Daljinsko gretje in hlajenje v EKS vloga plina Prof.dr. Peter Novak Fakulteta za tehnologije in sisteme, Novo mesto Energotech d.o.o. Ljubljana peter.novak@energotech.si 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 1
Vsebina Osnutek EKS 2014 in plin Hibridizacija plinovodov Sintezni plin v Sloveniji Posledice hibridizacije sistemov Možnost uporabe plina za hlajenje Potrebni nadaljnji koraki pri uvajanju hibridizacije sistemov Zaključek 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 2
O vsebini Energetski koncept Slovenije bo do leta 2055 začrtal vlogo fosilnih goriv in obnovljivih virov energije (OVE) v široki rabi, prometu in industriji. Daljinsko gretje in hlajenje (DGH) ima pri sonaravni oskrbi stavb s toploto in hladom posebno mesto. Z ozirom na sprejete mednarodne obveznosti se bodo morali sistemi DGH v Sloveniji prilagoditi novim pogojem in zmanjšati emisije toplogrednih plinov do leta 2030 za najmanj 40%. V posebnem položaju je daljinsko gretje v mestu Ljubljana, ki sedaj oskrbuje mesto pretežno s toploto iz premoga. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 3
O vsebini Pričakujemo prilagajanje plinovodnih omrežij z večjo ali pretežno uporabo sinteznega plina iz OVE; Prikazali bomo možnosti oskrbe Slovenije z domačim obnovljivim sinteznim plinom iz biomase in solarnega vodika; Posledice hibridizacije sistemov bodo novi načini oskrbe, možna bo izbira dobavitelja, plinovodno omrežje v distribuciji bo pametno, pričakujemo nove načine obračuna več tarif; Kakšne so možnosti uporabe plina za hlajenje, vključno z večjimi trgovinskimi centri in podobno; Kakšni ukrepi so potrebni nadaljnji koraki pri uvajanju hibridizacije sistemov? 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 4
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -1 Cilji Z usmeritvami za EKS želi predlagatelj zagotoviti sonaravno ravnanje z energijo: sonaravno proizvodnjo električne energije povečanje energijske učinkovitosti postopno spremembo strukture proizvodnih virov povečanje deleža obnovljivih virov zmanjšanje uvozne odvisnosti zaradi fosilnih goriv prehod iz fosilnih na nizko-ogljične vire energije 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 5
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -2 Cilji do 2035 (sprejete obveze do 2030): Zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov vezanih na rabo energije od 14.401 kt CO 2ekv na 8.640,6 kt CO 2ekv, ali za 5.760,4 kt CO 2ekv (-40%). izboljšati energetsko učinkovitost za vsaj 35 % (TPES zmanjšati od 265 PJ na 185,5PJ ali FE od 195,7 na 137 PJ? Toliko manj fosilnih goriv?) doseči vsaj 30 % delež OVE v končni rabi energije, to je vsaj 17 TWh*, oziroma 60,9 PJ *za predstavo: proizvodnja vse elektrike v letu 2015 v Sloveniji je bila okoli 17,435 TWh (62,8 PJ). Delež OVE naj bi bil že lani 23% (okoli 13 TWh/a). 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 6
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -3 Cilji do 2055: Zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov vezanih na rabo energije od 14.401 kt CO 2ekv na 2.880,2 kt CO 2ekv ali za 11.529,8 kt CO 2ekv (- 80 %) tehnično dosegljiva uporaba OVE v skladu s potrebami energijske bilance gretje stavb s 100 % nizko-ogljičnimi viri (za kar potrebujemo še cca 30,4 PJ energije iz OVE, poleg sedanje porabe biomase, ali pri 50% URE z izolacijo stavb ali vgradnjo TČ ~ 15 PJ) V nadaljevanju pa osnutek EKS predvideva za področje toplote in plina: 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 7
