Analiza mogućnosti primjene

plinske proizvodne infrastrukture

na eksploatacijskim poljima

sjevernog Jadrana u svrhu

iskorištavanja energije vjetra

Aščić, David

SADRŽAJ

1. Uvod

2. Hipoteza

3. Analizirani modeli:

a) Proizvodnja električne energije

b) Proizvodnja vodika

c) Proizvodnja sintetskog prirodnog plina

4. Rezultati analize

5. Ostale mogućnosti primjene

6. Zaključak

UVOD

• Promjene energetske strukture RH:

– Porast udjela OIE

– Pad proizvodnje prirodnog plina

• Zakonom je propisano:

– po završetku korištenja odobalni objekti i pripadajuće instalacije

moraju se ukloniti i dopremiti na kopno – dekomisija

0

2

4

6

8

10

12

14

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

10

9m

3

Vremenski period, godine

Rezerve plina proizvodnih polja na sjevernom Jadranu, 109 m3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024

mili

jun m

3/d

an

Vremenski period, godine

Proizvodnja plina na sjevernom Jadranu, milijun m3/dan

Proizvodnja Predviđanje pada proizvodnje

HIPOTEZA

• Postoje bolja rješenja od dekomisije

• Razmatrane tehnologije i procesi pridonose mogućnosti

jednostavnijeg uravnoteženja elektroenergetskog sustava

• Power to Gas (P2G) tehnologije – kemijskim

konverzijama skladišti se električna u kemijsku energiju

– Elektroliza

– Metanacija

Zašto „P2G” na Jadranu?

• Odgoda dekomisije – stvara ekonomsku vrijednost

• Postojeća mreža plinovoda

• Rješavanje NIMBY (engl. Not In My Back Yard) učinka

• Izglednije javno prihvaćanje projekta

SWOT analiza – sažetak

prednosti i nedostataka

ANALIZIRANI MODELI

• Analiza ukupno tri različita modela upotrebe

infrastrukture:

a) Za proizvodnju samo električne energije

b) Sinergija vjetroelektrana i postrojenja za elektrolizu vode

(proizvodnja vodika)

c) Sinergija svih sustava u svrhu proizvodnje metana koristeći

Sabatierov reaktor

a) proizvodnja električne energije

• Infrastruktura se prenamjenjuje u transformatorske

jedinice

• Transport podvodnim dalekovodima – HVDC/HVAC

• Prednost:

– visok stupanj učinkovitosti

• Nedostatatci:

– nepotpuno korištenje postojeće infrastrukture

– Nemogućnost skladištenja viškova energije

b) proizvodnja vodika

• Elektroliza vode: PEM (ili AEM) elektrolizeri

• PEM:

– Mogućnost rada pri promjenjivom opterećenju

– Radni tlak: do 80 MPa

– Radna temperatura: 20 - 100 °C

• Potrebni skupi materijali

c) Sabatierova reakcija

• Umjetna tvorba metana – kemijska konverzija vodika i

ugljikovog dioksida pri visokom tlaku i (poželjno) niskoj

temperaturi

• Jednadžba reakcije:

𝐶𝑂2 + 4 𝐻2 ↔ 𝐶𝐻4 + 2 𝐻2𝑂

• Egzotermna reakcija; 𝛥𝑟𝐻𝑠𝑎𝑏𝑎𝑡𝑖𝑒𝑟 = -165 kJ/mol

Radu reaktora pogoduju

niska temperatura i visok

tlak

Produkti reakcije:

vodena para

metan

Visoka izlazna

temperatura produkata

SASTAV IZLAZNOG PLINA

KOMPONENTA UDIO [%]

METAN 81,5

UGLJIKOV DIOKSID 15,5

VODIK 2,86

OSTALO 0,14

REZULTATI ANALIZE

• Analiza brzine vjetra u razdoblju od dvije godine

• Analiza provedena na jednom modelu vjetroelektrane

snage 5 MW – „NREL 5MW Offshore”

– Radni raspon: 3 – 25 m/s

• Satne i mjesečne vrijednosti proizvodnje za svaki

navedeni model

• Podaci o brzini vjetra

dostavljeni u rezoluciji

mjerenja od 3 s

• Obradom su dobivene

prosječne satne i mjesečne

vrijednosti

• Dnevni i godišnji prosjek:

približno jednak 19 km/h 15

16

17

18

19

20

21

22

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Brz

ina

vjet

ra, k

m/h

Sati u danu

Prosječna brzina vjetra po satima, [km/h]

Dnevni prosjek

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Brz

ina

vjet

ra, k

m/h

Mjeseci

Prosječna brzina vjetra po mjesecima, [km/h]

Godišnji prosjek

Proizvodnja električne energije

• Analiza je provedena u programu MS-Excel prema formuli

𝐸 =1

2𝜌𝐴𝑣3𝐶𝑝𝑡

• Izračunate su prosječne satne (kWh) i mjesečne (MWh)

vrijednosti proizvodnje

250

300

350

400

450

500

550

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

kWh

Sati u danu

Prosječna proizvodnja električne energije po satima, [kWh]

Dnevni prosjek

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MW

hMjeseci

Prosječna proizvodnja električne energije po mjesecima, MWh

Godišnji prosjek

Maksimum proizvodnje očekuje se u ožujku (884,1 MWh), a minimum u srpnju (93,2 MWh).

