Brint - Elektrolyse i Danmark - Energinet.dk

More documents

Recommendations

Info

6. Mål og indsatsområder Den danske brintstrategi fra juni 2005 påpeger: ”På elproduktionsområdet udgør den stigende mængde af ure- gulerbar vindkraft en udfordring for energiforsyningen. Anvendelse af ”overskydende eller billig” vindkraft-el til produktion af brint ved elektrolyse og lagring af brinten med henblik på anvendelse i ”dyre” perioder kan være et vigtigt middel til at sikre stabile markedsforhold og øge fleksibiliteten for elproduktionen.” Med baggrund i brintstrategien skal indsatsområder, der støttes af offentlige ordninger til fremme af forskning, udvikling og demonstration af brintproduktion ved elektrolyse, leve op til følgende kriterier: ❚ Indsatsen skal føre til afgørende bedre teknologier, eller anderledes teknologier med et bedre perspektiv i forhold til konkurrerende elektrolyseteknologier ❚ Indsatsen skal have et betydeligt erhvervspotentiale ❚ Indsatsen skal udnytte synergier og kompetencer i Danmark ❚ Indsatsen skal have energipolitisk relevans. Dette styrer hvilke basisteknologier, der kan forventes at modtage offentlige støttemidler. Demo-aktiviteter skal indeholde en form for teknologiudvikling af selve anlæggene og skal læne sig op ad den danske brintstrategi. Herunder hører således demo-aktiviteter, der fremmer anvendelse af elektrolyse til lastudjævning med henblik på at øge fleksibiliteten i elsystemet. Projekter inden for følgende indsatsområder kan således støttes i det omfang, de lever op til de ovennævnte kriterier: ❚ Alkalisk elektrolyse ❚ PEM elektrolyse ❚ Solid Oxide elektrolyse Indsatsområderne bør fokusere på optimering af følgende forhold: ❚ Virkningsgrad ❚ Miljøvenlighed: ingen forurening eller CO2 udledning ❚ Skalerbarhed (modulær opbygning) og driftsikkerhed ❚ Responstid (til brug for lastudjævning i el-systemet) ❚ Effekttæthed ❚ Anlægslevetid Det vil især være inden for elektrode- og elektrolytudvikling, der tilsammen udgør elektrolysecellen, at basisteknologierne vil udvikle sig forskelligt, medens udvikling af gasbehandling, kraftforsyning, komprimering og oplagring kan ske mere tværgående. Et test-setup for et PEM EC-anlæg, der afprøves hos Danish Power Systems i samarbejde med DTU Kemi. Foto: Danish Power Systems Elektrolysesystemer generelt Elektrolysesystemer kan generelt set betragtes som et produktionsanlæg, der tilføres råstoffer i form af elektricitet, vand og evt. CO2 (for SOEC). De produkter, der leveres fra anlægget, er brint eller syntesegas, ilt, varme samt regulerkraft og reaktiv effekt til balancering af elnettet. Det er vigtigt at tage alle produkterne i betragtning, da biprodukterne kan bidrage ganske betydeligt til driftsøkonomien. Kraftforsyningen, der forsyner elektrolyseanlægget med elektricitet fra elnettet, bør kunne belaste nettet såvel kapacitivt som induktivt og dermed reducere nettabene. Brinten/syntesegassen skal afhængig af anvendelse opfylde vis- se krav til renhed, vandindhold og tryk. Gasbehandling i form af rensning og måske komprimering vil være energikrævende. Det er derfor vigtigt, at der gøres en indsats for at øge effektiviteten. Elektrolysestrategi 18
6.1 Alkalisk elektrolyse (AEC) Markedet for elektrolyseanlæg til energiformål bliver helt anderledes end det eksisterende industrimarked, fordi brinten på energimarkedet er slutproduktet. Derfor er det afgørende at kunne udvikle lavprisanlæg, der kan producere brint til omkostninger, som sætter brint i stand til at konkurrere på energimarkedet som en bærer af vedvarende energi. Flere udenlandske forskningsinstitutter har allerede vist, at det er muligt at opnå virkningsgrader på 95 %. På grund af den ringe konkurrence på markedet for industriel brint er der stort set ikke sket nogen teknologiudvikling af alkaliske anlæg de seneste 50 år. Det betyder, at der er et ganske betydeligt latent udviklingspotentiale, som kan videreudvikle industrigasanlæggene til energianlæg, hvis det kan aktiveres. F.eks. har DLR i Stuttgart Tyskland for ca.10 år siden vist, at det er muligt med avancerede elektroder at opnå en effektivitet på 95 %, hvor kommercielle anlæg ligger mellem 75 og 85 %. 