Fluctuating Hydromagnetic Flow of Viscous Incompressible ...
POTENTIALE FOR BRINT OG … • Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices...
Transcript of POTENTIALE FOR BRINT OG … • Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices...
POTENTIALE FOR BRINT OG FORGASNINGSGAS I FREMTIDENS ENERGIMIX - RESULTATER FRA SYSTEMPERSPEKTIV 2035 ANALYSE
Gastekniske dage – 2018-05-09
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 1
Anders Bavnhøj Hansen, [email protected] Forretnings-støtte og udvikling
OPBYGNING
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 2
1. del: Internationale scenarierammer
2. del: Systemperspektiver for Danmark
4. del: Forskning, udvikling og innovation (F&I) for at realisere potentialer
3. del: Samspil mellem centrale og distribuerede løsninger
EU’S KLIMA-VISION KRÆVER MARKANT OMSTILLING
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 3
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.
BIO RESSOURCER I SCENARIER
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 4
IEA ETP 2060 har 145 EJ biomasse (Ca 15 GJ/capita) Carbon capture har en central rolle
DK scenarier i Sys35 180 PJ for DK Ca 30 GJ/capita i 2050
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 !
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
3 EUROPEAN ENERGY SCENARIOS
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 6
Green Methanol today
Methanol today
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 CO2-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 CO2-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 CO2-price(IEA Low Oil price scenario)
√
√
MEGET MERE VIND OG SOL I ALLE SCENARIER
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 7
12% 15% 17% 17% 19% 22%3%6%
8% 7%10%
13%
4%
8%10%
19% 14%
18%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40
Sol (PV)
Havvind
Landvind
Vind og sol. Andel af elforbrug (Europa)
15% 20% 21% 20% 21% 22%
8%
19%24% 22%
26%32%
6%
10%11% 17%
15%
19%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40
Sol (PV)
Havvind
Landvind
Vind og sol. Andel af elforbrug (DE, UK, NL, DK)
* Forventninger for 2020 er fra Energinets Analyseforudsætninger 2017
DK i 2020 DK i 2020
EU Nordsø-region
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 9
0
500
1.000
1.500
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040
GCA Reference ST2030
• Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified
• Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed
ST2030 GCA2040 100 Euro/MWh
VIRKEMIDLER TIL INTEGRATION AF +50 PCT. VIND/SOL
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 10
El-integration over afstand: Netudbygning
1. El-integration med nordisk vandkraft
2. El-integration mellem Nordvest- og Østeuropa
El-integration over tid: El-til-el-lagre
3. Ellagre (fx batterilagre, trykluftlagre og pumpekraft)
4. El til varme og termiske lagre
5. El til transport
6. El til højværdi produkter (elektrolyse/PtG/PtX)
Konvertering af el til andre formål – Elektrificering
El-integration – El som slutforbrug
PtH
PtX
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 11
0
500
1.000
1.500
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040
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
ST2030 GCA2040 100 Euro/MWh
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 12
0
500
1.000
1.500
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040
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
ST2030 GCA2040 100 Euro/MWh
SOLUTIONS TO INCREASE VALUE OF WIND/SOLAR
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 13
0
500
1.000
1.500
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
DKK/MWh DK1 duration curves ST 2030 og GCA 2040
Interconnectorer x 2 P2G 50 Euro/MWh afbrudBatteri lager x 10 GCA ReferenceST2030
• Power price more fluctuating and especially in GCA low power prices identified
• Solutions with sector-coupling, ICL and battery storage analysed
ST2030 GCA2040 100 Euro/MWh
SECTOR COUPLING TO GET ACCESS TO LOW COST STORAGE CAPACITY
14
Power system
Gas System Gas Storage (NG/SNG)
District Heating System Heat storage
2018-05-09 Systemperspektiv 2035
0100200300400500600700
Invest.omk. energidel
(DKK/kWh)
Investment cost energy storage part (excl input/output units) Battery
Gas Storage
(H2)
• 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!
“For all the growth in battery installations that BNEF is forecasting, the total volume of grid-connected 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
Sector coupling
POWER-TO-GAS I ET INTERNATIONALT PERSPEKTIV
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 15
Vind og sol i Nordsø-regionen presser priserne i hele regionen P80-middelpriser i Europa – GCA35
DKK2017/MWh
0
50
100
150
200
El
D&V
CAPEX
Varmeværdi
Total omk.
