Pominąć sieć wysokiego napięcia?Każdy komponent i jego wymiarowanie musi zostać poddane w wątpliwość w celu optymalizacji kosztów. Niczego nie można brać za pewnik, wszystko może być zupełnie inne.
Pod koniec XIX wieku istniała tylko energia wodna i wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą maszyn cieplnych i energetycznych. Energia wodna była związana z warunkami geograficznymi, a duże scentralizowane elektrownie cieplne są znacznie bardziej wydajne niż małe zdecentralizowane elektrownie. Dla domów mobilnych istnieją małe generatory zasilane gazem o sprawności 7%; najnowsza generacja elektrowni CCGT Siemensa ma 64% wartości opałowej. Ten malutki silnik tłokowy i ta ogromna turbina gazowa, której ciepło odpadowe nadal napędza turbiny parowe. Logiczna odpowiedź: potrzebujemy sieci elektrycznej, która połączy producentów i konsumentów oddalonych od siebie. Ale czy ta logika jest zawsze i wszędzie słuszna?
Pierwszym krokiem jest udoskonalenie do 24 energii elektrycznej za pomocą baterii. Z czego składa się domowy system magazynowania w zakresie 15 kWh? Zazwyczaj 16 ogniw akumulatorowych o pojemności od 280 Ah do 320 Ah w obudowie. Z czego składa się domowy system magazynowania w zakresie 150 kWh? Zazwyczaj 10 bloków, każdy z 16 połączonymi szeregowo ogniwami o pojemności od 280 Ah do 320 Ah. Z czego składają się wielkoskalowe systemy magazynowania energii o mocy wielu MWh? Niespodzianka, dokładnie z tych samych podstawowych komponentów. Używane są dokładnie te same ogniwa akumulatorowe, co w domowym systemie magazynowania 15 kWh. Nie ma różnicy w wydajności między domowym systemem magazynowania o mocy 15 kWh a wielkoskalowym systemem magazynowania o mocy 150 MWh. Dlaczego po prostu nie uruchomić wszystkiego na bateriach, aby mieć moc 365/24? Przychodzi mi na myśl stare powiedzenie: pieniądze muszą pracować.
Istnieją 4 powody, dla których warto magazynować energię słoneczną:
Pieniądze muszą pracować. Jeśli taka bateria ma 200 pełnych cykli rocznie i działa przez 15 lat, to przy 60 €/kWh mielibyśmy: 60 / (15 lat × 200 cykli) = 0,02 €/kWh kosztów magazynowania. Świetnie, to pasuje! Ale jeśli bateria jest wystarczająco duża, aby pokryć różnicę między latem a zimą, wówczas żywotność może wzrosnąć do 25 lat, ale 60 € / 25 lat = 2,40 € / kWh. To absolutnie niemożliwe! Akumulatory są zbyt drogie, aby pracować tylko raz w roku.
Ile kosztuje zwykły zbiornik zawierający 1 GWh energii cieplnej? Byłoby to niecałe 200 000 litrów metanolu. Około 20 000 euro. Jeśli generator o sprawności 40% zamieni to w energię elektryczną, będzie to 400 MWh. Wykonajmy bardzo uproszczone obliczenia dla całego urządzenia Power to Methanol 300 kW za 300 000 EUR, zbiornika 20 000 EUR, generatora 80 000 EUR, aby wyprodukować 400 MWh z 2 GWh nadwyżki energii elektrycznej w razie potrzeby: 400 000 EUR / (20 lat × 400 000 kWh rocznie) = 0,05 EUR/kWh. Trzeba pomnożyć wydajność w łańcuchu. 50% mocy metanolu × 40% generatora to bardzo skromne 20%. Ale jeśli słońce świeci przez cały dzień, a baterie są pełne, wówczas przetwarzanie energii na metanol jest marnotrawstwem energii słonecznej, która w innym przypadku byłaby bezużyteczna. W krajach położonych w pobliżu równika typowa sytuacja wygląda tak, że 25% energii słonecznej jest przetwarzane na metanol, który następnie generuje 5% całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Jest to prawdą w pobliżu równika, gdzie wahania pogody są dominującym czynnikiem długoterminowego magazynowania, a nachylenie osi Ziemi odgrywa podrzędną rolę. Ja natomiast mieszkam w Austrii, 47,722° na północ od równika. Tutaj różnica między latem a zimą jest dramatyczna.
Sieć wysokiego napięcia, wiele kilometrów sześciennych podziemnych magazynów gazu i duże centralne elektrownie o cyklu kombinowanym już istnieją. Austria posiada 7 km³ podziemnych magazynów gazu, co daje 70 TWh lub prawie 8000 kWh na mieszkańca. Brakuje tylko o rząd wielkości więcej fotowoltaiki, 3 kWh baterii na kW fotowoltaiki i energii z metanu. Scentralizowana technologia wielkoskalowa ma zalety pod względem wydajności zarówno w przypadku Power to X, jak i wytwarzania energii elektrycznej. Korzyści te są większe niż koszty sieci wysokiego napięcia.
Przeprowadziliśmy obszerne symulacje dla 50 różnych lokalizacji i godzinnych danych dotyczących plonów od 2005 do 2020 roku z różnymi obciążeniami. Każda z tych różnych konfiguracji była symulowana z różnymi obciążeniami. Symulacje te miały na celu odpowiedzieć na pytanie: czy możliwe jest zmniejszenie o połowę kosztów energii dla transportu i mobilności przy użyciu osiedli szybkiego ładowania poza siecią? Przy cenach akumulatorów spodziewanych za kilka lat jest to możliwe: gdzieś wzdłuż autostrady znajduje się kilka domów nowej generacji GEMINI oferujących szybkie ładowanie za 0,20 € / kWh. Oto trzy przykłady zastosowań:
Bez podłączenia do zasilania, ale 80 kW fotowoltaiki i 160 kWh akumulatorów umożliwia bezpośrednie zasilanie szybkiej ładowarki o mocy 80 kW. Domy te, dobrze rozmieszczone w odległych wioskach, mogą po raz pierwszy umożliwić dotarcie samochodem elektrycznym do dowolnego punktu w Afryce.
Typowy rozmiar to 16 domów z fotowoltaiką o mocy 2 MW i bateriami sodowymi o pojemności 6 MWh. Generator o mocy 300 kW zapewnia energię elektryczną nawet przy dużym zachmurzeniu przez wiele dni. Gdy tylko dostępne będą tanie elektrownie na metanol o mocy 300 kW, można będzie wykorzystać nadwyżki energii elektrycznej. Duże ciężarówki mogą być również szybko ładowane prądem o mocy 1 MW. Każdego dnia sprzedawanych jest średnio 6 MWh energii elektrycznej. Byłoby to na przykład 8 dużych ciężarówek z 400 kWh i 70 samochodów z 40 kWh ładowania.
W gorących krajach beton jest idealny do budowy dróg. Nie nagrzewa się tak bardzo jak asfalt, a przede wszystkim nie staje się lepki jak asfalt w wysokich temperaturach. Produkcja cementu jest jednak energochłonna. Na przykład cementownia LEUBE w pobliżu mojego miejsca zamieszkania potrzebuje 110 GWh energii elektrycznej i 400 GWh energii cieplnej do wyprodukowania 500 000 ton cementu rocznie. Klinkier może być również ogrzewany energią elektryczną, co jest bardziej wydajne, ale zwiększa zapotrzebowanie na energię elektryczną do 360 GWh. 3 km² zoptymalizowanego energetycznie obszaru osadniczego może obsługiwać cementownię tej wielkości tylko za pomocą energii elektrycznej. Zgodnie z prognozami dotyczącymi rozwoju cen baterii, będzie to najtańsza metoda produkcji w ciągu zaledwie kilku lat. Tanie baterie są kluczem do przekształcenia energii słonecznej w 24-fazową energię elektryczną. Zamiana energii w metanol jest kluczem do przekształcenia 24-fazowej energii elektrycznej w energię elektryczną 24/365. | |||||||||||||||||||||
GEMINI next Generation AG (Inc.)
