Biogas og andre VE-gassers rolle i fremtidens energisystemer - carbon footprint konsekvenser Henrik Wenzel, Syddansk Universitet
Milepælene i dansk energipolitik Year Target Political status 2020 50 % wind power 50 % of manure used for biogas Parliament agreement 2030 Coal phased out Oil for heat phased out 2035 100 % renewable energy for power and heat Government policy Government policy 2050 100 % renewable energy also in transport Government policy
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?
Wind energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport
Bio-energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport
El (MW) www.energinet.dk Dansk vindkraft 2050 - el-overskud vil være mange gange større end el-underskud 20000 Wind, solar & wave 18000 16000 14000 Need to convert to transport fuels at max production 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Need to supplement at min. production 0 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 961 1021 1081 1141 1201 1261 1321? 60 days Jan-Feb Classic power consumption Wind-Wave-Solar
Carbon footprint fra forskellige biomasser
Bio-energy? Wind power + solar and wave Biomass System design Electricity Heat Transport Global biomass availability = 100 300 EJ/year according to IPCC 2011 = 10 30 GJ/person in 2050
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
The 4 system design configurations
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
Breakdown of GHG emission
Halm kedel
Halm CHP kontinuert produktion
Halm-gylle sam-forgæring m. opgraderet biogas
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.
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.
The key challenge of strategic energy planning