Для того, чтобы электроэнергия, которую прилежно вырабатывают солнечные и ветровые электростанции, не пропадала, сегодня существуют несколько способов для преобразования ее излишков. Это приносит пользу не только электрическим сетям, но и рынкам тепла и мобильности.
Насколько многогранной может быть электроэнергия, демонстрируют не только способы ее производства — она может принимать различные формы и может храниться в самых разных средах.
Это преимущество электроэнергии активно используется технологиями Power-to-X (электроэнергия-в-Х), которые позволяют децентрализовать преобразование избыточной электроэнергии, например, в тепло или топливо. Вот почему Power-to-X, где X обозначает конечный продукт, в который преобразуется электрическая энергия — это важное связующее звено между электроэнергетикой, теплоэнергетикой и мобильностью.
Power-to-Gas (Электроэнергия-в-газ)
Одним из самых популярных методов преобразования электроэнергии является метод «электроэнергия-в-газ». При этом электроэнергия, выработанная электростанциями на основе возобновляемых источников, преобразуется в горючий газ с помощью электролиза водорода. Затем этот горючий газ можно подавать в общественную газовую сеть, хранить или использовать в качестве топлива. Насколько эта технология может стать важной для гибкости энергосистемы и для надежности энергоснабжения, было подчеркнуто в исследовании, проведенном Dena (Deutsche Energieagentur — немецкое энергетическое агентство) этой осенью.
Газовые синтетические виды топлива особенно важны для промышленных предприятий, потому что энергоемкие отрасли промышленности не могут быть полностью электрифицированы даже в будущем. Даже при высокой степени электрификации газ будет оставаться важным компонентом энергетической системы будущего.
И не только на бумаге, но и на практике эта технология уже доказала себя. Первая в мире экспериментальная установка, которую компания Thüga ввела в эксплуатацию на территории энергоснабжающей компании Mainova во Франкфурте в 2014 году, превзошла все ожидания, особенно с точки зрения эффективности. В пределах диапазона нагрузки от 50 до 325 кВт вся установка — от отбора мощности до подачи газа — достигает КПД до 77%, если основываться на теплоте сгорания. Кроме того, партнеры по проекту сумели продемонстрировать, что в принципе установка «электроэнергия-в-газ» может использоваться и для рынка первичной регулирующей мощности.
Power-to-Liquid (Электроэнергия-в-жидкое топливо)
В своем исследовании Dena советует Германии активнее продвигать на глобальных рынках как установки для производства газа из электроэнергии, так и установки для производства из электроэнергии жидкого топлива. Этот вариант «Power-to-X» производит жидкое топливо из электроэнергии, произведенной электростанциями, работающими на возобновляемых источниках энергии, и даже из газа, полученного на установках «электроэнергия-в-газ». Благодаря этой технологии можно, например, производить жидкое топливо с помощью солнечной электроэнергии и CO2 и заливать «солнце» в топливный бак автомобиля. Пилотная установка КИТ уже продемонстрировала техническую осуществимость этого процесса и сейчас находится на пути к массовому производству.
Еще одна такая установка, которую эксплуатирует компания Sunfire в Дрездене, не только позволяет производить экологически чистые виды топлива или воски для химической промышленности, но также в состоянии переключиться на режим топливного элемента, а затем произвести электроэнергию.
Power-to-Heat (Электроэнергия-в-тепло)
Еще одной важной технологией Powert-to-X является технология «электроэнергия-в-тепло», которая особенно важна для теплоэнергетики. При этом тепло генерируется из электрической энергии. Установки типа «электроэнергия-в-тепло» , которые эксплуатирует энергоснабжающая компания Stadtwerke Neumünster, служат прежде всего для стабилизации электросети в качестве буфера. Установка на 20 МВт может всего за пять минут начать поглощать большие скачки напряжения в сети, вызванные работой электростанций на основе возобновляемых источниках энергии. Излишняя электроэнергия из сети преобразуется в пар и подается в местную сеть централизованного теплоснабжения, которая обеспечивает теплом около 20 000 частных домашних хозяйств и предприятий.
С октября этого года в Вене 20-мегаваттная установка также снабжает теплом 20 000 домашних хозяйств. Здесь избыточная электроэнергия используется для нагрева воды в электродных котлах. Через теплообменник горячая вода с температурой около 160 градусов Цельсия подается в сеть централизованного теплоснабжения. Установка состоит из двух частей, каждая мощностью 10 МВт, которые могут работать независимо друг от друга, всякий раз, когда есть избыток электроэнергии.
Power-to-Cool (Электроэнергия-в-холод)
Совсем необычную установку типа «электроэнергия-в-тепло» эксплуатирует компания на кампусе Euref в Берлине: система сочетает в себе установку «электроэнергия-в-тепло» с установкой, имеющей родственную технологию, «электроэнергия-в-холод» (P2H / P2C). Система P2H / P2C состоит из двух энергонакопителей, каждый объемом 22 м3, и электрического нагревателя на 550 кВт. В этой установке избыточная электроэнергия используется для нагрева воды.
С другой стороны, подключение двух холодильно-компрессорных установок обеспечивает подачу холода для локальной системы охлаждения по тому же принципу и гарантирует хранение избыточной электроэнергии даже в летнее время. Компенсация слишком низкого напряжения в сети осуществляется за счет подключения к биометановой ТЭЦ.
Благодаря такому сочетанию установки P2H / P2C с ТЭЦ, центр энергоснабжения может даже внести свой вклад в стабилизацию сети как при производстве избыточной электроэнергии, так и при ее дефиците.
Источник: https://www.industr.com/de/Energy-Magazin/energiespeicher/2309952