Biogas og andre VE-gassers rolle i fremtidens energisystemer - carbon footprint konsekvenser. Henrik Wenzel, Syddansk Universitet

Transkript

1 Biogas og andre VE-gassers rolle i fremtidens energisystemer - carbon footprint konsekvenser Henrik Wenzel, Syddansk Universitet

2 Milepælene i dansk energipolitik Year Target Political status % wind power 50 % of manure used for biogas Parliament agreement 2030 Coal phased out Oil for heat phased out % renewable energy for power and heat Government policy Government policy % renewable energy also in transport Government policy

3 Hvordan designer vi fremtidens VE system? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport How do we optimize bioenergy use in the future Danish renewable energy system?

4 Wind energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport

5 Bio-energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport

6 El (MW) Dansk vindkraft el-overskud vil være mange gange større end el-underskud Wind, solar & wave Need to convert to transport fuels at max production Need to supplement at min. production ? 60 days Jan-Feb Classic power consumption Wind-Wave-Solar

7 Carbon footprint fra forskellige biomasser

8 Bio-energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport Global biomass availability = EJ/year according to IPCC 2011 = GJ/person in 2050

9 Analysing biomass dependency - in four different system configurations 1. System 1: Standard bioenergy 2. System 2: Electrification 3. System 3: Electrolysis 4. System 4: Electrolysis & bio-carbon recycling

10 The 4 system design configurations

11 Danish 100% renewable energy system designs - relation between biomass demand, electrification and hydrogen >40 GJ/person 60 GJ/person 90 GJ/person 120 GJ/person

12 Breakdown of GHG emission

13 Halm kedel

14 Halm CHP kontinuert produktion

15 Halm-gylle sam-forgæring m. opgraderet biogas

16 Konklusion - 1 Hvorfor er biogas og andre VE gasser attraktive i fremtiden VE system? 1. Det afgørende aspekt for en bioenergi er ikke dens egne egenskaber set isoleret, men dens system integrations egenskaber 2. Det afgørende for carbon footprint/miljøegenskaber af en biomassekonvertering er: Hvad hovedproduktet og co-produkterne fra konverteringen fortrænger Hvordan processen integrerer el, transportbrændsler og varme, herunder hvor fleksibelt den kan skifte mellem disse Hvor godt den tillader assimilering af brint i systemet, og resulterende Hvordan den påvirker systemets samlede biomasse forbrug 3. I det perspektiv betyder biomasse konverteringsprocessens egen energieffektivitet meget lidt så drop energieffektivitet som performance indikator, det er alt for enøjet. Et træpillefyr til fjernvarme har høj konverteringseffektivitet men ringe integrationsegenskaber i fremtidens VE system.

17 Konklusion - 2 Hvorfor er biogas og andre VE gasser attraktive i fremtiden VE system? 1. Biogas og syntesegas har gode integrationegenskaber, fordi: De konverterer biomasse til en gas, der kan lagres på eksisterende net Gas-baseret el-produktion er attraktiv som stand-by og regulering af vindkraft fordi: 1) gasmotor, turbine eller brændselscelle kan indreguleres hurtigt (få minutter), 2) gasbaseret el-produktion har lav investeringsomkostning pr. installeret effekt hvilket er altafgørende for stand-by anlæg i et fremtidigt system, hvor de kun aktiveres i 5-10 % af tiden Biogas og syntesegas er gode til at assimilere brint under hydrogenering af gasserne De tilbyder høj fleksibilitet: kan skifte mellem opgradering (hydrogenering) til produktion af transportbrændsler (når el-prisen er lav) og direkte el-produktion (uden hydrogenering) når el-prisen er høj. 2. Biogas samforgæring af halm og gylle har gode integrationsegenskaber, fordi: Det forbedrer C/N forholdet i forhold til rene gylle anlæg og øger C-indholdet og gasudbyttet pr. m3 gylle. Det tillader, at næringssalte og svært nedbrydeligt kulstof returneres til jorden og øger dermed den energitilgængelige mængde halm, hvis jorden skal have sin del på langt sigt.

18 The key challenge of strategic energy planning