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -4 Oskrba s toploto naj bi temeljila na: Rabi biomase, kurilnem olju, premogu in zemeljskem plinu Na uporabi nizko-ogljičnih virov tako v daljinskih sistemih v urbanih okoljih, kot tudi v individualnih sistemih. Prilagajati bo treba tudi sisteme daljinskega gretja, da bo njihovo racionalno upravljanje lahko podpiralo manjšo rabo energije v stavbah. V prehodnem obdobju do leta 2055 predvidevamo uporabo zemeljskega plina v sistemih SPTE, zato od leta 2020 ne predvidevamo več izdajanja novih koncesij za plin. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 8
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -5 4.3. FOSILNI VIRI 4.3.1. Naravni plin (originalni tekst) Raba zemeljskega plina je okoljsko sprejemljivejša od ostalih fosilnih goriv, poleg tega pa je pomembna tudi njegova raba v industrijskih procesih. Kombinacija rabe zemeljskega plina in OVE za ogrevanje omogoča boljšo izkoriščenost OVE. Zemeljski plin bo imel vlogo tudi v SPTE za daljinsko ogrevanje do leta 2055. Predvidevamo rabo tega energenta v tovornem prometu. Dopuščamo možnost izrabe lastnih virov zemeljskega plina ob upoštevanju vseh okoljskih omejitev in zahtev. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 9
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -6 4.3. FOSILNI VIRI 4.3.1. Naravni plin * Z ozirom na sedanje stanje in pričakovani tehnološki razvoj bomo naravni plin postopno zamenjali s sintetičnim metanom, pridobljenim iz odpadne biomase ali biomase iz zapuščenih poljedelskih površin, ki jih bomo ponovno usposobili. Do leta 2030 bomo pridobili vsaj 30% ali okoli 250 Mm 3 /leto sintetičnega plina - metana iz biomase, to je okoli 28.500 m 3 /h * Dopolnitev teksta (predlagal P. Novak) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 10
Usmeritve EKS 2015 za plin in DGH -6 5.2. ENERGETSKA OMREŽJA Prenosna in distribucijska omrežja morajo biti ustrezno regulirana in morajo delovati zanesljivo in kvalitetno. Omrežja morajo biti dovolj fleksibilna, da bodo omogočala vključevanje novih tehnologij in naprednih sistemov. To je zapisano v osnutku EKS, razen dopolnitev, podanih v razpravi (P. Novak) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 11
Vloga plina v DGH Klasično pojmovanje DGH je prenos toplote ali hladu s tekočinskim sistemom od generatorja toplote do uporabnikov. V resnici pa tvorijo sisteme DGH v bistvu trije podsistemi: - Vodni sistem z razdelilnim omrežjem - Plinski sistem z razdelilnim omrežjem in - Električni sistem z razdelilnim omrežjem. Z vsakim od njih lahko končni uporabnik greje ali hladi stavbo. Različni so le končni pretvorniki energije v potrebno toploto ali hlad. Zato lahko plinski distribucijski sistem (z naravnim ali sintetičnim plinom ) prištevamo med drugo vrsto sistema za DGH. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 12
Kakšna bo bodoča vloga plina v KE? Pri pokrivanju KE v višini 190 PJ/a bo imel plin (naravni in/ali sintetični metan), poleg elektrike, ključno vlogo. Uporabljal se bo v široki rabi, industriji in prometu. Postal bo osnovni steber za SPTE z lokalnimi sistemi DGH, kakor tudi za neposredno gretje in hlajenje. V prometu se bo uporabljal kot CNG in LNG. Prevzel bo vlogo kemične akumulacije OVE in omogočal stabilno obratovanje celotnega sonaravnega energetskega sistema, ki bo imel leta 2035 in še posebej 2055 popolnoma drugačno strukturo energentov. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 13
