Overblik over energiområdet

Transkript

1 Overblik over energiområdet Esben Larsen & Simon Furbo Danmarks Tekniske Universitet Side 1

2 Agenda Grønlands energiforsyning Potentielle alternative energikilder Side 2

3 Grønland energisituation Primær energi 2632 GWh (2003) 7% 1% 5% 10% Gasolie Petroleul Benzin Vandkraft Affald 77% Side 3

4 Energiomsætning skønnede virkningsgrader Vandkraft % Diesel el % Mikrokraftvarme Kraftvarme (teknisk) % 85 % Solfanger 70 % Solceller % Elektrolyse 80 % Brændselsceller 40 60% Dieselmotor 30 % Benzinmotor 25% Side 4

5 Energitransport Olieprodukter El Højt energi/volumen (vægt) forhold Eksisterende infrastruktur Rimelig sikkerhed Effektiv og fleksibel transport Kabler nødvendige Grænser for kabellængde Eksisterende infrastruktur Høj sikkerhed Effektiv transport (små tab) Brint Udvikling af energitransportsystem Gas / flydende Store tab ved gas/flydende form Lavt energi/volumenforhold sikkerhedsproblematik Fastform metalhydrider / piller Store omsætningstab Batterier Lavt energi / volumenforhold Effektiv og fleksibel transport Begrænset antal op- og afladninger Side 5

6 Grønlands energiforbrug 19,3 6,6 14,4 33,4 Opvarmning Fiskeri og fangst Transport Lys og kraft i byer Andet 26, Side 6

7 Reduktion af fossile brændsler Stagnation i energiforbrug??? Besparelser Udbygning med vandkraftværker Tasiilaq Qorlortorsuaq Kangerluarsuunnguaq (3. turbine) Yderligere udbygning Sisimiut Ilulissat Paamiut Vedvarende energikilder Side 7

8 Potentielle Vedvarende energikilder Kilder Vandkraft Vind Sol Tidevand Bølgekraft Geotermi Energibærer / energitransport Varmt Vand El Brint Batterier Olie Affald Forbrug Opvarmning Elforbrug Varmepumper Transport Side 8

9 Vandkraft Udnyttelse af potentiel energi til el-produktion Power P = power (J/s or watts) η = turbine efficiency ρ = density of water (kg/m3) g = acceleration of gravity (9.81 m/s2) h = head (m). For still water, this is the difference in height between the inlet and outlet surfaces. Moving water has an additional component added to account for the kinetic energy of the flow. The total head equals the pressure head plus velocity head.. V = flow rate (m3/s) Høj effektiv energiomsætning (Francis turbine 90%) Vandtilstrømning Reservoir (energilager) Fine reguleringsmuligheder Elsystemets rygrad Side 9

10 Francis turbine Side 10

11 Turbine typer Pelton turbine Francis turbine Kaplan turbine Side 11

12 Generatortyper Synkrongenerator Induction Genrator Asynkrongenerator Side 12

13 Vindkraft Udnyttelse af vindens kinetiske energi til el-produktion Power 2 2 P = 1 2 mv & ( o u1 ) hvor: P = power (J/s eller watts) m= masse flow V 0 = Vindhastighed foran møllen u 1 = Vindhastighed efter møllen Energiomsætning Produktion afhænger af vinden på placeringsstedet Integration i elnettet Effekt fluktuationer Stabilitet i elnettet Små møller med asynkronmaskiner ringe reguleringsegenskaber Side 13

14 Havvindmølleparker nej Nysted Side 14

15 On Shore vindmølle måske Vestas mindste mølle 850 kw V52 en mølle, der kan rejses overalt Side 15

16 Mikro møller 0,2 20 kw Type: 3 Blade Upwind Rotor Diameter: 8.0 m Start-up Wind Speed: 2.5 m/s (5.6 mph) Cut-in Wind Speed: 3 m/s (6.7 mph) Rated Wind Speed: 10m/s (22.4mph) Rated Power: 10k Watts Maximum Power: ~ 12k Watts Cut-Out Wind Speed: 15m/s(33.5mph) Timing manner: automatically adjust the windward angle Overspeed Protection: AutoFurl Temperature Range: -40 to +60 Deg. C (-40 to +140 Deg. F) Generator: Permanent Magnet Alternator Output Form: 240 VDC /360VDC Nominal / Side 16

