Перебои в подаче электроэнергии могут повлиять на энергосистему в любое время и нанести серьезный ущерб, но какие варианты резервного копирования способны поддерживать постоянное энергоснабжение? Давайте рассмотрим метод power-to-gas.
Благодаря резервной мощности, обычно генерируемой топливными электростанциями, промышленность находилась в поиске более экологически чистых резервных источников, которые также могли бы быстро реагировать в случае прерывания обычного потока энергии.
Как говорит Эд Рид, руководитель отдела стратегии для бизнес-решений Centrica: «Новейшая газотурбинная технология предназначена для обеспечения максимальной эффективности, и природный газ, вероятно, будет играть ключевую роль в создании резервной копии прерывистой возобновляемой энергетики в течение следующих 10-15 лет».
Недавние требования привели к повышенному интересу к технологиям преобразования энергии в газ, частично работающим как с традиционным топливом, так и с батареями.
Что могут предложить технологии преобразования энергии в газ?
До недавнего времени рынок краткосрочных оперативных резервов в основном опирался на резервные источники топлива, однако использование комбинированных технологий преобразования энергии в газ представляется перспективной и устойчивой альтернативой.
Хотя этот метод существует с девятнадцатого века, а экспериментальные установки были разработаны в 1990-х годах, потенциал для коммерческого внедрения появился только в последние пять лет.
Поскольку двигатели с преобразованием энергии в газ преобразуют избыточную возобновляемую энергию в газообразный водород путем электролиза, расщепляя воду на водород и кислород, генерируемый водород можно удобно использовать в качестве резервного источника энергии.
Кроме того, небольшая его часть может быть добавлена в смесь газов, находящихся в настоящее время в сети, поскольку существующая инфраструктура хранения и транспортировки газа не поддерживает 100% водород.
В рамках своих исследований для Центра альтернативных технологий о преимуществах этой технологии, Пол Аллен, директор по внешним связям в компании, указывает, что «умный трюк, который предлагает power-to-gas, заключается в объединении водорода с углекислым газом для создания синтетического метана».
Полагаясь на углекислый газ из существующего источника, такого как биомасса или отходы, для превращения водорода в метан, он создает газообразный метан, который является высокоуглеродистым. После сжигания углерод, выбрасываемый из конвертированного метана, возвращается в атмосферу.
Этот метод также выигрывает от уже установленных систем хранения и производства электроэнергии природного газа, что делает его экономически эффективным.
Исследование Аллена также подчеркивает, что преобразование электроэнергии в газ «позволяет использовать пики в возобновляемой генерации электроэнергии для хранения значительных объемов энергии за счет предоставления углеродно-нейтрального топлива, которое может использоваться непосредственно промышленностью, потребителями для отопления и приготовления пищи» или даже использоваться для производства электроэнергии во время спадов в возобновляемой генерации.
Проекты, изучающие потенциал преобразования электроэнергии в газ
По данным экспертов Технического университета прикладных наук в Регенсбурге, Германия, с 1988 года в 22 странах мира было разработано около 143 энергетических водородных и метановых проектов для газоснабжения. Из них только 56 водородных и 38 метановых проектов были активны в 2019 году, почти 45% из которых подали или планировали подать газ в местные сети или реконвертировать энергию в энергию или тепло.
Применение этого метода было недавно признано проектом ЕС «Store&Go», спонсируемым в рамках программы ЕС Horizon 2020, сотрудничества между 27 партнерскими организациями по всей Европе. В рамках этого проекта ученые тестируют интеграцию энергетики на метане в работу европейских энергетических сетей. Он имеет три демонстрационных объекта в Фалькенхагене в Германии, Золотурне в Швейцарии и Трои в Италии.
Французские операторы Teréga и GRTgaz недавно разработали демонстрационный проект по преобразованию энергии в газ «Юпитер 1000» в Фос-сюр-Мер, на юге Франции.
Проект должен стать первым промышленным демонстратором технологии с номинальной мощностью 1 МВт для электролиза и процесса метанирования с улавливанием углерода. В рамках проекта Зеленый водород будет производиться с использованием двух электролизеров, использующих различные технологии, полностью из возобновляемых источников энергии.
Компания поставила перед собой цель, чтобы к 2050 году энергосистема производила более 15 ТВтч газа в год.
Другие компании, ожидающие утверждения своих запланированных проектов по передаче электроэнергии в газ, включают Pegasus в Италии, Amprion и Open Grid Europe в Германии и Swedegas в Швеции.
Взгляд на будущее резервного питания
Хотя рост возобновляемых источников энергии привел к закрытию многих угольных и газовых электростанций, эксперты полагают, что в ближайшем будущем наиболее эффективным будет сочетание более традиционных методов и возобновляемых источников энергии для обеспечения резервных мощностей.
Директор по энергетическим системам WSP, инженер-консультант Анна Фергюсон говорит: «Нам нужно множество различных резервных источников для удовлетворения различных потребностей и масштабов срокови. Например, насосное хранилище традиционно обеспечивает большие резервные мощности, но аккумуляторы хорошо подходят для предоставления услуг с такой частотных характеристик».
Кроме того, Рид также говорит, что на этом этапе мы не видим компромисса между газом и батареей или наоборот.
Вместо этого он рассматривает другое инновационное видение, в котором дома, малые предприятия и крупные энергетические активы связаны виртуально и агрегированным образом: «Они сделают накопленную электроэнергию, произведенную на месте, используя возобновляемые источники энергии, доступными для сети. Кроме того, некоторые из них будут стимулировать сокращение своего спроса в пиковые периоды».
«Наш проект местного энергетического рынка в Корнуолле, в котором 250 домов и предприятий предоставляют гибкие услуги как для местной, так и для национальной сети электроснабжения, — это тестовая площадка для этого типа рынка», — добавляет он.
Фергюсон, в свою очередь, считает, что в будущем «хранение, вероятно, все больше будет частью решения, но технологии хранения без батареи, такие как сжатый воздух, которые более подходят для массового хранения, могут стать экономически эффективными».
В более крупном масштабе она прогнозирует, что «у нас будет больше интерконнекторов, в том числе потенциально соединяющих Испанию и Северную Африку с Северной Европой, чтобы обеспечить баланс с дешевыми источниками солнечной энергии».
Сочетая надежность методов, работающих на газе, потенциал батарей и новые возобновляемые методы генерации резервной энергии, одно можно сказать наверняка — в секторе имеется хорошая доступность вариантов, которые необходимо оптимизировать, чтобы достичь большего масштаба энергетической стабильности.