Vloga plina pri optimizaciji delovanja TČ Ker se učinkovitost TČ hitro zmanjšuje s temperaturo okolice, se danes uporabljajo pri TČ zrak-voda sistemi, ki pomagajo pri nizkih zunanjih temperaturah ohranjati visoko učinkovitost TČ. To so hibridne toplotne črpalke, ki poleg električno gnane TČ v svoj sistem vključujejo tudi kondenzacijski plinski kotel s pripravo tople vode in hranilnikom toplote. S tem se v konicah zmanjšuje poraba elektrike in omogoča operaterjem pametnega omrežja uravnavati proizvodnjo in porabo. Plinsko omrežje je bistveno manj občutljivo na spremembe obremenitev od električnega in se zaradi velike akumulacije v distribucijskem in prenosnem omrežju lažje prilagaja. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 14
Možnost uporabe plina za hlajenje Možnosti za uporabo plina za hlajenje sta dve: s hladilnimi agregati, gnanimi s plinskimi motorji ali mikro-plinskimi turbinami ter rekuperacijo toplote z absorpcijskimi ali adsorpcijskimi TČ. V obeh primerih se za stabilizacijo plinskega omrežja morajo uporabiti hranilniki toplote in/ali hladu. Naprave teh tipov so primerne predvsem v večjih sistemih, kjer je potrebno sočasno zagotavljati toploto in hlad (hoteli, letališča, bolnice, trgovski centri, itd). V kolikor se v sistem vključi še proizvodnja elektrike, govorimo o totalnih energetskih sistemih z visokim izkoristkom primarne energije (eksergije goriva). 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 15
Kakšne bodo energijske bilance KE leta 2035, 2055 v Sloveniji? Če bo veljalo, kar je sprejeto, potem bodo fosilna goriva leta 2055 predstavljala največ 20% vse potrebne KE. Pri predpostavki, da se končna energija ne bo bistveno spreminjala po količini ampak samo po strukturi, bomo leta 2035 in 2055 še vedno potrebovali v Sloveniji za zadovoljevanje vseh potreb prebivalstva (po naši oceni) 190 PJ/leto končne energije (0- rast končne energije) (od tega največ 38 PJ iz fosilnih goriv, če njihova emisija ne bo presegala 2.880,2 kt CO 2ekv ). Koliko bo tedaj potrebna primarna energija (PE) pa uradno ni mogoče izračunati, ker metodologija za izračun primarne energije ni v celoti korekten, saj jo računamo po pretvorbi OVE v SE, n.pr. 1kWh iz HE je 1 kwh PE, (ker je izkoristek HE velik, je to še sprejemljivo), pri FN celicah pa bi to pomenilo da 6 kwh sončne energije štejemo za 1 kwh PE (pri izkoristku okoli 17%) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 16
Kako do dolgoročno primerne rešitve? Imamo več možnosti za dosego cilja: Ohranimo sedanji energetski sistem Uvajamo postopno sonaravni energetski sistem Pospešeno uvajamo sistem samo z OVE Pospešeno uvajamo JE, ki nima emisij TGP, ima pa dolgožive VRAO. Pri naši ocenah nadaljnjega razvoja uporabe plina v Sloveniji smo se odločili za drugo možnost. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 17
Značilnosti sonaravnega energetskega sistema -1 Iz sprejetih obvez v EU sledi, da bomo morali uspostaviti sonaravni energetski sistem (SES), ki bo temeljil na naslednjih 6 principih: 1. Vir energije mora biti neomejen in razpoložljiv povsod v Sloveniji; 2. Nosilci energije ne smejo povzročati emisij TGP; 3. Energija mora biti na razpolago v vsakem času in v vseh oblikah; 4. Nov energetski sistem mora uporabljati obstoječo infrastrukturo; 5. V prehodnem obdobju morata paralelno delovati oba sistema; 6. Mora biti konkurenčen ob vključevanju v tržno ceno fosilnih goriv vseh eksternih (nepriznanih) stroškov, ki jih povzročajo. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 18
Sonaravni energetski sistem SES -2 Hrbtenico sistema bodo predstavljali štirje osnovni nosilni energije: 1. Elektrika iz OVE, 2. Plinasto gorivo: naravni plin, bio-metan, sintetični metan 3. Tekoče-a gorivo-a: bio-metanol in sintetični metanol, ali etanol, dimetileter, sintetični dizel 4. Trdno gorivo: les (biomasa) Sistem v končni fazi nima emisij TGP, nima odpadkov in omogoča energijsko neodvisnost države. V primeru razvoja novih tehnologij za JE brez VRAO, bo v sistemu sodelovala tudi elektrika iz JE ali JE (TE-TO) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 19
