Куда девать энергию солнца и ветра при избытке электроэнергии? У немецкого научно-исследовательского сотрудничества теперь есть решение для этого: они разработали первую систему, которая преобразует электричество из возобновляемых источников энергии в метан в промышленных масштабах. Затем этот искусственно произведенный природный газ можно легко хранить и, при необходимости, снова использовать для выработки электроэнергии на газовых электростанциях. Бак бензиновых автомобилей также можно заправить «энергией на газ».
Все больше и больше роторов ветряных электростанций вращаются на полях и сельскохозяйственных угодьях, а солнечные батареи все чаще можно увидеть на крышах вместо кирпичей. В ветреный солнечный день эти системы часто вырабатывают больше электроэнергии, чем нужно потребителям, а в мягкие безветренные дни выработки электроэнергии недостаточно. Хранить электроэнергию и использовать ее позже довольно сложно. Новая концепция технологии Power-to-Gas, которую исследователи из Фраунгоферовского института ветровой энергии и технологии энергетических систем IWES в Касселе разрабатывают вместе со своими коллегами из Центра исследований солнечной энергии и водорода Баден-Вюртемберг ZSW в недавнем лет, должно помочь вот в будущем иметь.
Новая технология преобразует электричество из возобновляемых источников энергии в метан, в искусственно произведенный природный газ, также известный как электронный газ, сокращение от возобновляемого газа. Преимущество: в отличие от электричества, метан можно хранить. В случае нехватки электроэнергии газ может снова вырабатывать электроэнергию на газовых электростанциях. Им также можно заправлять обычные автомобили, работающие на природном газе. Поскольку метан и природный газ имеют одинаковые химические свойства, автомобиль не нужно переоборудовать.»Наша концепция перехода от электроэнергии к газу решает две основные проблемы перехода к энергетике: хранение возобновляемых источников энергии и поставка экологически чистого топлива. Это означает, что стабильное электроснабжение возможно также с использованием энергии ветра и солнца», - объясняет Майкл Штернер, старший научный сотрудник IWES.
Развертывание в промышленных масштабах с 2013 г
Компании SolarFuel и Audi впервые внедряют эту технологическую концепцию в промышленном масштабе - вместе с IWES и ZSW. Система, которую планируется ввести в эксплуатацию в 2013 году, будет иметь мощность 6,3 МВт, что примерно равно трем крупным ветряным турбинам или 1000 фотоэлектрическим системам. CO2, необходимый для процесса, обеспечивается биогазовой установкой, управляемой партнером EWE в непосредственной близости, которая использует остатки и отходы и поставляет CO2, нейтральный для климата. Произведенный метан подается в газовую сеть в Верльте в Нижней Саксонии, где он затем хранится в крупнейших хранилищах Германии, газохранилищах. Оттуда он поступает по существующим газопроводам к потребителям.
Восстановление нехватки электроэнергии
Но как работает этот процесс? Электрический ток сначала расщепляет молекулы воды на водород и кислород. Если дать возможность водороду прореагировать с CO2, образуется метан. Сам процесс известен давно. С другой стороны, использование его в больших масштабах для компенсации узких мест сети с помощью возобновляемых источников энергии - это совершенно новый подход. «Соединение электрической и газовой сети является краеугольным камнем перехода к энергетике в дополнение к расширению сети, управлению нагрузкой и краткосрочному хранению», - объясняет профессор Юрген Шмид, глава IWES. »Можно предвидеть, что возобновляемая электроэнергия станет первичной энергией, поскольку энергия ветра, например, превращается в один из самых дешевых способов получения энергии из возобновляемых источников энергии».
За счет соединения электрических и газовых сетей технология преобразования энергии в газ может устранить узкие места в электроснабжении на срок до двух недель.«E-Gas обеспечивает поставку электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии и, таким образом, обеспечивает надежную основу для перехода к другим источникам энергии», - говорит Стернер. Исследователь уверен, когда речь заходит о рентабельности системы «электроэнергия-газ»: «Даже при идеально развитой энергосистеме и оптимальном управлении нагрузкой аккумулирование энергии необходимо. Поэтому появление экономической концепции - лишь вопрос времени», - уверен исследователь. Поскольку в то время как хранилища в электросети могут поддерживать подачу электроэнергии только в течение нескольких часов, сеть природного газа предлагает примерно в 3000 раз большую емкость.
Используйте CO2 из экологически чистых источников
Чтобы процесс не наносил ущерб климату, важно получать CO2 из устойчивых источников. В Германии их достаточно: только на существующих 50 заводах по переработке биогаза производится 500 000 тонн CO2. Это позволит хранить 4,8 тераватт-часа электроэнергии, что эквивалентно годовому потреблению около полутора миллионов домохозяйств. Обычные биогазовые установки также производят много CO2. Одни только 20 процентов заводов могут производить два миллиона тонн CO2. Другими крупными источниками являются заводы по производству биоэтанола, пивоваренные заводы и очистные сооружения, производящие 1,1 миллиона тонн CO2.
Если вы используете CO2 из биогазовых установок для системы преобразования энергии в газ, есть еще одно преимущество: биогаз, который состоит на 60 процентов из метана и на 40 процентов из CO2, производится путем переработки биогаза. растения обычно подаются в газовую сеть, чтобы обеспечить ее разумное энергетическое использование в этом районе. Около двух процентов метана уходит в атмосферу, это называется проскальзыванием метана. Чувствительное дело для климата, так как за сто лет метан в 21 раз вреднее для климата, чем СО2. «Мы можем закрыть эту дыру, подав биогаз через систему преобразования энергии в газ. При этом из биогаза получается почти чистый метан, который можно перерабатывать без проскальзывания метана», - объясняет Штернер.
Хороший баланс с электронным газом в качестве заправки бака
Даже в качестве топлива электронный газ имеет хороший баланс CO2. «За весь жизненный цикл автомобиля транспортное средство, работающее на электронном газе, производит едва ли больше CO2, чем электромобиль», - говорит.
Шмид. Несмотря на то, что электромобили имеют очень низкий уровень выбросов во время работы, их производство требует значительно больше выбросов CO2, чем производство автомобилей, работающих на газе. Если «заправить» электромобиль электричеством от энергии ветра, он выбрасывает всего пять граммов углекислого газа на километр. В свою очередь, во время производства вырабатывается много CO2: при пробеге в 200 000 километров это эквивалентно от 50 до 60 граммов на километр, в зависимости от концепции автомобиля. Это означает, что электромобиль выбрасывает от 55 до 60 граммов CO2 на километр.
Газовый автомобиль с ветром Газ от энергии ветра вызывает от 20 до 30 граммов на километр при движении, в зависимости от уровня техники, но более экологичен в производстве, чем электромобиль с 30 до 35 граммов и, таким образом, составляет всего от 50 до 65 граммов на километр. Электромобильность и электронный газ могут хорошо дополнять друг друга. Потому что до сих пор аккумуляторные системы электромобилей по-прежнему представляют собой серьезную проблему - их диапазон по-прежнему очень ограничен, и они довольно дороги. Если водитель хочет преодолевать большие расстояния, он может переключиться на электронный газ от энергии ветра и солнца без значительного увеличения выбросов CO2.