Prosječna satna proizvodnja iznosi 426,4 kWh. Vidljiva je dnevna varijacija; noću se proizvede

559,7 kWh, a danju 263,1 kWh

Proizvodnja vodika

• Pretpostavke proračuna:

– LHV (H2) = 119,96 MJ/kg (33,32 kWh/kg)

– Stlačivanje na 20 MPa, 8 MPa, bez stlačivanja (utjecaj na električnu

učinkovitost)

– Učinkovitost elektrolize

– Električnu energiju proizvodi jedna vjetroelektrana snage 5 MW

• Proračun proveden prema formuli:

𝐻 =𝜂𝐸 × 𝐸

𝐿𝐻𝑉𝐻2[𝑘𝑔]

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Pro

izvo

dn

ja v

od

ika,

kg

Sati u danu

Ovisnost satne proizvodnje vodika o izlaznom tlaku, [kg]

20 MPa 8 MPa bez stlačivanja

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pro

izvo

dn

ja v

od

ika,

to

na

Mjeseci

Ovisnost mjesečne proizvodnje vodika o izlaznom tlaku, [tona]

20 MPa 8 MPa bez stlačivanja

Sezonski i dnevni karakter

Tlak [MPa]

20 8

Bez dodatnog

tlačenja plina

Prosječna proizvodnja

Mjesec [t] 6,9 7,1 7,7

Sat [kg] 8,1 8,3 9,0

Prosječna dnevna proizvodnja približno iznosi 216,5 kg

Prosjek godišnje proizvodnje iznosi 93,2 t

Proizvodnja metana

• Proporcionalna proizvodnji vodika

• Izračun potrošnje ugljikovog dioksida

• Prikazan samo jedan slučaj – maksimum proizvodnje

vodika

• Analiza je provedena uz pomoć stehiometrijskih omjera

prikazanih u jednadžbi reakcije u programu MS-Excel

• Ulazni podaci za proračun:– Učinkovitost konverzije od 93%

– Prosječna satna proizvodnja vodika je 9 kg/h

– Stehiometrijski odnos vodika (H2) i ugljikovog dioksida (CO2) iznosi 4.

– Stehiometrijski odnos vodika (H2) i metana (CH4) iznosi 4.

• Rezultati su prikazani u [kg], [m3] za satnu analizu te u [t],

[1000 m3] za mjesečnu

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Po

tro

šnja

ugj

liko

vog

dio

ksid

a

Pro

izvo

dn

ja m

etan

a

Sati u danu

Prosječna proizvodnja metana po satima [kg] Prosječna proizvodnja metana po satima [m^3]

Prosječna satna proizvodnja metana [kg] Potrošnja ugljikovog dioksida po satima [kg]

Prosječna satna proizvodnja metana iznosi

14,23 kg/h što je ekvivalent 23,31 m3 /h

Prilikom reakcije troši se

ugljikov dioksid, a

prosječna satna potrošnja

iznosi 49,24 kg

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mje

sečn

a p

otr

ošn

ja u

gljik

ovo

g d

ioks

ida

Pro

izvo

dn

ja m

etan

a

Mjeseci

Prosječna mjesečna proizvodnja metana [t] Prosječna mjesečna proizvodnja metana [1000 m^3]

Prosječna mjesečna proizvodnja metana [t] Mjesečna potrošnja ugljikovog dioksida [t]

Ukupna godišnja proizvodnja metana iznosi 170,77 tona,

ekvivalent 238,45 m3 ,a prosječna mjesečna 14,23 tone što

je ekvivalentno 19,87 m3

Potrošnja ugljikovog dioksida

prikazana u mjesečnoj

rezoluciji prosječno iznosi

41,98 tona, a ukupna godišnja

503,76 tone

Prijedlog cjelokupne konfiguracije procesnog postrojenja

OSTALE MOGUĆNOSTI PRIMJENE

• Gorive ćelije

• Proizvodnja biogoriva

• Proizvodnja amonijaka

• Rigs to Reefs projekti

ZAKLJUČAK

• P2G tehnologije se pokazuju kao obećavajuće rješenje za

skladištenje viškova električne energije

• Ovakvi sustavi ima pozitivan utjecaj na energetsku

neovisnost i sigurnost Republike Hrvatske

• Postojeća infrastruktura omogućuje fleksibilnost u vidu

postavljanja postrojenja kemijske konverzije

• Sjeverni Jadran ima potencijal postati tehnološki i

industrijski razvijeno područje

HVALA NA PAŽNJI