Posledice: Hibridizacija plinovodov Hibridizacija plinovodov pomeni, v skladu s četrto točko sonaravnega energetskega sistema, dodajanje bio-metana (BM) in sinteznega naravnega plina metana (SNG) v plinovodna distribucijska omrežja. Za njuno proizvodnjo bomo uporabili odpadno biomaso, ki sedaj gnije ali se sežiga. BM in SNG se bosta vtiskovala pretežno v distribucijsko ali po potrebi v prenosno omrežje obstoječih plinovodov. V plinskem omrežju bomo torej imeli podobno mešanico, kot jo imamo v omrežju elektrike. Podobnost z elektrodistribucijskim sistemom, v katerem se pretaka elektrika iz različnih virov je popolna. Temu bodo sledili tudi vsi potrebni ukrepi regulatorja omrežja, da bodo uporabniki lahko ustrezno izbirali vrsto in dobavitelja plina. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 20
Primerjava z električnim omrežjem Podobnost z elektrodistribucijskim sistemom je popolna. V električnem omrežju se pretaka sočasno elektrika iz različnih virov: TE, JE, HE, FNE, VE, GE in uporabnik se lahko naroči na elektriko iz OVE zeleno elektriko, ali pa uporablja umazano iz fosilnih goriv. Podobno bo v plinovodnem sistemu. Dobavitelji bodo lahko dobavljali naravni plin, bio-plin ali sintezni plin. Zadnja dva bosta iz OVE in okolju neškodljiva. Delež enega ali drugega se bo spreminjal s časom in krajem, enako tudi cena. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 21
Posledice hibridizacije sistemov Posledice hibridizacije sistemov pomeni da bo: sistem z oskrbo s plinom organiziran na podoben način kot je distribucija elektrike. ker bo SNG nadomeščal uvoženi plin, ki sodi pod pravila o skupnem trgu, bo regulator distribucijskega sistema moral urejati tržne razmere na poseben način, plin iz OVE imel prednost pri uporabi zanj, zaradi višje proizvodne cene in okoljske nevtralnosti ne bodo mogle biti uveljavljene klasične tržne cene (vsaj ne v prvi fazi) zaradi političnih odločitev o zmanjšanju emisij TGP ekonomske zakonitosti prostega trga s plinom ne bo mogoče uveljaviti 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 22
Potrebni nadaljnji koraki pri uvajanju hibridizacije sistemov Javna agencija za energijo mora podati pogoje obratovanja mešanih hibridnih plinovodov Regulator trga mora zagotoviti enakopravnost dobaviteljev NG, BM ali SNG do dostopa v plinsko mrežo Regulator trga mora zagotoviti upoštevanje okoljskih vidikov pri izbiri dobavitelja plina s strani končnih uporabnikov, Pospešeno je potrebno usklajevati EU zakonodajo o prostem pretoku blaga in storitev z zahtevami krožnega gospodarstva in podnebnih sprememb. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 23
Ali je to realno? V povprečju se je leta 2013 proizvedlo nad 0,8 milijard m 3 /leto BM v 14 članicah EU in to v več kot 230 tih izboljšanih bio-plinarnah Pripravljen je evropski kažipot za uporabo biometana (http://european-biogas.eu/ ) Po predvidevanjih v njem se v Evropi lahko proizvede v letu 2030 med 18-20 milijard m 3 bioplina, kar odgovarja 3% sedaj porabljenega naravnega plina v EU. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 24
Koliko plina je mogoče pridobiti? Po ocenah je v EU mogoče doseči naslednje količine:proizvodnjo bioplina in bio-metana Leto Bioplin Mm3/a Od tega bio-metan v Mm3/a 2010 11.780 300 2020 17.750 6.500 2030 30.300 18.000 Za Slovenijo uradna ocena ni znana, saj je tudi usoda sedanjih bioplinarn na kocki. ove, predvsem za sintezni metan, pa se bodo gradile verjetno po sprejetju EKS 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 25
