskraftværk (CC) Decentral KV (motor) Biomasse ristefyring (halm mv.) El-patron Kedel (fyr) kondenserende Bil forbrændingsmotor LED pære Gas El Glødepære Gas-lampe Varme *1) Fri energi i varme er regnet som Carnot virkningsgrad og vil være afhængig af temperaturen for den enkelte proces Ved VP er input af omgivelsesvarme ikke medregnet 26

23 Gasforbrug og produktion Eksempel på udviklingsforløb Gas (PJ/år) År Naturgas, dansk prod. Biogas Forgasning og elektrolyse Gasimport Gasforbrug 27

24 Biomasse konvertering Procestype Forbrænding (kraftvarme/varme) Opmærksomhedspunkter i forhold til energisystem mv. - God til grundlast (men ikke spidslast el). - Høj omsætningsgrad - Udfordring med tilbageføring af næringsstoffer mv. - Relativt lav elvirkningsgrad ved vanskelige biomasser Restbio og Bio affald Bio-KV El Varme Biogas (aneorob) (metan) Termisk forgasning (Syntesegas) - God omsætningsgrad. - Høj tilbageføringsmulighed af næringsstoffer, lignin mv. - Velegnet til våde biomasser og typer af affald. - Høj omsætningsgrad. - God tilbageføringsmulighed fosfor mv. - Velegnet tørre brændsler - Kræver en del fortsat udvikling Forgæring til ethanol - Output af højt betalt fuel (benzin substitution) - Energi- og enzymkrævende proces ved forbehandling - Recycling af næringsstoffer og protein - Middel omsætningsgrad (ikke hæmi cell., fedt,lignin) Restbio og Bio affald Næringsstoffer Gas Gas og fuels El Varme Proces-type Foder/næringsdele Ligno-cellulose Mulig recycling af stoffer Proteiner Planteolie Sukker Stivelse Cellulose Hæmicellulose Lignin Fosfor Nitrater Lignin Protein svovl selen Biogas (aneorob) ja ja ja ja ja ja nej ja ja ja delvist ja ja Forgæring (etanol) nej nej ja ja ja ja/nej nej ja ja ja ja ja ja Termisk forgasning ja ja ja ja ja ja ja ja nej nej nej nej nej Forbrænding ja ja ja ja ja ja ja jeg nej nej nej nej nej 28

25 Fleksibilitet i energisystemet eksempel Kapacitet i lagring (input el) Energiindhold ved lagring som metan (eksist. gaslager) Investeringspriser iflg. teknologikataloget (2050) i energilager (Energiindhold ved alt. lagring som brint) 0,5 kr/kwh (metan) VP i fjernvarme Sæson-lager 3-7 kr/kwh (varme) Indiv. VP Elbiler Energi-indhold =100 GWh Ellager VRB: kr/kwh (el) Sekunder Minutter Timer Dage Uger Måneder 29

26 Ressourcer i DK til at gøre Danmark uafhængig af fossile brændsler, iflg. Klimakommissions vurdering VE ressourcer i DK iflg. Klimakommissionen Biospor Vindspor (CCS-spor) (CDM-spor) PJ pr. år Brutto energiforbrug 2010 Brutto energi Vindspor GW 5+5 GW Vind Sol Bølge Biomasse Biogas (gylle etc.) Fluktuerende elproduktion Udnyttet i dag Potentiel 30

27 Eksempel på udviklingsforløb El-produktion (Vindspor) 90 Elproduktion (TWh/år) BioKV Bølge Sol Vind VEgas År Vind Solcelle Bølgekraft VE og biogas Biomasse Affald Naturgas Olie central Kul 32