Power-to-X - Power-to-X

Power-to-X (также P2X и P2Y) - это количество электричество преобразование, хранилище энергии, и пути реконверсии, использующие излишки электроэнергия, как правило, в периоды колебаний Возобновляемая энергия генерация превышает нагрузку.[1][2] Технологии преобразования энергии в X позволяют отделить электроэнергию от электроэнергетического сектора для использования в других секторах (таких как транспорт или химическая промышленность), возможно, используя энергию, которая была получена за счет дополнительных инвестиций в генерацию.[1] Этот термин широко используется в Германия и, возможно, возник там.

В Икс в терминологии может относиться к одному из следующих значений: мощность-к-аммиак, мощность-к-химикаты, мощность-к-топливо, энергия-газ, преобразование энергии в водород, мощность-к-жидкость, превращение в метан, сила в питание, сила в мощность и мощность всинтез-газ. Зарядка электромобилей, обогрев и охлаждение помещений, а также нагрев воды могут быть изменены во времени, чтобы соответствовать генерации, формам реакция спроса это что то[ВОЗ? ] термин "мощность-мобильность" и "мощность-мобильность"высокая температура.

Схемы коллективного преобразования энергии в X, в которых используется избыточная мощность, относятся к мерам гибкости и особенно полезны в энергетических системах с высокой долей возобновляемой генерации и / или с сильным декарбонизация цели.[1][2] Этот термин охватывает большое количество путей и технологий. В 2016 году правительство Германии выделило 30 евро. миллионный первый этап исследовательского проекта по вариантам power-to-X.[3]

Концепции хранения электроэнергии

Избыточная электроэнергия может быть преобразована в другие формы энергия для хранения и реконверсии.[4][5][6][7] Постоянный ток электролиз (КПД в лучшем случае 80–85%) можно использовать для производства водород который, в свою очередь, может быть преобразован в метан (CH4) через метанирование.[4][8] Другая возможность - преобразовать водород вместе с CO2 в метанол.[9] Оба вида топлива можно хранить и снова использовать для производства электроэнергии через несколько часов или месяцев. Технологии реконверсии включают газовые турбины, ПГУ завод, поршневые двигатели и топливные элементы. Отношение мощности к мощности относится к эффективности обратного преобразования в оба конца.[4] Для хранения водорода КПД туда и обратно остается ограниченным на уровне 35–50%.[2] Электролиз является дорогостоящим, а процессы преобразования энергии в газ требуют значительных часов полной нагрузки (скажем, 30%), чтобы быть экономичными.[1] Однако, несмотря на то, что эффективность двустороннего преобразования энергии в мощность ниже, чем у батарей, а электролиз может быть дорогостоящим, хранение самих топлив довольно недорого. Это означает, что большое количество энергии может храниться в течение длительных периодов времени с помощью преобразования мощности в мощность, что идеально для сезонного хранения. Это может быть особенно полезно для систем с высокой степенью проникновения возобновляемых источников энергии, поскольку во многих районах наблюдается значительная сезонная изменчивость солнечной, ветровой и гидроэнергетической генерации. Выделенный сеткой аккумуляторная батарея обычно не считается концепцией power-to-X.

Концепции связи секторов

Водород и метан также могут использоваться в качестве нисходящего потока. топливо, кормить в натуральный газ сетка, или используется для изготовления или синтетическое топливо.[10][11] В качестве альтернативы они могут использоваться как химические вещества. сырье, сканирование аммиак (NH
3).

Мультфильм Мвельвы Мусонко, вдохновленный "секторным сцеплением"

Электроэнергия включает в себя вклад в теплоэнергетику за счет резистивный нагрев или через Тепловой насос. Нагреватели сопротивления имеют единичный КПД, а соответствующий КПД тепловых насосов составляет 2–5.[4] Резервный погружной нагрев обоих бытовая горячая вода и районное отопление предлагает дешевый способ использования излишков возобновляемой энергии и часто заменяет углеродоемкие ископаемые виды топлива для этой задачи.[1] Крупномасштабные тепловые насосы в системах централизованного теплоснабжения с накоплением тепловой энергии являются особенно привлекательным вариантом для преобразования энергии в тепло: они предлагают исключительно высокий КПД для уравновешивания избыточной энергии ветра и солнца и могут быть выгодным вложением средств.[12][13]

Под переходом от мощности к мобильности понимается зарядка аккумулятор электрические транспортные средства (EV). Учитывая ожидаемое распространение электромобилей, потребуется специальная отправка. Поскольку автомобили большую часть времени простаивают, смещение времени зарядки может обеспечить значительную гибкость: окно зарядки относительно велико 8–12 часов, а продолжительность зарядки составляет около 90 часов. минут.[2] Батареи электромобилей также могут быть разряжены в сеть, чтобы они работали как устройства хранения электроэнергии, но это вызывает дополнительный износ батареи.[2]

Установлено, что тепловые насосы с накопителем горячей воды и электромобили имеют более высокий потенциал по сокращению CO
2 выбросов и использования ископаемого топлива, чем несколько других схем преобразования энергии в Х или хранения электроэнергии для использования излишков энергии ветра и солнца.[4] Однако, хотя преобразование энергии в тепло и энергию в мобильность за счет электрификации (тепловые насосы и электромобили) имеют высокий потенциал сокращения выбросов, если целью является 100% чистая система, существуют некоторые конечные применения, которые невозможно экономически электрифицировать . Эти конечные применения включают перевозки на большие расстояния (грузовые перевозки, самолеты, баржи) и промышленные процессы с высокой температурой нагрева. В этих случаях лучшим вариантом может быть использование топлива, синтезированного из чистой электроэнергии. Биотопливо - еще один вариант, но оно конкурирует с сельским хозяйством за воду и космос.