Kroženje ogljika z uporabo biomase v sonaravnem energetskem sistemu popolna usklajenost s konceptom krožnega gospodarstva Če k temu dodamo še solarni vodik iz FNE, VE ali HE dobimo sistem za kemično hranjenje sončne energije ali moč za plin (power to gas), pravilno: power to fuel, saj imamo poleg metana tudi tekoča goriva (metanol etanol, sin-dizel, dimetil eter) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 26
Uporaba BM v članicah EU Proizvedeni bio-metan (BM) se je vtiskal v lokalne plinovodne mreže in/ali se je porabil za proizvodnjo elektrike. Dovajanje v plinsko omrežje se prakticira v 11 članicah EU (AT, CH, DE, DK, FI. FR, LX, NL, NO, SE, UK), Za vozila se BM uporablja (čist ali z dodajanjem naravnemu plinu) v 12 članicah EU: AT, CH, DE, DK, FI, FR, HU, IS, IT, NL, SE, UK). BM se uporablja tudi za gretje: neposredno ali pa kot mešanica z naravnim plinom. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 27
Število in moč bioplinarn v EU 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 28
Bioplinarne v članicah EU? V Sloveniji nismo zadnji, toda po zadnjih ukrepih DUTB bomo lahko kmalu. Rast: okoli 3000 več kot leta 2012 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 29
Koliko bioplinarn v EU proizvaja BM? Vidimo, da je število naprav relativno majhno, toda količina plina ni zanemarljiva. Slovenije žal še ni med njimi. V letu 2013 se ga je v EU več kot 10% že porabilo v prometu. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 30
OSKRBA Z BIOMETANOM V NEMČIJI V Nemčiji poteka hibridizacija plinovodov že vrsto let. Količina bio-metana je dosegla v letu 2014 že 638 Mm 3. To je skoraj 77% slovenske porabe plina. 10 6 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 31
Pretekla, sedanja in bodoča raba biomase v EU po namenu Vir: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/2014_biomass_state_of_play_.pdf 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 32
Pretekla, sedanja in bodoča raba biomase v EU po izvoru 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 33
Kakšen je resnično zmanjšanje emisij TGP pri uporabi BM? 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 34
Možno zmanjšanje emisij TGP z uporabo biomase vpliv tehnologije in oddaljenosti VIR: Biomass 2014 state and play (EU report https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/2014_biomass_state_of_play_.pdf 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 35
Poročilu Komisije Svetu in Evropskemu parlamentu o trajnostnih zahtevah glede uporabe trdnih in plinastih virov biomase v elektroenergetiki, ogrevanju in hlajenju - emisije VIR: http://eur-lex.europa.eu/legal content/sl/txt/pdf/?uri=celex:52010dc0011&from=en COM(2010) 11 final SEC(2010) 65 final 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 36
Kakšne so tehnološke možnosti? -1 Proizvodnja bio-metana Dobro je poznana proizvodnjo bioplina, ki je mešanica biometana CH 4 (65-70%) in CO 2 (30-35%) ter manjše količine ostalih plinov. Nastaja pri anaerobni presnovi organskih snovi in vrste odpadkov. To je znana in uveljavljena tehnologija, ki je s tunelsko rešitvijo postala tudi investicijsko in obratovalno ugodnejša. Po odstranitvi primesi je biometan enak naravnemu plinu in ga lahko uporabljamo v široki rabi (obstoječa infrastruktura) in seveda v transportu v obliki stisnjenega (CNG)ali utekočinjenega plina (LNG). 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 37
