POTENTIALE FOR BRINT OG FORGASNINGSGAS I FREMTIDENS ENERGIMIX - RESULTATER FRA SYSTEMPERSPEKTIV 2035 ANALYSE Gastekniske dage 2018-05-09 Anders Bavnhøj Hansen, abh@energinet.dk Forretnings-støtte og udvikling Systemperspektiv 2035 2018-05-09 1
OPBYGNING 1. del: Internationale scenarierammer 2. del: Systemperspektiver for Danmark 3. del: Samspil mellem centrale og distribuerede løsninger 4. del: Forskning, udvikling og innovation (F&I) for at realisere potentialer Systemperspektiv 2035 2018-05-09 2
EU S KLIMA-VISION KRÆVER MARKANT OMSTILLING Reduktions-sti klimagasser i EU Reduktionsmål 80-95%, men ikke energirelaterede udledninger udgør i dag ca. 24% Det kan være nødvendigt at hele Energisektoren i EU er CO2-neutral i 2050. Systemperspektiv 2035 2018-05-09 3
BIO RESSOURCER I SCENARIER IEA ETP 2060 har 145 EJ biomasse (Ca 15 GJ/capita) Carbon capture har en central rolle Europæisk potentiale for bio til gas Ca. 10-15 GJ/capita til VE-gas Bio-ressource kan dække ca. 20% af Europa gas-behov i 2040! DK scenarier i Sys35 180 PJ for DK Ca 30 GJ/capita i 2050 Kulstof til VE-brændstoffer er en udfordring hvis dekarbonisering skal realiseres jf. paris aftale Langsigtet behov for low carbon brændstoffer (methan/hydrogen) og CCU-teknik Systemperspektiv 2035 2018-05-09 4
3 EUROPEAN ENERGY SCENARIOS Content of the 3 European TYNDP 2018-scenarios GCA-scenario (Global Climate Action) "On track" with EU climate targets Strong international, green cooperation and regulation Moderate oil price very high CO 2 -price (IEA 450 PPM) 50 pct. electricity from wind and sun in Europe in 2040 DG-scenario (Distributed Generation) "On track" with EU climate targets Wide spread local distributed solutions (solar/batteries) High oil price (IEA New Policy) high CO 2 -price 50 pct. electricity from wind and sun in Europe in 2040 ST-scenario (Sustainable Transition) "Almost on track" with EU climate targets Low oil and natural gas prices Moderate CO 2 -price(iea Low Oil price scenario) Green Methanol today Methanol today Systemperspektiv 2035 2018-05-09 6
MEGET MERE VIND OG SOL I ALLE SCENARIER 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% EU Vind og sol. Andel af elforbrug (Europa) Vind og sol. Andel af elforbrug (DE, UK, NL, DK) 19% 60% DK i 2020 DK i 2020 15% Sol (PV) 50% 11% 17% Sol (PV) 18% 10% 19% 14% Havvind 40% 32% Havvind 24% 26% 10% 13% 30% 19% 22% 8% Landvind 6% Landvind 10% 8% 7% 20% 4% 6% 8% 3% 12% 15% 17% 17% 19% 22% 10% 20% 21% 15% 20% 21% 22% 0% 2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40 2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40 70% * Forventninger for 2020 er fra Energinets Analyseforudsætninger 2017 Nordsø-region Systemperspektiv 2035 2018-05-09 7
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040 1.500 1.000 100 Euro/MWh 500 GCA2040 ST2030 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 GCA Reference ST2030 Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed Systemperspektiv 2035 2018-05-09 9
VIRKEMIDLER TIL INTEGRATION AF +50 PCT. VIND/SOL El-integration El som slutforbrug El-integration over afstand: Netudbygning 1. El-integration med nordisk vandkraft Konvertering af el til andre formål Elektrificering 4. El til varme og termiske lagre PtH 2. El-integration mellem Nordvest- og Østeuropa El-integration over tid: El-til-el-lagre 3. Ellagre (fx batterilagre, trykluftlagre og pumpekraft) 5. El til transport 6. El til højværdi produkter (elektrolyse/ptg/ptx) PtX Systemperspektiv 2035 2018-05-09 10
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040 1.500 1.000 100 Euro/MWh 500 GCA2040 ST2030 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 Batteri lager x 10 GCA Reference ST2030 Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed Systemperspektiv 2035 2018-05-09 11