Согласно немецкой концепции объединения секторов, объединение всех энергопотребляющих секторов потребует оцифровки и автоматизации многочисленных процессов для синхронизации спроса и предложения.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е акатех; Леполдина; Akademienunion, eds. (2016). Концепции гибкости энергоснабжения Германии в 2050 году: обеспечение стабильности в эпоху возобновляемых источников энергии (PDF). Берлин, Германия: акатех - Национальная академия наук и инженерии. ISBN  978-3-8047-3549-1. Архивировано из оригинал (PDF) 6 октября 2016 г.. Получено 10 июн 2016.
  2. ^ а б c d е Лунд, Питер Д.; Линдгрен, Юусо; Миккола, Яни; Салпакари, Юри (2015). «Обзор мер по обеспечению гибкости энергетической системы для обеспечения высокого уровня переменного возобновляемого электричества» (PDF). Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 45: 785–807. Дои:10.1016 / j.rser.2015.01.057.
  3. ^ «Power-to-X: вступаем в энергетический переход вместе с Коперникусом» (Пресс-релиз). Аахен, Германия: RWTH Aachen. 5 апреля 2016 г.. Получено 9 июн 2016.
  4. ^ а б c d е Штернберг, Андре; Бардо, Андре (2015). «Power-to-What? - Экологическая оценка систем хранения энергии». Энергетика и экология. 8 (2): 389–400. Дои:10.1039 / c4ee03051f.
  5. ^ Agora Energiewende (2014). Хранение электроэнергии при переходе к энергетике Германии: анализ необходимого хранения электроэнергии на рынке электроэнергии, рынке дополнительных услуг и распределительной сети (PDF). Берлин, Германия: Agora Energiewende. Получено 30 декабря 2018.
  6. ^ Стернер, Майкл; Эккерт, Фабиан; Thema, Мартин; и другие. (2014). Langzeitspeicher in der Energiewende - Презентация [Долгосрочное хранение в Energiewende - презентация]. Регенсбург, Германия: Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES), OTH Regensburg. Получено 9 мая 2016.
  7. ^ Аусфельдер, Флориан; Бейльманн, Кристиан; Бройнингер, Зигмар; Эльзен, Райнхольд; Хауптмайер, Эрик; Хайнцель, Анжелика; Хоер, Ренате; Кох, Вольфрам; Малендорф, Фалько; Метцельтин, Аня; Рейтер, Мартин; Шибан, Себастьян; Шваб, Эккехард; Шют, Ферди; Столтен, Детлеф; Тесмер, Гиса; Вагеманн, Курт; Циган, Карл-Фридрих (май 2016 г.). Системы накопления энергии: вклад химии - Программный документ (PDF). Германия: Koordinierungskreis Chemische Energieforschung (Объединенная рабочая группа по исследованиям химической энергии). ISBN  978-3-89746-183-3. Получено 9 июн 2016.
  8. ^ Пальяро, Марио; Констандопулос, Афанасиос Г. (15 июня 2012 г.). Солнечный водород: топливо будущего. Кембридж, Великобритания: RSC Publishing. Дои:10.1039/9781849733175. ISBN  978-1-84973-195-9.
  9. ^ Завод возобновляемого метанола Джорджа Олаха
  10. ^ Кениг, Даниэль Гельмут; Баукс, Надин; Краай, Жерар; Вернер, Антье (18–19 февраля 2014 г.). "Entwicklung und Bewertung von Verfahrenskonzepten zur Speicherung von fluktuierenden erneuerbaren Energien in flüssigen Kohlenwasserstoffen" [Разработка и оценка технологических концепций для хранения колеблющейся возобновляемой энергии в жидких углеводородах]. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik. Карлсруэ, Германия. Получено 9 мая 2016.
  11. ^ Фойт, Северин; Эйхель, Рюдигер-А; Винке, Изаак С; де Хаарт, Lambertus GJ (1 октября 2016 г.). «Электроэнергия - синтез-газ - технология, позволяющая осуществить переход энергосистемы? Производство синтетического топлива и химикатов с использованием возобновляемых источников энергии». Angewandte Chemie International Edition. 56 (20): 5402–5411. Дои:10.1002 / anie.201607552. ISSN  1521-3773. PMID  27714905.
  12. ^ Закери, Бехнам; Ринне, Самули; Сири, Санна (31 марта 2015 г.). «Интеграция ветра в энергетические системы с высокой долей ядерной энергетики - каковы компромиссы?». Энергии. 8 (4): 2493–2527. Дои:10.3390 / en8042493. ISSN  1996-1073.
  13. ^ Салпакари, Джыри; Миккола, Яни; Лунд, Питер Д. (2016). «Повышенная гибкость с крупномасштабными переменными возобновляемыми источниками энергии в городах за счет оптимального управления спросом и преобразования энергии в тепло». Преобразование энергии и управление. 126: 649–661. Дои:10.1016 / j.enconman.2016.08.041. ISSN  0196-8904.
  14. ^ «Сочетание секторов - формирование интегрированной системы возобновляемых источников энергии». Провод чистой энергии. 18 апреля 2018 г.. Получено 6 марта 2019.