Технологии будущего: производство газа из электроэнергии

Производство электроэнергии из природного газа – сегодня самый распространенный способ генерации электричества. А как насчёт обратного процесса? Зачем преобразовывают электроэнергию в газ – разбирался «Переток».

Технологии будущего: производство газа из электроэнергии

Источник: www.planetsave.com

Газ страхует ВИЭ

Power to gas (производство газа) – это один из способов хранения электроэнергии, генерируемой возобновляемыми источниками – солнечными и ветровыми электростанциями. «Зелёные» станции вырабатывают электроэнергию, когда есть природные условия, – светит солнце или дует ветер. И если ВИЭ в энергобалансе становится много, может возникать ситуация избыточной выработки, которую надо или балансировать, или накапливать. При этом на данный момент в мире не существует аккумуляторов, способных эффективно и экономично запасать сотни мегаватт мощности.

«Интерес к технологии преобразования электроэнергии в газ обусловлен неравномерностью графика выработки на ветровых и солнечных электростанциях. Обеспечение надёжности электроснабжения становится проблематичным, когда доля таких электростанций в структуре выработки и задействованных мощностей достигает 20%. Подобные значения достигнуты в Дании, Испании и Португалии, планируется рост этой доли в других европейских странах», – рассказал «Перетоку» эксперт-аналитик Департамента исследований ТЭК ИПЕМ Алексей Фаддеев.

Процесс получения синтетического газа из электроэнергии состоит из двух стадий. Сначала используют электролиз: под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород. После этого водород смешивается с диоксидом углерода. И с помощью специального процесса (так называемой реакции Сабатье) смесь газов в присутствии катализатора конвертируется в синтетический метан. «Полученный метан может закачиваться в газовую трубу и транспортироваться непосредственно к потребителю по существующей газопроводной инфраструктуре», – рассказал «Перетоку» проектный менеджер Кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» Илья Киселёв, который курирует направление накопителей энергии и водородных технологий.

Существуют и другие методы преобразования энергии в газ. В обоих случаях электроэнергия также преобразуется в водород. Но в первом водород сразу закачивается в газовую трубу или же направляется потребителю, где может использоваться, например, в топливных элементах для выработки электроэнергии. «Во втором случае полученный водород подмешивается к биогазу, тем самым улучшая его энергетические свойства», – рассказал Илья Киселёв.

Второй способ, например, используется в Германии, где с 2013 года действует завод E-Gas, запущенный компанией Audi. «Завод E-Gas фирмы Audi функционирует в связке с биогазовой станцией и, по сути, служит для обогащения получаемого там биогаза», – сказал «Перетоку» председатель комиссии Общественной палаты по экологии и охране окружающей среды Сергей Чернин.

Солнечный эксперимент

В апреле этого года первую тестовую установку по преобразованию электроэнергии в газ запустили в США. Это совместный проект компании Southern California Gas Company (SoCalGas) и научно-исследовательских лабораторий страны. Установка будет опробована в Калифорнии, так как в этом солнечном штате доля ВИЭ составляет около 33% и продолжит расти. В Калифорнии находятся крупнейшие в мире солнечные электростанции, такие как Topaz и Desert Sunlight, мощностью по 550 МВт каждая. SoCalGas намерена оценить экономическую целесообразность своей газопроводной системы, первые результаты обещают к концу 2015 года.

Американские учёные отмечают, что аккумуляторы – стандартная форма хранения – имеют ограниченный потенциал и короткую продолжительность жизненного цикла. Кроме того, системы на основе электрохимических аккумуляторов не могут обеспечить мощность, достаточную для покрытия пиковых нагрузок национальных энергосистем, говорят эксперты. «Мощность порядка сотен мегаватт могут обеспечить лишь три вида систем: воздушно-аккумулирующие электростанции (ВАЭС), гидроаккумулирующие электростанции и системы Power to gas, P2G. Однако крупные ВАЭС могут быть построены только на базе особых геологических структур – соляных каверн, ГАЭС требуют значительных территорий под водохранилища. Системы P2G лишены этих недостатков», – пояснил Алексей Фаддеев. При этом уже сегодня удельная установленная стоимость возведения комплекса P2G сравнима с аналогичным показателем по ГАЭС (1750 евро на кВт потребляемой мощности против 500–3500 евро на кВт турбинной мощности), добавил он.

Энергоёмко и дорого

Однако у технологии P2G есть минусы, которые пока затрудняют полномасштабное внедрение в энергосистемы мира. Во-первых, электролиз воды – крайне энергоёмкий процесс. «Предлагаемая идея «превращения электроэнергии в газообразный метан» – возможный, но нерентабельный с экономической точки зрения процесс, потому что потери энергии при осуществлении необходимого цикла реакций будут слишком велики», – считает Сергей Чернин.

Коэффициент полезного действия систем P2G довольно низкий: около 75% составляет КПД электролиза, кроме того, предусмотрены стадии синтеза метана и компрессии. «Существуют разработки, предполагающие отказ от компрессии и повышение КПД синтеза метана, но они пока не готовы к промышленному использованию. В целом КПД цикла электроэнергия – метан – электроэнергия оценивается в 35–42%. Есть возможность обойтись без стадии синтеза метана, направляя водород непосредственно в сеть газоснабжения с повышением КПД цикла до 62%, но содержание водорода в сетевом газе не должно превышать 15%», – говорит Алексей Фаддеев.

По его данным, с учётом того, что цена электроэнергии от солнечных электростанций и новых ветровых электростанций в Германии составляет около 9 евроцентов за кВт∙ч, себестоимость электроэнергии, выработанной на газовой ТЭС из синтезированного газа, составит не менее 25 евроцентов за кВт∙ч, а с учётом постоянных затрат и возврата инвестиций – до 50, что в 12 раз выше оптовых цен на электроэнергию. «Оценки показывают, что технология P2G убыточна в конкурентной среде как Дании, так и Германии», – сказал А. Фаддеев.

Так что эксперты предрекают коммерческое использование данной технологии лишь после 2020 года. «Считается, что промышленное применение P2G станет возможным только к середине 2030-х годов, а до тех пор целесообразнее покрывать пиковые нагрузки энергосистем за счёт ГЭС, ГАЭС и манёвренных ТЭС», – говорит Алексей Фаддеев.


С ним согласен Илья Киселёв: «Массовое использование таких систем ожидается в 2020–2030-х годах».


Автор: Анна Милина

06 мая 2015 в 13:26

ВИЭ, Газ, технологии, ТЭС, солнечные электростанции, электроэнергия стоимость, возобновляемые источники энергии, биогаз, солнечная энергия, источники энергии

Другие пользователи читают

Ядерная неэффективность

Bloomberg New Energy Finance представил масштабное исследование, в ходе которого выяснилось, что более половины америк...

Сегодня в 14:13
АЭС vs ПГУ: конкурентные перспективы в России до 2040 года

В настоящее время заканчиваются вводы генерирующих мощностей по договорам на поставку мощности (ДПМ). Массовый ввод ...

16 июня 2017 в 11:40
Евгений Мирошниченко: «Финансовый рынок позитивно смотрит на российскую энергетику»

Прошлый год оказался успешным для компаний-электрогенераторов, в особенности – для Группы «Интер РАО», ставшей лидером капитализации...

01 июня 2017 в 12:55
Энергетики обзаводятся «мозгами»

Российские энергетики всерьёз заинтересовались новым для себя направлением – созданием центров обработки данных (ЦОД)....

13 июня 2017 в 03:03