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040 1.500 1.000 100 Euro/MWh 500 GCA2040 ST2030 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 Interconnectorer x 2 Batteri lager x 10 GCA Reference ST2030 Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed Systemperspektiv 2035 2018-05-09 12
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040 1.500 1.000 100 Euro/MWh 500 GCA2040 ST2030 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 Interconnectorer x 2 P2G 50 Euro/MWh afbrud Batteri lager x 10 GCA Reference ST2030 Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed Systemperspektiv 2035 2018-05-09 13
SECTOR COUPLING TO GET ACCESS TO LOW COST STORAGE CAPACITY Battery Heat storage Gas Storage (NG/SNG) Power system District Heating System Gas System Invest.omk. energidel (DKK/kWh) 700 600 500 400 300 200 100 0 Investment cost energy storage part (excl input/output units) Gas Storage (H2) Sector coupling Battery storage is essential for hourly balancing but too expensive for large scale storage Sector coupling to gas and heat can deliver more cost effective large scale storage Essential to analyse cost effective sector couplings! Systemperspektiv 2035 For all the growth in battery installations that BNEF is forecasting, the total volume of gridconnected batteries by 2030 will be sufficient to meet the world s power needs for just 7,5 minutes Michael Liebreich, Bloomberg New Energy Finance, March, 2018 2018-05-09 14
POWER-TO-GAS I ET INTERNATIONALT PERSPEKTIV Vind og sol i Nordsø-regionen presser priserne i hele regionen P80-middelpriser i Europa GCA35 DKK 2017 /MWh DKK 2017 /GJ 200 150 100 50 0 Total omk. El D&V CAPEX Varmeværdi Danmark ligger stærkt ift. elpriser til PtG, men Danmark, Holland og Tyskland ligger tæt Systemperspektiv 2035 2018-05-09 15
SEKTORKOBLING MED INTERNATIONALT PERSPEKTIV Danske Styrkepositioner for PtG/PtX EL Konkurrencedygtige priser Høj forsyningssikkerhed Høj VE-andel i elsystem (til VE PtX produkter) Gas Gas-net og kavernelager faciliteter for VE-gas (H2, Syngas, Methan) Fjernvarme Indtægt ved varmesalg (FV) Bio/Kulstof Styrkepositioner omkring biomasse/biogas håndtering (kulstof) Infrastruktur til Danmark som Energihub Samspil el-gas-varme DK har nogle styrkepositioner for at integrere Nordsø VE-potentialer i et el,gas,varme system Systemperspektiv 2035 2018-05-09 16
17 EKSEMPLER PÅ PTG/PTX VEJE Forædling af PtG til PtX produkter kræver typisk adgang til kulstof Systemperspektiv 2035 2018-05-09
ANALYSIS OF SYSTEM INTEGRATION Type 0: Local Prosumer Building with PV, Battery, EV, (heat pump) Biogas potential pr. community Type 1: Decentralised DH-plant Heat pump + Gas-CHP + Gas-boiler (peak) + heat storage Type 2 : Decentralised energy plant (biogas with PtG/PtX) Biogas + Gas-CHP + PtG (electrolysis) + Heat pump + Fuel catalysis (SNG/MeOH) + storage facilities Type 3: Large central plant with PtG/PtX District heating demand Thermal gasification + PtG + Fuel catalysis (PtX)+ Heat pump + storage Systemperspektiv 2035 2018-05-09 18
SYSTEM MODELLERING (REDUCED) Central Energy Plant Industry/service Local Prosumer Energy plants simulated in grid areas Distributed biogas based Energy Plant Distributed DH-plant rspektiv 2035 2018-05-09 19
SIMULATION OF SYSTEM D,NL,UK, N,S Power transmission (>100 kv) Windpower offshore Windpower onshore Solar (PV) Large scale Wood chips Large energy plant (3 ) Syngas H2 O2 Gas turbine + Gas boiler ETES Bio-2-gas (thermal) Steam turbine High temp. Water Shift Syngas Power-togas H2 RE-fuel katalysis O2 Varme H2 (NH3 etc.) Industry/service prosumer Solar (PV) Heatpump Heat Gasboiler Battery Lille prosumer bolig el. service Solar (PV) Battery EV Heat pump Heat Wood waste Heat Storage District/block heating Slurry Bio-waste Straw etc. Decentralised energy plant(2) C-N-P-K Biogas enhed Anaerob Gas motor Biogas SNG katalyse Power-togas H2 MeOH katalyse Varme lager Gas CHP Gas boiler Decentralised district heating plant (1) Heatpump Varmelager LNG plant LNG LNG Gas/Power-to-Liquid G2L D, S, N, PL Gas net with NG/SNG (evt. NatHy) Systemperspektiv 2035 Gas storage 2018-05-09 20