Kakšne so tehnološke možnosti? -2 Proizvodnja sintetičnega metana sintetični plin (SNG -Bio Synthetic Natural Gas) pa pridobivamo z uplinjanjem ligninsko - celuloznih materialov (odpadni les, suha trava, biološki ostanki v gozdu in na poljih). Številni projekti za optimizacijo procesov potekajo v okviru Bio- SNG demonstracijskih projektov (n.pr. VERBIO straw project). Procesi s tehnologijo anaerobno presnovo se zaradi svoje uveljavljenosti običajno uvrščajo v procese prve generacije biogoriv. Omejitve: Dokler se biološki material za proizvodnjo BM in SNG ne pridobiva na površinah, namenjenih za proizvodnjo hrane, ali zmanjšuje naravno biodiverziteto, je tako pridobivanja plina sonaravno, saj ne konkurira pridobivanju hrane. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 38
Količina ogljika v biomasi in predelava v biometan s pomočjo vodika iz elektrolize vode kurilnost Iz diagrama se vidi, kako se spreminjajo kemična sestava, vsebnost hlapnih snovi in kurilnost. V biomasi je praktično 50% ogljika, ki ga z dodatkom H 2 lahko spremenimo v metan CH 4 bolje, kot v primeru anaerobnega presnavljanja ali termičnega uplinjanja. Vir: Recknagel/Sprenger/Schramek/Ćeperković: Grejanje i klimatizacije 2002 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 39
Možen pristop pretvarjanja biomase v gorivo CO 2 + 4 H 2 = CH 4 + 2 H 2 0 Zaradi velike porabe vodika ta proces ni optimalen. Za vsak kg CH 4 moramo dodajati,2,25 kg vode, poleg 2,25kg, ki kroži v sistemu. Dobimo pa 4 kg kisika. Koncept za proizvodnjo bio-metana z oplemenitenjem biomase s solarnim vodikom je v končnem razvoju. Njegova praktična uporaba je omejena izključno s trenutno ceno naravnega plina. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 40
Posebne zahteve za BM in SNG: čiščenje plina Vir: Biomethane Regions, Kmetijski institut, Ljubljana 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 41
Stroški proizvodnje SNG s solarnim vodikom Sedanji stroški za proizvodnjo bio-metana so med 53 63 /MWh Hs za bio-metane iz anaerobnega presnavljanja - digestije - AD; za SNG nad 65-83 /MWh Hs in še nekoliko višji za bio-metan iz procesa Power to Gas. V zadnjem primeru visoki stroški za elektrolizerje (med 800 in 1500 /kw ) znatno prispevajo k visokim stroškom proizvodnje. Pod sedanjimi ekonomskimi pogoji (cena naravnega plina je okoli 24 /MWh Hs ) lahko ti sintetični plini konkurirajo naravnemu plinu le z ustreznimi podpornimi mehanizmi, ki upoštevajo okoljske in socialne komponente ter možnosti kemičnega shranjevanja OVE. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 42
Prednosti shranjevanja OVE v sintetičnem naravnem plinu Potrebe po shranjevanju energije bodo naraščale z naraščanjem deleža nestacionarnih OVE. Omrežje naravnega plina in sedanja skladišča za naravni plin nudi jo zanimivo rešitev za shranjevanje SNG in s tem tudi OVE 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 43
Standardizacija goriva: SNG Kakovost vsakega goriva v široki rabi, še posebej pa za motorna vozila, mora biti standardizirano. Metan je glavna sestavina naravnega plina in ima visoko metansko število (MN). MN število čistega metana je 100, MN vodika je 0. Območje MN števila v plinskih mrežah EU je tipično med 65 and 75. Sedanji mednarodni standard za CNG (stisnjen NP) izdan v letu 2006, ISO 15403 Natural gas Natural gas for use as a compressed fuel for vehicles, je pomanjkljiv v kvalitativnih določbah. Zato je bila oblikovana delovna skupina CEN/TC 408, ki naj zajame oboje: naravni plin, SNG, bio metan kot gorivo in kot plin za dodajanje v plinovodno omrežje. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 44
