přeskočit na hlavní obsah

Věterná energie s plynem

/up/images/featured/images/veterna_energie_splynem_0.png

Vodík z elektřiny

Ve zdánlivě nekonečných diskusích o kladech a záporech větrné energie musí i její zastánci souhlasit s tím, že vítr „umí létat". Jelikož se tzv. offshore větrné farmy brzy stanou realitou, je tak pouze znovu nastolen problém proměnlivosti větru. Dokonce i hlavní producenti eletrické energie a rozvodné společnosti předvídají vážné těžkosti plynoucí z kulminací a poklesů v dodávkách tohoto „zeleného" zdroje energie. Dr. Kas Hemmes z Fakulty systémového inženýrství, pojistných analýz a managementu na Technické univerzitě v Delftu dokázal adaptovat větrnou turbínu pro použití v současném rozvodném energetickém systému a to kombinací palivového článku s větrnou trubínou a také zlepšeným využitím tepla, které je produkováno tímto palivovým článkem. Ve svém důsledku tak větrné turbíny budou vyrábět vodík, třebaže především ze zemního plynu.

„Problémem všech energetických systémů je téměř vždy otázka nesouladu mezi nabídkou a poptávkou," říká vědec zaměrený na energetiku Dr. Kas Hemmes z Nizozemí. Tento nesoulad může být jednak v místě, jako např. „v Iráku je ropa, ale potřebujeme ji tady"; nebo v čase: „není možné využít veškerou elektřinu vyprodukovanou v době, kdy vítr fouká, ale zároveň je potřeba energie pokud je bezvětří."

Jelikož je počet větrných turbín stále poměrně nízký, elektrárenské systémy mohou obecně zvládnout vyrovnat výrobní špičky těchto větrných turbín. Před několika měsíci však vznikl rozruch ohledně možnosti, že početné parky větrných elektráren na severu Německa zahltí Nizozemskou rozvodnou soustavu. Ačkoliv plynové elektrárny mohou částečně omezit svou produkci tak, aby uvolnily místo pro dodatečnou elektřinu produkovanou větrnými turbínami, tento proces není zdaleka okamžitý. Snižuje také účinnost a ponechává část výrobních kapacit v nečinnosti. Jak říká Hemmes: „Potíž plynových elektráren je, že je bude nutné uzavřít kdykoliv fouká vítr, což pak bude mít vliv na prodejní cenu."

Elektrolýza

Jedno z řešení, kterému se dostalo nebývalé publicity, je využití přebytku větrné energie pro elektrolýzu vody na kyslík a vodík - je předmětem kalkulací po celém světě, ačkoliv je zatím jen velmi zřídka aplikováno. Vodík je ukládán, aby byl následně konvertován zpět na elektrickou energii prostřednictvím palivového článku v situaci, kdy přestane foukat vítr.

Nevýhodou této metody dvojité konverze a vlastního skladování je, že způsobuje dodatečné ztráty. Reálná účinnost hydrolýzy vody při produkci vodíku je ve světovém měřítku zhruba 80 - 90 % a účinnost palivového článku je dle Dr. Hemmese dokonce ještě nižší. Navíc k větrným turbínám bude muset být, mimo palivový článek, přidáno také zařízení na elektrolýzu, přičemž obě budou využívány jen občasně, což tuto možnost činí velice obtížně komerčně využitelnou.

Hemmes nabízí lepší řešení: vybudovat velký palivový článek přidružený ke každému větrnému parku (např. „molten carbonate" typ palivového článku), který je ještě také napájen zemním plynem. Takový článek bude schopen omezit výrobu elektřiny relativně rychle v případě, že bude hodně foukat. V tomto režimu nízkého využití bude moci být palivový článek použit k produkci většího množství vodíku.

Takto to funguje. Víme, že palivový článek produkuje více než dostatečné množství tepla, aby bylo možné přeměnit zemní plyn na vodík. To znamená, že uvnitř palivového článku může být přeměněno na vodík (a oxidy uhlíku) více zemního plynu, než potřebuje pro své vlastní využití. Tento vodík může být ukládán tak, že bude plnit palivový článek v dobách bezvětří, jako náhrada za zemní plyn. Vodík může být také odčerpáván ven do soustavy vodíkového potrubí, která by ale nejdříve musela být vybudována, anebo bude moci být smíchán se zemním plynem (pro tuto variantu již existují plány jak na národních tak evropské úrovni). V tomto uspořádání vytvořeném Dr. Hemmesem by tak již nebylo třeba skladovacích kapacit, jelikož by byly nahrazeny efektivním využitím úložné kapacity sítě zemního plynu.

Kouzlo

Tato výše popsaná nová konfigurace by byla schopna velmi rychlé adaptace na fluktuace v příchozí elektřině a stejně tak se přizpůsobit variabilitě poptávky. Jak říká Hemmes, hlavní výhodou tohoto konceptu je jeho flexibilita.

