Połączenie biomasy i wodoru - niezawodne źródło zielonej energii
Pomimo czystości wytwarzanej energii, elektrownie wiatrowe i słoneczne nie działają stale z taką samą wydajnością, dlatego nie mogą stanowić jedynej alternatywy dla paliw kopalnych. Równoważenie podaży energii elektrycznej z popytem wymaga magazynowania energii i łatwych do uruchomienia generatorów - zwykle wykorzystywane są w tym celu generatory zasilane gazem ziemnym. „Turbiny gazowe odgrywają ważną rolę w niezawodnym dostarczaniu energii elektrycznej i cieplnej, ale w miarę stawiania przez Europę na rozwój czystszych źródeł energii, turbiny te muszą zostać przystosowane do spalania nowych paliw, takich jak gazy odnawialne i wodór”, wyjaśnia Susanne Paulrud, koordynatorka projektu Bio-FlexGen(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Aby zaspokoić tę potrzebę, zespół projektu Bio-FlexGen skupił się na rozwoju odnawialnych elektrociepłowni, które spalają biomasę w celu wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. W ramach projektu powstały podstawowe komponenty dla technologii górnego cyklu biomasy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), czyli bardziej zaawansowanego i wydajnego systemu, w którym biomasa jest w pierwszej kolejności podgrzewana pod ciśnieniem w celu wytworzenia syngazu - mieszaniny wodoru, tlenku węgla i innych gazów. Syngaz jest następnie spalany w celu napędzania turbiny gazowej (co stanowi górny cykl), a gorące spaliny są następnie wykorzystywane do napędzania turbiny parowej w dolnym cyklu. Operatorzy mogą dostosować ustawienia instalacji, aby zmaksymalizować wytwarzanie ciepła, energii elektrycznej lub wodoru, w zależności od potrzeb. „Nasze rozwiązanie równoważy dostawy energii w ujęciu krótko-, jak i długoterminowym, umożliwiając reagowanie na dzienne lub sezonowe zmiany zapotrzebowania”, dodaje Paulrud, starsza badaczka Szwedzkich Instytutów Badawczych RISE(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Nowatorskie podejścia do zielonej energii
Kluczem do sukcesu projektu była elastyczna konstrukcja urządzenia do zgazowania biomasy Bio-FlexGen, uzupełniona o wielopaliwowy zespół komory spalania turbiny. Oparte na technologii hybrydowego złoża fluidalnego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (HFB) rozwiązanie pomaga w rozbijaniu cząstek biomasy i zwiększa wydajność reakcji chemicznych, redukując ilość produktów ubocznych, w tym smoły. Specjalnie zaprojektowany zespół komory spalania turbiny gazowej bezpiecznie i wydajnie przełącza się między spalaniem syngazu i wodoru. Pilotaż potwierdził stabilne i niezawodne działanie tej technologii. „Konwencjonalne elektrociepłownie parowe spalające biomasę koncentrują się głównie na wytwarzaniu ciepła, a produkcja energii elektrycznej stanowi zazwyczaj tylko 25-30 % mocy wyjściowej na jednostkę biomasy. Nasz projekt nie tylko zwiększa ten wskaźnik do ponad 50 %, co obniża koszty i emisje, ale także umożliwia elastyczne reagowanie na zmieniające się zapotrzebowanie na energię”, wyjaśnia Paulrud. Zimą, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest wysokie, a energia wiatrowa i słoneczna jest mniej dostępna, elektrownia wykorzystująca górny cykl biomasy może zapewnić dostawy energii elektrycznej i ciepła. W okresach letnich poza szczytem może przetwarzać nadwyżkę energii w wodór. Zintegrowane turbiny gazowe pozwalają na szybkie zwiększanie mocy, dzięki czemu stanowią czystszą alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych.
Dopasowanie do systemów energetycznych
W celu analizy opłacalności rozwiązania badacze przeprowadzili modelowanie systemu energetycznego, a koncepcja górnego cyklu została zastosowana w dwóch przypadkach użycia - w szwedzkim systemie ciepłowniczym i dwóch hiszpańskich zakładach przemysłowych (zajmujących się przetwórstwem chemicznym i produkcją cementu). „Choć nasza technologia mogła zwiększyć produkcję energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i sprawić, że system energetyczny byłby bardziej elastyczny, koszty inwestycyjne w Szwecji stanowią barierę w obecnych warunkach rynkowych. Natomiast w Hiszpanii wykorzystanie górnego cyklu poprawiło rentowność i zmniejszyło emisję dwutlenku węgla w każdym scenariuszu. Użytkownicy przemysłowi, którzy stale wykorzystują ciepło, wydają się być doskonale przystosowani do wdrożenia tej technologii”, zauważa Paulrud.
Dekarbonizacja i rozwój biogospodarki
Zastąpienie paliw kopalnych odnawialną biomasą i wodorem pomoże Europie w osiągnięciu celów klimatycznych. „Korzyści techniczne przekładają się na czystsze powietrze dla mieszkańców oraz bardziej stabilne i potencjalnie bardziej przystępne cenowo ciepło i energię elektryczną. Powstaną także nowe zielone miejsca pracy, szczególnie w regionach wiejskich i przemysłowych”, mówi Paulrud. Zespół koncentruje się obecnie na rozwoju koncepcji w celu umożliwienia wykorzystania rozwiązania na dużą skalę na rozwijającym się rynku bioenergii w Unii Europejskiej.