Parametri za standardizacijo kakovosti SNG, ki so v razpravi za novi standard so: Metansko število > 65 (po modelu MWM) Celotno žveplo < 20mg/Nm 3 (brez odišavljenja) Odišavljenje je v domeni nacionalnih odločitev. H 2 S + COS < 5mg/Nm 3 Merkaptan < 6mg/Nm 3 Ogljikov dioksid preko meja: 2.5% v notranjosti: 4% Rosišče vode: -8 C pri 70 bar Rosišče ogljikovodikov: 3 C 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 45
Sintezni plin v Sloveniji Po naši oceni, na osnovi predpostavke, da bomo stabilizirali rabo končne energije na 190 PJ/leto in da bomo uveljavili URE in OVE v skladu z osnutkom EKS, potem bomo potrebovali, na osnovi preliminarnih energijskih bilanc okoli: 50 PJ v SNG, 15 PJ v naravnem plinu, 64 PJ v elektriki iz OVE in 61 PJ toplote: okolja, sonca, geotermalno in lesno biomaso. Razpoložljiva energija sonca v Sloveniji je 84.120 PJ/leto. Okoli 8% od tega se uporabi za rast biomase ali 6.730 PJ/leto. Pri povprečni učinkovitosti asimilacije 0,03 je v biomasi Slovenije letno shranjeno okoli 200 PJ/leto. Rabimo pa 190 PJ/leto KE ali 0,22% od vsega sončnega obsevanja, ali 95 % letnega prirasta vse biomase. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 46
Razpoložljiva biomasa in odpadki v Sloveniji V tabeli je podana bilanca organskih snovi po metodologiji Inštituta za gozdarstvo Slovenije. Celotna razpoložljiva odpadna biomasa je ocenjena na (suha substanca): Odpadki v gozdu: 1,400.000 m 3 /a ali ~1 050 kt/a Negozdna zemljišča: 300.000 m 3 /a ali ~180 kt/a Lesni odpadki: 510 kt/a (suhega lesa) Žetveni ostanki: 9.135 TJ/a ali 589 kt/a Ostali kmetijski ostanki: 193.000 m 3 /a ali 135 kt/a ostanki v sadovnjakih: 33 kt/a skupaj 2 497 kt/a Po tej bilanci nam torej manjka še 1250 kt biomase z najmanj 50% ogljika, da bi dobili potrebno količino ogljika, ki bi ga lahko uporabili za potrebno proizvodnjo biometana in biometanola. Koliko pa je še drugih organskih odpadkov, ki bi jih lahko uporabili v te namene? 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 47
Kaj pa ostali odpadki neprimerni za reciklažo Da bi zadovoljili naše potrebe in pri tem zmanjšali odlaganje organskih odpadkov na nič, bi lahko uporabili tudi naslednje razpoložljive odpadke, ki so deloma obnovljivi, deloma pa tudi ne: odpadna olja ~ 20 kt/a org. odpadki iz kuh. ~ 29 kt/a komunalno blato ~20 kt/a industr. org. odp. ~2000 kt/a??? (podatek ni preverjen) org. embalaža ~200 kt/a gume ~ 18 kt/a??? Skupaj: 287 kt/a + 2000?? Vir: Arso in drugi Po oceni gozdarske stroke je zaloga organskega ogljika v nadzemni in podzemni biomasi v Sloveniji 110 Mt C. Letno ga potrebujemo za krožno gospodarstvo v energetiki pa le ~1,7 Mt. Vprašanje : ali lahko del tega ogljika vključimo v naš proces in pod kakšnimi pogoji, da ne porušimo naravnega ravnotežja? 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 48
Sonaravni energetski sistem in Slovenija - možna energijska bilanca Porazdelitev, ki se pričakuje (ocena P. Novak): za industrijo* 75 PJ/a sedaj 53,5 PJ/a 21,5 PJ več za promet 80 PJ/a sedaj 87,2 PJ/a 7,2 PJ manj za široko rabo 35 PJ/a sedaj 66,1 PJ/a 31,1 PJ manj Od tega je danes v bilanci ~30 PJ/a iz OVE (skupaj s HE). Torej moramo pokriti dodatnih 160 PJ z izgradnjo novih naprav iz razpoložljivih OVE, če želimo biti 2055 v Sloveniji energijsko neodvisni, ali 145 PJ, če ohranimo uvoz naravnega plina v višini 15 PJ * zaradi zmanjšanja števila delovno sposobnega prebivalstva do leta 2055 za okoli 40%, se predvideva večja robotizacija v industriji 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 49