Navíc tato „přeměna" elektřiny ve vodík je efektivnější, než by byla s využitím elektrolýzy. Výpočty ukazují, že na každou dodatečnou kWh větrné elektřiny (v důsledku toho palivový článek vyprodukuje méně než 1 kWh elektřiny), je produkován vodík s energetickým obsahem zhruba 3 kWh, přičemž přísun zemního plynu zůstává stejný!

„Vypadá to jako kouzlo, účinnost je 300 procent," říká Hemmes. Pravda je, že zdánlivě dodatečná energie pochází z tepla produkovaného palivovým článkem, které by jinak bylo ztraceno bez užitku. Protože je také přidáván ještě zemní plyn, toto teplo může být dobře využito. Je třeba poznamenat, že vodík produkovaný v systému palivových článků stále tvoří část plynové směsi.

Dle Hemmese je celková účinnost systému, což je účinnost s jakou je vstupní energie konvertována ve výstupní energii, vyšší v nízkovýtěžném módu a dosahuje až 90 procent. Výstupní energie je ve formě elektřiny, vodíku a oxidů uhlíku a ne ve formě tepla jako v celkových enegetických systémech. Využitím páry mohou být oxidy uhlíku přeměněny na vodík v rámci v podstatě energeticky neutrálního procesu.
Dr. Hemmes si již zažádal o patent na celý tento proces. Tento projekt silně připomíná koncept, který získává popularitu v energetice, kdy je plyn nebo jiný zdroj energie konvertován na elektrickou energii a využitelné teplo, které může být použito k vytápění domů či jiných budov.

Více zdrojů, více produktů

Hemmesův koncept však jde dál, tato instalace nejenom dodává 2 produkty najednou - elektřinu a vodík, ale využívá také dva zdroje energie - zemní plyn a vítr.

Hemmes pracoval na kalkulacích tohoto více zdrojového a více produktového systému společně se švýcarským výzkumníkem Martinem Geidlem. Široká škála variant uspořádání jej činí velice vhodným pro nalezení optima mezi účinností, produkční kapacitou a úsporností provozu. Technicky vzato, tato myšlenka je spojena také s další integrací různých systémů sloužících k produkci a konverzi energie, ale také k produkci např. chemikálií.

Jinou variantou tohoto systému s více zdroji a produkty je využití zemního plynu, vzduchu a případně větrné energie pro produkci dusíku. Uvnitř palivového článku reaguje kyslík ze vzduchu se zemním plynem, čehož výsledkem je směs bohatá na dusík. V Nizozemí je dusík často přidáván do dováženého zemního plynu, tak aby bylo jeho složení upraveno na standardní lokální směs (která obsahuje 14 % dusíku), což je procedura, která bude taktéž nutná, pokud bude v budoucnu přidáván do zemního plynu vodík. Současný způsob produkce dusíku je takový, že je získáván ze vzduchu prostřednictvím drahého procesu za velmi nízkých teplot. Tento proces vyžaduje velké množství energie, řádově až několik MW elektřiny.

„Toto by byl skvělý způsob levné produkce dusíku přímo na místě, kde může být rovnou přidáván do zemního plynu. Tato metoda navíc elektrickou energii produkuje, místo aby ji spotřebovávala," říká Hemmes, pričemž si již zažádal o patent také na tento nápad.

Ekonomický přínos

Ekonomický přínos takovýchto systémů bude podle Hemmese v konečném důsledku spočívat v dodatečné flexibilitě, zvláště pokud probíhající výzkum a vývoj dále sníží cenu větrných turbín a palivových článků.

„Prozatím jsme všechno úplně přesně nespočítali, což je zčásti způsobeno složitostí vypočtu přidané hodnoty flexibility. Energetika má tendenci být zaměřena na pokud možno co nejnižší cenu za konstantní výkonnosti, ale skutečností je kolísání nabídky a poptávky a v důsledku toho také pohyb cen," vysvětluje Hemmes.

Poté, co bylo zažádáno o patenty, se začalo pracovat na nejrůznějších publikacích k tomuto tématu a Dr. Hemmes se svými závěry také vystoupil na nejrůznějších mezinárodních konferencích. Ačkoliv se podle něj zástupci energetických společností houfně nehrnou do plánů na stavbu takovýchto instalací, odezva je prý více než povzbudivá.

V současné době Dr. Hemmes se svými spolupracovníky z TU Delft vyvíjí demo aplikaci tohoto systému, která by sloužila k prezentaci potenciálním zájemcům.

Dr. Kas Hemmes ve spolupráci s Velvyslanectvím Nizozemského království v Praze

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 261     ne: 309

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb