Alternative drivmidler og fremtidens energisystem

Transkript

1 Alternative drivmidler og fremtidens Temamøde i Energistyrelsen om alternative drivmidler til transport Anders Bavnhøj Hansen, ( abh@energinet.dk) Strategisk Planlægning Energinet.dk 15. dec

2 Indhold 1. Udfordringen med fossil uafhængighed for el systemet 2. Alternative drivmidler i samspil med et - Samspil mellem erne - Elbiler - Brændstof til dele der ikke kan elektrificeres 3. Sammenfatning spørgsmål osv. 2

3 Værdikæden fra ressource til energitjeneste Uafhængighed af kul, olie og naturgas El Varme Gas Faste og flydende brændsler Fremtidens? Marked Teknologi Infrastruktur Energiressourcer Vind Biomasse/affald Biogas Geotermi Solvarme Solceller Bølgekraft (Kul CCS) Energisystem Energitjenester El (lys, it, process osv.) Opvarmning Køling Procesvarme Transport Stabil energiforsyning, som er til at betale 3

4 Behovet for energitjenester forventes at vokse særligt transport 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 Årsforbrug [PJ] Transport energitjenester vokser (måske) markant! 50 0 Opvarmning (varme) Industriel procesvarme (varme) El processer (el) Lys, it, køling osv. Vejtransport (mek. energi) Flytransport (fuel) Søtransport (fuel) Energitjenester beregnet fra Adam/Emma kørsel, Risø

5 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 Vigtigt med system-løsninger, der kan integrere vindkraft og biomasse effektivt! Og levere drivmidler til transport-sektoren 5

6 Fra 20 % til 50 % vind andel indenfor år Wind power Demand Wind power Demand DK Vest Januar 2008 Elforbrug og vindkraft Januar ,000 MW vind 6

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 og sol El (MW) Behov for forsyningssikkerhed ved lav vindkraft og sol! Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol Lav vind, sol og bølge 7

8 Virkemidler til at sikre fremtidens uafhængigt af fossile brændsler 1. Stærkt elnet til transport af VE og til at skabe fleksibilitet 2. Intelligent elnet (Smart Grid) - og apparater/elbiler der kan agere Smart Vind,bølge 18 GW Solceller 4 GW 3. Sammenhængende er, så den fluktuerende el kan integreres i erne. Energieffektivitet vigtig (ellers skal der meget store mængder vindkraft til) Fleksibilitet vigtig - Højt elforbrug ved megen vindkraft - Levering af spidslast elkapacitet ved lav vindkraft 8

9 Oversigt over spor i alternative drivmidler 9

10 Energieffektivitet I køretøj 17 GW vind 1 GW bølge 4 GW solceller Elbil (fra el til Hjul) Plugin hybrid elbil Energieffektivitet fra brændsel til hjul Afhængig af batteri mv. El Brændselscelle (gas, metanol) *1 Diesel, DME, Metan/Diesel Biofuel (forbr. motor, E85) Forbr. motor Brændselscelle Benzin 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% *1 Brint, Metan, DME Der er flere mulige brændselsbærere til fremtiden. Behov for fleksibilitet mht. brændselsproduktion 10

11 Samspil el-system og elbil "Quick" charging 15 min. Station for change of battery Power system - Market function - Infrastructure - Ancillary services - Communication ~ = Wind power Thermal power station International connnections Charging at the households Charging at the car park during working hours 11

12 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! 12

13 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 13

14 Elproduktion og forbrug DK1 Mandag 7.feb 2011 Opregulering (blå) Day-ahead (grøn) Ned-regulering (gul) 14

15 Elbiler eksempel på elbil integration i et Smart Grid Brug af pris-information til design af lade-plan Forbrug PBA Day-ahead marked Balancemarked Net Dynamisk tarif mv. via (FBA) Ladestander Internet etc. Markeds og system information Markedsinfo Design af Lade- Bruger info: ID, Behov, EVtilstand (SoC) Datahub Stamdata Elmåling schedule Aggregator Ladeschedule Potentiel dynamisk tarif 15

16 Biomasse konvertering Procestype Forbrænding (kraftvarme/varme) Biogas (aneorob) (metan) Termisk forgasning (Syntesegas) Opmærksomhedspunkter i forhold til mv. God til grundlast (men ikke spidslast el). Høj omsætningsgrad Svært at tilbageføre næringsstoffer Relativt lav elvirkningsgrad ved vanskelige biomasser God omsætningsgrad. Tilbageføring 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 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 16

17 Integration mellem el, gas, varme og fuel-produktion El (MW) Elforbrug (klassisk) og Fluktuerende produktion International el infrastruktur Klassisk elforbrug Vind-Bølge-Sol El (ved lav pris) Biomasse og affald Elektrolyse Alkalisk, Brænds.celle O 2 Højtemp. varme Biomasse H 2 +CO termisk forgasning FV Biomasse til biogas (klassisk) H 2 Gas lagre CH 4 +C0 2 El-produktion El (ved høj pris) (spidslast) Gasturbine, CC, Fjernvarme Fuelcell etc. Biofuel Katalyse Biofuel (Metanol, DME, H2,syn ben mv. Metanol, Syn benz, DME, H2 etc. Fjernvarme Opgradering Fjernvarme Metan(CH 4 ) PHEV with methanol fuelcell International gas infrastruktur Undergrund lager (salt kaverner) Undergrund lager (aquifer) 17

18 Fleksibilitet i et 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 18

19 H 2 +CO FV PHEV with methanol fuelcell Sammenfatning Alternative drivmidler og et Der er behov for at integrere store mængder vindkraft og anden fluktuerende el med biomasse-ressourcerne En effektiv integration af energiproduktion til transportsektoren med el, gas, varme og andre fuels kan bidrage til: En effektiv energiudnyttelse af energien PJ pr. år VE ressourcer i DK iflg. Klimakommissionen Vind Sol Bølge Biomasse Biogas (gylle etc.) El (ved lav pris) Biomasse og affald Elektrolyse Alkalisk, Brænds.celle Biomasse termisk forgasning Biomasse til biogas (klassisk) International el infrastruktur H 2 Gas lagre CH 4 +C0 2 El-produktion (spidslast) Gasturbine, CC, Fuelcell etc. Biofuel Katalyse Metanol DME etc. Opgradering Metan(CH 4 ) Fjernvarme Biofuel (Metanol, DME, syn ben mv. Fjernvarme Fjernvarme El (ved høj pris) Høj fleksibilitet til indpasning af fluktuerende energi Robusthed og fleksibilitet i forhold til brændselsvalg Hvis DK kan løse udfordringen med at bruge biomassen effektivt og fleksibelt i samspil med fluktuerende el (vind, solcelle, bølge etc.) er vi i en stærk position ift. knowhow Fleksibilitet til integration af både vind, bølgekraft og solceller Undergrund lager (salt kaverner) International gas infrastruktur Undergrund lager (aquifer) Tak for opmærksomheden 19

20 Tak for opmærksomheden 20