17 Solvarmeanlæg Veludviklet teknologi med høj virkningsgrad Stor refleksion af solstråling fra snedækket terræn Stor udnyttelse af refleksion på grund af stor solfangerhældning Stort varmebehov om sommeren Forventet lang levetid Individuelle og kollektive løsninger Side 17

18 Sol Celleanlæg Lav virkningsgrad 12 15% Negativ temperaturkoeefficient Retningsafhængig Sårbare Forventet lang levetid Ingen mekaniske dele Små effekt enheder Enkel integration i elnettet med konverterteknik W/m Side 18

19 Tidevand En teknologi i sin vorden P=½ ηρv 3 A Stor investering, små driftsomkostninger Kun produktion mellem ebbe og flod. Typisk ca. 10 timer pr dag Tidevand er fuldt forudsigelig, dvs produktionen er forudsigelig. Anden produktion kan planlægges når tidevandskraftværket er ude af produktion. Offshore anlæg har (næsten) ingen påvirkning af omgivelser. Gener for skibsfart og fiskeri Side 19

20 Tidevand dæmning Dæmningsanlæg Markant ændring af omgivelserne m.h.t dammen og dæmningen Side 20

21 Tidevand Side 21

22 Tidevand Ingen dæmning Turbiner kan hejses oven vande for service Påsejling Is Side 22

23 Bølgekraft Potentiale (årlig middel effekt flux i kw/m) (Gr: kw/m) En teknologi i sin vorden Mange teknologier har ikke klaret kravene til holdbarhed (Wave dragon, point absorber) Lav virkningsgrad ved konvertering el Side 23

24 Bølgekraft Limpet (Land Installed Marine Powered Energy Transformer) Oscillating Water Column (OWC) Bi-directionel Intet gear eller hydraulik Speciel turbine med fast pitch for såvel over- som undertryk (wells turbine) hurtig pitch kontrol kan forbedre performance Onshore installation Al mekanisk og elektrisk udstyr kan enkelt sikres mod vejrlig - robust Fluktuerende el-produktion Side 24

25 Geotermi Et geotermisk anlæg udnytter varmen fra Jordens indre til almindelig fjernvarme. Anlægget skal have mindst to boringer til de vandførende sandstenslag i undergrunden. Herfra pumpes varmt vand op til overfladen via en boring og videre ind i det geotermiske anlæg. På anlægget udvindes varmen ved hjælp af varmepumper og varmevekslere, og varmen sendes over i fjernvarmevandet, som sendes videre ud til forbrugerne. Det geotermiske vand sendes ikke ud i radiatorerne. Det pumpes afkølet tilbage i undergrunden via en anden boring Side 25

26 Geotermi Status for geotermi på Grønland Ingen nuværende udnyttelse af geotermiske energi på Grønland. Der bliver lavet forundersøgelser af det geotermiske potentiale på Grønland. De involverede parter er: Artek. Nukisiorfiit (Grønlands energiforsyning) Geotermisk firma fra Island Side 26

27 Implementering af geotermiske anlæg i den københavnske fjernvarmeforsyning God varmepris 2010: ca. 75 kr./gj 2020: ca. 65 kr./gj Dårligt tiltag til el-overløb Reducering fra bunden Mulighed for varmelagring => Fleksibilitet i elforsyning CO 2 -lagring god pris ca. 130kr./ton Brændselsbesparende Driftsikkert Side 27

28 Konklusion Tiden er moden til at studere alternativer til olien Vandkraft (alle størrelser) Vindkraft i mikro møller Sol varmeanlæg og solceller Tidevand undervandsmøller Bølgekraft - Oscillating Water Column (OWC) Geotermi tvivlsomt Brint er en interessant energibærer! Side 28