CASE SIMULATION OPTIMIZED PLANT GCA Power System Windpower offshore Large Energyplant (3 ) Windpower onshore Solar (PV) Large Scale Wood chips Syngas H2 O2 Gas turbine + Gas boiler Bio-2-gas (thermal) Power-togas Steamturbine Højtemp. Water Shift Syngas H2 RE-fuel katalysis O2 H2 storage RE-fuel market Heat Storage District- and block heat Price (EUR/MWh) 8000 0 0 Gas grid (NG/SNG) -200-1600 27/4 28/4 29/4 30/4 1/5 2/5 3/5 4/5 Gas storage 150 MW solar park (PV) 850 MW offshore wind farm 140/140 MW energy plant (type 3) DK1 electricity price (EUR/MWh) Systemperspektiv 2035 2018-05-09 21 Power (MW) 1000 800 600 400 200 Simulated operation of plant Price Power 6400 4800 3200 1600
GCA 2050 SIMULATED ANNUAL ENERGY FLOW 22 Import electricity Power System Export electricity Gas produktion (TWh) Solar (PV) 50 40 Wind- Power 30 Bio, waste etc. 20 10 0 Natural Gas Fossil Oil Bio CHP/Boiler Anaerob Gasification Gas-produktion fra biomasse og ved PtG Gas CHP Methanisation Gas Storage Power-to- Gas District heating and block heating Gaskatalysis etc. Gas-systems (methan/syntesisgas/h2) Large Heat Pumps Thermal gasification ST ue 2035 DG 2035 GCA 2035 ST 2050 DG 2050 GCA 2050 Fuel Storage HT-VP. Varmep. Kedel EV/PHEV Forgasning, biogas Elektrolyse, met. Forgasning Elektrolyse, biof. FM/FC El-proces light, it, cool Proces Heat Building heating Road Transport Railway Transport Maritime Coal Systemperspektiv 2035 Liquid fuels fossil/re (Gasoline, Diesel, Methanol, DME, etc.) Aviation
23 GAS-PRODUKTION OG -FORBRUG I ANALYSEREDE FORLØB Gasforbrug og VE-gas produktion i simuleringer Gas (PJ) 120 100 80 60 40 20 0 Overordnet gas-infastruktur og produktion af biogas opgjort pr. kommune. 2020 AF 2035 ST 2035 ST 2035 DG excl. PtG/PtX KV Systemperspektiv 2035 Proces Indiv. Opv. 2035 GCA Transport 2050 ST 2050 DG 2050 GCA Biogas og biosng prod 2018-05-09
OPSUMMERING SYSTEMPERSPEKTIV 2035 Nordsøen har store VE ressourcer som er centrale for at realisere EU s vision på energiområdet Virkemidler til at håndtere Nordsø-integrationen: Et stærkt elnet, korttidslagre i batterier, sektorkobling til at få fleksibilitet og integreret VE i andre sektorer En udfordring at skaffe kulstof til VE-brændstoffer på det længere sigte langsigtet behov for at supplere med Power-to-gas og CCU (carbon capture and use) Danmark har nogle særlige styrkepositioner ift. sektorkobling med Power-to-gas Konkurrencedygtige elpriser, høj VE-andel i el og høj forsyningssikkerhed Et effektivt gas-system med adgang til lagre Et fjernvarme-system der kan udnytte værdi af overskudsvarme ved energikonvertering Gas-systemet centralt i at omstille til low-carbon energisystem der realiserer langsigtede mål. Hvis gylle, halm og bionedbrydeligt affald føres til biogas + methanisering af CO2 kan der på lang sigt blive et overskud af VE-gas ift. det danske forbrug. Konvertering af gas GtL (Gas-to-liquid) kan være en løsning på det lange sigte eller alternativt export af VE-gas og import af flydende VE-brændstoffer Systemperspektiv 2035 2018-05-09 25
Tak for opmærksomheden
EUROPA BIO-POTENTIALE TIL SNG MV. Bio-SNG: 1080 TWh Kilde: Gas for climate, Ecofys feb 2018 Systemperspektiv 2035 2018-05-09 27
GAS FORBRUG OG FORSYNING I SCENARIER Gasforbrug i scenarier Gas produktionspotentiale i scenarier I 2040 er gasbehov fortsat stort og import nødvendig fra Rusland nødvendigt CO2 fra gas udgør ca. 700 mio ton i GCA 2040. Potentiale for PtG produktion Systemperspektiv 2035 2018-05-09 28
North Sea Wind Power Hub Paris climate agreement 80-95% CO 2 reduction in 2050 Needed in Europe in 2050 150 GW North Sea Wind Regional cooperation is essential Barriers: Subsidy schemes Focus on national sustainability goals Systemperspektiv 2035 2018-05-09 31
Systemperspektiv 2035 2018-05-09 32