Power to gas Karin Byman, ÅF 2014-10-23

Power to gas Karin Byman, ÅF 2014-10-23

Vad är power to gas? Integrerar energisystemen till Ett smart energisystem! ELSYSTEM - ELINFRASTRUKTUR Billig el BIOMASSA Elektrolys Rötning / Förgasning Gas O2 CH4 H2 CO2 Metanisering Uppgradering Gas CH4 Kraftvärme Värme Värme till fjärrvärme ENERGIGAS GASINFRASTRUKTUR I stället för Ett elsystem, Ett gassystem och Ett värmesystem.

Drivkrafter för Power to gas Utmaningar på den svenska energimarknaden. Trygga elförsörjningen Ersättning av dagens kärnkraftsreaktorer börjar 2017? Hur möjliggöra en storskalig utbyggnad av vindkraften? och solkraft, vågkraft m.m. Minskad klimatpåverkan Minska CO2-utsläppen inom transportsektorn. Elpriset är redan idag mycket volatilt.

Power to gas utvecklas. Ur mitt perspektiv 2012 Lagra vindkraft in naturgasnätet. - Swedegas 2013 Power to gas i Sverige, internationell utblick och potential bedömning. 2014 Lokaliseringsstudie för en demonstrationsanläggning.

Antalet intressenter har vuxit Finansiärer och övriga intressenter Energigas Sverige SGC KTH O2 Svensk Energi Swedish Biogas International GE Energy Det har även hållits en rad seminarier, konferenser och work-shops!

Internationell utblick och potentialen i Sverige

Internationell utblick Det finns ett 40-tal demonstrationsanläggningar i Europa. Intresset är stort i många länder, fler planeras. Flest i Tyskland, drivkraft är Energiwende, och stora volymer intermittent kraft. Danmarks mål: 2035 ska all energi vara förnybar. Befintligt gasnät och vindkraft är de främsta tillgångarna.

Varför power to gas i Sverige? Fortsatt utbyggnad av intermittent kraft, främst vind. Stort behov av att kunna lagra el här i form av kemisk energi. Fossilfria transporter den största utmaningen. Stort behov av förnybara drivmedel. Energisystemen är i stor förändring, från storskaligt till småskaligt. Oskarshamns kärnkraftverk

Resultat Idag är det inte lönsamt. Ett överskott på billig el är avgörande. En efterfrågan på metan, och en betalningsvilja som överstiger bensinpriset. Driftstiden är en kritisk faktor. 3.000 h räcker ej. Viktigt att få avsättning för värmen. Avsättning för syre mindre viktigt. Mer lönsamt att distribuera via gasnät än via lastbil. Driftstiden har störst betydelse *)

Vindkraften 2012, 7,3 TWh Idag finns inga svårigheter att reglera vindkraften.

Vindkraften 2020 30 TWh? Sannolikheten för mycket låga elpriser ökar.

Potentialen för Power to gas Potentialen baseras på att elpriserna pressas kraftigt under perioder med stor tillgång på vindkraft. Under 2000 h överskrider vindkraftsproduktionen 5 GW => 3 TWh el => 1,8 TWh metan. Under 3000 h överskrider vindkraftsproduktionen 4 GW => 5 TWh el => 2,9 TWh metan. Priset på bensin har tredubblats de senaste 20 åren. Högre priser på drivmedel ökar lönsamheten i Power to gas. Ca 2-3 TWh metan

North Sea Power to Gas Platform Ett studiebesök i Frankfurt 24-25/9 2014.

Power to gas i Frankfurt Besökte Frankfurt i september 2014.

Strom zu gas, demo 2014-2016 PEM-elektrolysör, 320 kw el. 60 m 3 H2 (ca 180 kw th ) /h. Första anläggning som matar in vätgas i naturgasnätet, 2%. Testar hur väl elektrolysören kan följa vindkraftsproduktionen, alt. elpris. Reglermöjlighet: Kall start: < 15 min. Varmstart: 4 min. Reglering under drift: millisekunder. Balans-service är med i den finansiella kalkylen. Anläggningen testas

Inuti är elektrolysör och gasrör. Inmating av kranvatten och el ger vätgas som matas in i naturgas-nätet, volym 2%.

Lokaliseringsstudie för demonstrationsanläggning

Varför lokalt? PtG är inte i första hand en nationell energilösning. det är en lokal lösning. Flaskhalsar uppstår i det lokala energisystemet vid storsatsning på vindkraft m.m. Biogassatsningar är lokala. Förutsättningarna varierar i olika delar av landet. Vi tittar på Visby / Slite Falkenberg Luleå / Piteå Tung industri som önskar grön gas. Stor satsning på vindkraft Stor potential för biogas. Tillgång till CO2 Stor satsning på vindkraft Satsar på H2. Stor potential för biogas. Etablerad naturgasinfrastruktur. Stor satsning på vindkraft Potential för biogas, och mål om ökad biogasanvändning. Tillgång till CO2 från Cementa. Sjöfart som önskar grön gas.

Lokaliseringsstudie power to gas Identifiera lämplig lokalisering för demo-anläggning Identifiera nödvändiga randvillkor för lokalisering av framtidens power-togas-anläggning. (volym, u/e, infrastruktur) Teknisk förstudie, 3 fallstudier: Visby/Slite (Gotland), Falkenberg (Halland), Luleå/Piteå (Norrland) Svarar på; Samhällsekonomiska nyttor, per ort. Metan eller vätgasproduktion? Bidrag till mer förnybar el? Lämplig produktionskapacitet? Tidsplan för uppförande av anläggning?

Frågorna besvaras genom Kartläggning aktörer, energisystem, etc. Dagens energisystem Mål och ambitioner Handlingsplaner och nyckelaktörer Gemensam bild av marknadsförutsättningar Diskussion om information måste fram. Teknikstudier Work shop Utredning & Analys Status befintlig teknik Verkningsgrader Ekonomi (generella nyckeltal) Kvantifiera volymer*). Identifiera konstellationer av aktörer **). Finns nödvändig infrastruktur? Slutanalys & rapport *) Diskussion om storheter för att ringa in potentialer på kort och lång sikt. **) Engagemang hos relevanta nyckelaktörer. Se värdekedja.

Tre huvudspår för power to gas Illustration av vad en demonstrationsanläggning kan demonstrera. 1. el elektrolys H2 Vätgas 2. el elektrolys H2 rötning Ökar utbudet av biogas 3. el elektrolys H2 metanisering Syntetiskt metan CO 2

Exempel från Gotland illustration! Dagens vindkraftsproduktion och mål 2020. Idag, produceras ca 385 GWh, överskott ca 14 GWh (egna icke-verifierade beräkningar) Mål 700 MW, ca 850 GWh vind, 2020, överskott ca 1 TWh (egna icke-verifierade beräkningar)

Samhällsekonomiska nyttor Exempel ur olika perspektiv. Aktörssamverkan Ökad kunskap om varandras möjligheter skapar win-win. Avlastar elnätbolaget och kapar effekttoppar, vilket gynnar biogasproducenter. Större potential för vindkraftsproducenter. Lokala fordonsflottar kan öka sin miljöprofil. Energi- och klimatmål Ökad tillgång på vätgas och förnybar metan. Möjliggör ökad vindkraftsproduktion, både i drift och i utbyggnad. Koldioxid biogen eller fossil återanvänds. Knyter ihop och optimerar energisystemet. Skapar jobb och energikostnaderna (intäkterna) stannar i kommunen.

Risker och möjligheter? Generellt och för en demonstrationsanläggning. Hög kostnadströskel sett till hela investeringen. Tekniken finns men är dyr och delvis omogen. Osäkra marknadsförutsättningar för vindkraft. För korta perioder med låga elpriser. Kräver samverkan över block-gränserna. Samhällsekonomiska nyttor. Starka politiska krafter för satsningar på förnybar energi och klimatåtgärder. Lokalt engagemang? Olika affärsmodeller ska knytas samman, olika tekniska förutsättningar och tidshorisonter. Gäller att hitta en robust lösning i början så att den blir trovärdig.

Tack för uppmärksamheten! Karin Byman Lic.Eng., Energy System Analysis ÅF Infrastructure Karin.byman@afconsult.com + 46 10 505 10 17 Det råder ingen brist på förnybar energi. Utmaningen består i att göra den förnybara energin tillgänglig där den behövs, när den behövs och till konkurrenskraftiga priser. De riktigt stora utmaningarna är därför lagring och transport av energi.

Anläggningen testas mot hur väl den kan följa elproduktion och pris

Vindkraftens roll i det svenska elsystemet. Idag finns inga svårigheter att reglera vindkraften. Politiskt planeringsmål: 30 TWh vind, 2030. Produktionstoppar kommer påverka elmarknaden. I botten finns alltid en basproduktion av vattenkraft som ej kan regleras bort, 2000 MW. Sannolikheten för mycket låga elpriser ökar.

Mål och syfte med studien Ett första försök att kvantifiera potentialen för PtG i Sverige. Sprida kunskap om konceptet till en bredare målgrupp, t.ex. politiker. Ge en översikt av aktiviteter i andra länder. Lönsamhetsberäkningar under olika antaganden. Diskussion om en möjlig potential i Sverige. Studien är på en mycket generell nivå, men det är viktigt att få igång debatten.

Sveriges energi- och klimatmål För att de ska kunna nås behövs nya systemlösningar. 50% förnybar energi 20% effektivare 40% minskade utsläpp 2050 inga växthusgasutsläpp Stort behov att hitta metoder att lagra el så att utbudet kan möta efterfrågan. Stor utmaning att ersätta fossila drivmedel. Planeringsmål för 30 TWh vind. Fossiloberoende fordonsflotta 2030.

Avgränsningar för simulering Antaganden för en demonstrationsanläggning Steg 1: Elektrolys Steg 2: Metanisering

Grundantaganden i analysen Kalkylränta (real) 3% Driftstid 3000 h/år Kapacitet (metan) 100 Nm 3 /h Livslängd 15 år À-pris Totalt Not. Intäkter 1) Metan 11,60 SEK/Nm 3 3 480 000 SEK/år Syrgas 0,90 SEK/Nm 3 135 000 SEK/år Värme (120 C) 0,40 SEK/kWh 600 000 SEK/år Summa intäkter 4 215 000 SEK/år Kostnader 2) El Variabel Variabel Nätavgift 0,25 SEK/kWh 1 275 000 SEK/år Drift & Underhåll 3% av investering 900 000 SEK/år Distribution av metan 1,80 SEK/Nm 3 540 000 SEK/år Summa kostnader Variabel Investering 30 000 000 SEK 3)

Antaganden för grundfallet Alla produkter metan samt biprodukterna, värme och syre säljs till marknadspris. Metanpriset motsvarar bensinpriset. Anläggningen är ansluten till elnätet. Metanet komprimeras och distribueras via lastbil. Grundfallet - referens *)

Distribution via gasnät jmf lastbil. Direktanslutning till vindkraftpark. Inga intäkter från värme. Inga intäkter från syre.

Drivkrafter för Power to gas Utmaningar på den svenska energimarknaden. Trygga elförsörjningen Ersättning av dagens kärnkraftsreaktorer börjar 2025; Hur möjliggöra en storskalig utbyggnad av vindkraften? och solkraft, vågkraft m.m. Minskad klimatpåverkan Minska CO2-utsläppen inom transportsektorn. Elpriset är redan idag mycket volatilt.

Prognoser 2025 Sverige är indelat i 4 prisområden. Vattenkraften är i norr Sverige. Alla kärnkraftverk är i elområde SE3. Elanvändningen är störst i elområde SE3 and SE4. Vindkraften är störst södra Sverige, SE4. SE 1 SE 2 SE3 Prognos 2025 SE4 Källa: Svenska kraftnät Perspektivplan 2025.

Gasnätet i Sverige Det svenska gasnätet är i södra Sverige, i samma region som vindkraften. Det svenska gasnätet är en del av det danska. Förutsättningarna i södra Sverige har många likheter med Danmark. Källa: Swedegas.

Danmark 2035 ska elproduktionen vara 100% förnybar. 2050 ska energiförsörjningen vara förnybar. Befintligt gasnät och vindkraft är de främsta medlen att uppnå målen. En demonstrationsanläggning för Power to gas finns i Biogas Centre i Aarhus universitet. Demonstration av teknik för bio-katalytisk metanisering.

Tyskland Ett stort antal projekt för att utvärdera Power to gas har tagits i drift. Die Energiwende driver intresset för Power to Gas. Kärnkraften ska avvecklas till 2022. Andelen förnybar el uppgår till 20%. Har störst installerad effekt i vind- och solkraft i Europa. 2020 ska 35% av energin vara förnybar. 2050 ska 80% vara förnybar. Ett stort antal projekt har tagits i drift för utvärdering av Power to gas.

Vindkraftens fulla potential begränsas. Begränsad tillgång till reglerkraft. Flaskhalsar i överföring. Svårt att storskaligt lagra el. 42

Slutsatser Power to gas Power to gas Möjliggör storskalig lagring av el. Storskalig utbyggnad av vindkraft utan att dess potential begränsas. Ses som lösningen i Danmark och Tyskland. Lönsamhet styrs av driftstid, avsättning av värme samt att priset på fordonsgas är högre än dagens bensinpris. Potentialen kan uppskattas till 2-3 TWh metan, vid en utbyggnad av vindkraften till 30 TWh.

Tack för uppmärksamheten! Karin Byman Lic.Eng., Energy System Analysis ÅF Infrastructure Karin.byman@afconsult.com + 46 10 505 10 17 Det råder ingen brist på förnybar energi. Utmaningen består i att göra den förnybara energin tillgänglig där den behövs, när den behövs och till konkurrenskraftiga priser. De riktigt stora utmaningarna är därför lagring och transport av energi.

Antalet intressenter har vuxit Finansiärer till studierna 2012: Swedegas 2013: Swedegas, ÅFORSK, E.on. Energinet.dk, Öresundskraft. 2014: Swedegas, ÅFORSK, E.on. Region Gotland, Falkenberg Energi, Piteå, Öresundskraft, Cementa, Vätgas Sverige, Energimyndigheten