95 % effektivitet er opnået ved en temperatur på 80 °C, hvilket åbner muligheden for en yderligere effektivitetsforøgelse ved at forøge driftstemperaturen. Målsætningen for udvikling af effektivitet, strømtæthed, temperatur, tryk og stakarkitektur er at kunne forbedre disse, således Tabel 6.1 Sammenfatning af mål og indsatsområder for AEC-indsatsen Forskning Udvikling at prisen pr. produceret Nm 3 brint reduceres væsentlig. Stakde- sign skal forbedres mht. flow af elektrolyt, brint og ilt, korro- sion, lækstrømme, materialeforbrug, stakvolumen, egnethed for masseproduktion og pris. Det såkaldte non zero gap koncept har potentiale for at reducere prisen på stakken til en tredjedel af prisen på traditionelle alkaliske elektrolysestakke. Jo mere avancerede elektrodebelægningerne bliver jo større strømtæthed, og ikke mindst jo højere driftstemperaturer jo vanskeligere er det at opnå levetider på op til 20 år, som kende tegner konventionelle alkaliske elektrolyseanlæg. Der er således behov for udvikling og karakterisering af elektrodematerialer til elektroder, som f.eks. kan fremstilles ved galvanoteknik, pulverteknik eller keramisk teknik, med levetider på mindst 10 driftsår ved strømtæthed på op til 400 mA/cm2 , driftstemperatur på op til 200 ºC og tryk på op til 100 bar. Der er også behov for at optimere diaphragma-materialet til en levetid på 10 driftsår med samme driftsparametre som for elektrodematerialerne. Elektrolyseanlæg skal udvikles til at arbejde ved forhøjet tryk for derved at reducere eller eliminere behovet for yderligere komprimering af brinten. Det højere tryk stiller især ekstra krav til cellerammer, pakninger og endeplader. 2009-2010 2011-2013 2014-2018 Elektroder Kraftforsyning (AC-DC) Systemstudier, MW-anlæg Systemstudier, Mikro-anlæg Rense og tørre processer Design af elektrolysestak Modulopbygning Demonstration Stak: Virkningsgrad: 81 % Cellespænding:1,82 V Strømtæthed: 100 mA/cm2 Driftstemperatur: 100 °C Driftstryk: 15 bar System: Virkningsgrad, el til brint: 67 % Elforbrug: 5,2 kW/Nm3 Virkningsgrad, el til brint +varme: 82 % Varme: 0,780 kWh/Nm3 brint 30 kW anlæg Modulopbygning Elektroder Kraftforsyning (AC-DC) Systemstudier, MW-anlæg Rense og tørre processer Design af elektrolysestak Modulopbygning Mikro-anlæg Virkningsgrad: 88 % Cellespænding:1,68 V Strømtæthed: 200 mA/cm 2 Driftstemperatur: 100 °C Driftstryk: 30 bar Virkningsgrad, el til brint: 80 % Elforbrug: 4,4 kW/Nm 3 Virkningsgrad, el til brint +varme: 90 % Varme: 0,453 kWh/Nm 3 brint 30 kW – 300 kW anlæg Mikro-elektrolyseanlæg (10 kW) Modulopbygning Elektroder Kraftforsyning (AC-DC) Rense og tørre processer Design af elektrolysestak Modulopbygning MW-anlæg Virkningsgrad: 95 % Cellespænding:1,56 V Strømtæthed: 400 mA/cm 2 Driftstemperatur: 200 °C Driftstryk: 100 bar Virkningsgrad, el til brint: 90 % Elforbrug: 3,9 kW/Nm 3 Virkningsgrad, el til brint +varme: 95 % Varme: 0,175 kWh/Nm 3 brint MW-anlæg Modulopbygning Reaktionstid: Systemet reagerer øjeblikkelig Systemet reagerer øjeblikkelig Systemet reagerer øjeblikkelig Elektrolysestrategi 19
Page 1 and 2: Netbalancering med fleksibelt elfor
Page 3 and 4: Resume Strategien omfatter de tre e
Page 5 and 6: Sådan kan Topsoe Fuel Cells stakke
Page 7 and 8: 3. Teknologier til elektrisk transp
Page 9 and 10: Elektrolyse til transportbrændstof
Page 11 and 12: vurderes som begrænsede, da den et
Page 13 and 14: anen gør det sammen med de metalba
Page 15 and 16: Danmark) fordelt på både forsknin
Page 17: hyldevarer. I Italien koncentrerer
Page 21 and 22: 6.3 Solid Oxide Electrolysator Cell
Page 23 and 24: 7. Finansiering I det følgende afs
Page 25 and 26: Appendix A: Aktører inden for elek
Page 27: Appendix B: Virkningsgrader, øvre

Brint - Elektrolyse i Danmark - Energinet.dk

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?