Bilanca končne energije v fizikalnih veličinah* Potrebna elektrika v celoti 2055: 37,56 TWh/a Potreben sintezni metanol: 1,260.000 ton/a Potreben sintezni metan: 766.080 ton/a Potrebna lesna biomasa za široko rabo: 656.000 t/a Potrebna biomasa za sintezni metanol: 945.000 t/a in 50.400 t/a H 2 iz hidrolize vode z elektriko iz OVE Potrebna biomasa za sintezni metan:1,149.120 t/a in 61.286,5 t/a H 2 iz hidrolize vode z elektriko iz OVE Potrebna biomasa za sintezo skupaj: 2,094.120 t/a (2,750.120 t/a) Potreben vodik za sintezo skupaj: 111.686,5 t/a H 2 15% uvoza: 377 mio m 3 plina in 351.000 t naftnih derivatov * Izračun za 200 PJ KE 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 50
Kako pokriti predlagano razdelitev iz OVE? Široka raba 35 PJ 1. Zmanjšanje v široki rabi za - 31,6 PJ/a: 20 PJ/a prihranek z izolacijo stavb (min. ~30% od sedanje rabe) 11,6 PJ/a pokrijemo z uporabo novih toplotnih črpalk (pri grelnem številu 4, rabimo max 2,9 PJ ali 806 GWh/a elektrike iz OVE (671,7 MW FNE ali ~5,4 km 2 površine za njihovo namestitev ali z elektriko iz novih HE 230 MW pri 3500h/a). 2. Ostalih 35 PJ/a pa se lahko pokriva z: 10 PJ/a toplote s SSE (4,0 mio m 2 novih SSE, ~ 4 km 2 ); 15 PJ/a elektrike z FNE (3.472 MW ali ~27,8 km 2 površine za njihovo namestitev) 10 PJ/a z bio plinom,kogeneracijo z biomaso in biomaso za gretje (~ 60 mio m 3 bioplina, 498.000 t/a lesa za 500GWh e + 1500GWh t v kogeneraciji in 158.000 t/a lesa za kurjavo, skupaj 656.000 t/a 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 51
Kako pokriti potrebe z OVE? 3. Promet 80 PJ/a: 1. Potreben prihranek -7,2 PJ/a bo dosežen z novimi bolj učinkovitimi vozili 2. Ostalih 80 PJ/a pa se bo pokrivalo: 15 PJ/a = ~ 4167 GWh/a z elektriko (veter, sonce, HE), 20 PJ/a -502 mio m 3 s sinteznim plinom metanom 30 PJ/a, - 1,26 mio t/a) s sinteznim metanolom ter 15 PJ/a s klasičnimi fosilnimi gorivi (bencin, dizel ~351.000 t/a ) 4. Industrija 75 PJ/a 1. Predvideno povečanje 21,5 PJ se pokrije z elektriko iz OVE 2. 53,5 PJ/a se pokriva z: 15 PJ fosilnega plina (377 mio m 3 /a) 3,5 PJ z SSE (solarno toploto, 1,4 mio m 2 SSE, -1,4 km 2 ) 20 PJ/a s sinteznim plinom iz poljske biomase (~502 mio m 3 /a) 15 PJ/a z geotermalno elektriko (4.167 GWh/a, ~ 500 MW)) 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 52
Sonaravni energetski sistem v Sloveniji - potrebne in razpoložljive površine Zazidane površine obsegajo v Sloveniji 571 km 2, ceste 212 km 2 in železnica 21 km 2. Rabimo 76,54 km 2. Torej nam površin za gradnjo FNE, ne da bi uporabili nove površine na terenu, ne bo primanjkovalo. Ključna pa je izgradnja akumulacij in tehnologij za kemično akumulacijo sončne energije (vodik za metan in metanol) in naprav za vzdrževanje stabilnosti mreže (večje elektrarne na plin ali vodno akumulacijo. V bilanci nam manjka nekaj biomase. Ker ni znana količina odpadne biomase iz polj, ki nastane pri pridelavi hrane, je tu bilanco potrebno zaključiti kasneje. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 53
Zaključek Slovenija je pred sprejetjem EKS v katerem bo morala opredeliti tudi odnos do uporabe organskih odpadkov in biomase. Prehod na OVE bo dolg in ekonomsko boleč. Okolje ima svojo vrednost, ki jo bomo morali oceniti in stroške za sanacijo pokriti. Slovenski plinovodi se morajo pripraviti na vrsto novih dobaviteljev lokalno proizvedenega plina in po metodi neto meritev sprejeti v svoje cevi tudi plin iz malih plinarn. Zaradi tega je potrebno dovolj zgodaj urediti vse pravne podlage, da ne bo težav pri proizvodnji, transportu in prodaji domačega plina. 10. 03. 2016 XIX SDDE, 2016 P. Novak: EKS in plin 54