DKK2017/GJ
Danmark ligger stærkt ift. elpriser til PtG, men Danmark, Holland og Tyskland ligger tæt
SEKTORKOBLING MED INTERNATIONALT PERSPEKTIV
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 16
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
Fjernvarme Indtægt ved
varmesalg (FV)
EL Konkurrencedygtige priser
Høj forsyningssikkerhed Høj VE-andel i elsystem (til VE PtX produkter)
Bio/Kulstof Styrkepositioner omkring
biomasse/biogas håndtering (kulstof)
Gas Gas-net og kaverne-
lager faciliteter for VE-gas (H2, Syngas, Methan)
Danske Styrkepositioner for PtG/PtX
EKSEMPLER PÅ PTG/PTX VEJE
2018-05-09 Systemperspektiv 2035
17
Forædling af PtG til PtX produkter kræver typisk adgang til kulstof
ANALYSIS OF SYSTEM INTEGRATION
Type 0: Local Prosumer Building with PV, Battery, EV, (heat pump)
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
Thermal gasification + PtG + Fuel catalysis (PtX)+ Heat pump + storage
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 18
Biogas potential pr. community
District heating demand
SYSTEM MODELLERING (REDUCED)
2018-05-09 erspektiv 2035 19
Energy plants simulated in grid areas
Central Energy Plant Industry/service Local Prosumer
Distributed biogas based Energy Plant Distributed DH-plant
SIMULATION OF SYSTEM
20
Power transmission (>100 kV)
Water Shift
Power-to-gas
RE-fuel katalysis
High temp.
Bio-2-gas (thermal)
H2
Wood chips
(NH3 etc.)
Wood waste
Slurry
Bio-waste
Straw etc.
Gas net with NG/SNG (evt. NatHy)
Biogas enhed Anaerob
Gas motor
Power-to-gas
MeOH katalyse
Large energy plant (3 )
C-N-P-K
Decentralised energy plant(2)
Biogas
O2
O2
Solar (PV) Large scale
Industry/service prosumer Lille prosumer bolig el. service
Solar (PV) Solar (PV) EV
Heat pump Battery Heatpump Gas-
boiler ETES
LNG
LNG
LNG plant
Windpower onshore
Gas/Power-to-Liquid
Heat
Decentralised district heating plant (1)
Heat-pump
Gas CHP
Gas boiler
Windpower offshore
H2
SNG katalyse
H2
Syngas
Syngas
D,NL,UK, N,S
D, S, N, PL
H2
Gas storage
Gas turbine + Gas boiler
Steam turbine
District/block heating Heat Storage
Heat
2018-05-09 Systemperspektiv 2035
G2L Varme-lager
Varmelager
Varme
Bat-tery
CASE SIMULATION OPTIMIZED PLANT GCA
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 21
Water Shift
Power-to-gas
RE-fuel katalysis
Højtemp.
Bio-2-gas (thermal)
H2
Wood chips
Large Energyplant (3 )
O2
O2
Solar (PV) Large Scale
Windpower onshore
Windpower offshore
H2
Syngas
Syngas
H2 storage
Gas turbine + Gas boiler
Steam-turbine
Power System
Gas grid (NG/SNG)
Gas storage
District- and block heat Heat Storage
RE-fuel market
-1600
0
1600
3200
4800
6400
8000
-200
0
200
400
600
800
1000
27/4 28/4 29/4 30/4 1/5 2/5 3/5 4/5
Price (EUR/MWh)
Power (MW)
Simulated operation of plant
150 MW solar park (PV) 850 MW offshore wind farm140/140 MW energy plant (type 3) DK1 electricity price (EUR/MWh)
Price
Power
GCA 2050 – SIMULATED ANNUAL ENERGY FLOW
Systemperspektiv 2035
22
District heating and block heating Wind- Power
Natural Gas
Fossil Oil
Coal
Power System
Liquid fuels fossil/RE (Gasoline, Diesel, Methanol, DME, etc.)
Thermal gasification
Anaerob Gasification
Export electricity
El-proces light, it, cool
Proces Heat
Building heating
Road Transport
Railway Transport
Maritime
Aviation
Gas Storage
Varmep.
Kedel
EV/PHEV
FM/FC
Fuel Storage
Import electricity
Gas-systems (methan/syntesisgas/H2)
Power-to- Gas
Large Heat Pumps
Gas CHP
Solar (PV)
HT-VP.
Bio, waste etc.
Bio CHP/Boiler
Gas- katalysis etc.
Methanisation
0
10
20
30
40
50
ST uE 2035 DG 2035 GCA 2035 ST 2050 DG 2050 GCA 2050
Gas
pro
dukt
ion
(TW
h)
Gas-produktion fra biomasse og ved PtG
Forgasning, biogas Elektrolyse, met. Forgasning Elektrolyse, biof.
GAS-PRODUKTION OG -FORBRUG I ANALYSEREDE FORLØB
Systemperspektiv 2035
23
020406080
100120
2020 AF 2035 STexcl.
PtG/PtX
2035 ST 2035 DG 2035GCA
2050 ST 2050 DG 2050GCA
Gas (PJ) Gasforbrug og VE-gas produktion i simuleringer
KV Proces Indiv. Opv. Transport Biogas og bioSNG prod
Overordnet gas-infastruktur og produktion af biogas opgjort pr. kommune.
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, sektor-
kobling 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
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 25
Tak for opmærksomheden
EUROPA – BIO-POTENTIALE TIL SNG MV.
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 27
Kilde: Gas for climate, Ecofys feb 2018
Bio-SNG: 1080 TWh
GAS FORBRUG OG FORSYNING I SCENARIER
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 28
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
Gasforbrug i scenarier Gas produktionspotentiale i scenarier
Paris climate agreement 80-95% CO2 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
North Sea Wind Power Hub
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 31
2018-05-09 Systemperspektiv 2035 32