12. 11. 2018
Zdroj: Freepik
Inovácie v energetike zaznamenávame denne. Ak chce plynárenstvo ostať jej dôležitou súčasťou, musí poskytovať odpovede na otázky, ktoré so sebou prináša postupný prechod od technologicky jednoduchšej energetiky, zameranej na spaľovanie fosílnych palív k sofistikovanejšiemu využívaniu obnoviteľných zdrojov. Jedine tak ostane aj pre budúce generácie jasnou voľbou, nielen ako najlepší z nechceného, či prvý z druhej kategórie. Stratou schopnosti inovovať je každé odvetvie odsúdené na zánik a stáva sa nepríťažlivým pri nábore nových zamestnancov.
Prevádzkovať distribučnú sieť efektívne možno len pri optimálnej miere využívania jej potenciálu. Do budúcna je preto najväčšou výzvou zabezpečiť aj naďalej dostatočnú vyťaženosť potrubí, ktorých rozvetvené konce slúžia v primárnej miere na vykurovanie. Zároveň tiež hľadať riešenia, ako byť jasnou voľbou aj pri uspokojovaní ostatných dopytov po energii: v doprave, pri výrobe elektriny, či chladu.
Európski distribútori plynu sa preto zaoberajú tromi okruhmi otázok:
- Ako spraviť zemný plyn atraktívnejším, resp. zachovať jeho atraktivitu aj u nastupujúcej generácie spotrebiteľov energií?
- Ako využiť existujúcu infraštruktúru pre alternatívne zdroje energií?
- Ako benefitovať z trendu digitalizácie a decentralizácie energetiky?
Imidž plynu ako paliva zelenej budúcnosti
Nastupujúcu generáciu spotrebiteľov energií bude v čoraz väčšej miere trápiť obnoviteľnosť ich zdroja, uhlíková stopa od jeho vygenerovania až po použitie. Zemný plyn vyťažený z podzemných vrstiev je a bude atraktívnym vďaka svojej čistote, pretože obsahuje len nepatrné množstvo zdraviu škodlivých a životné prostredie znečisťujúcich látok, či už pri ťažbe, preprave alebo spaľovaní.
Na druhej strane, žiaľ, nemožno úplne bagatelizovať jeho príspevok ku globálnemu otepľovaniu, v dôsledku ktorého sa ľudstvo, celkové živočíšstvo a rastlinstvo na Zemi stávajú z roka na rok zraniteľnejšími. Propagovať zemný plyn ako ekologické nízkoemisné palivo by bolo jednoduchšie po aspoň čiastočnom eliminovaní jeho uhlíkovej stopy. Odstránil by sa tak jediný neduh tohto paliva, čím by sa preň zabezpečila svetlá budúcnosť.
Západné krajiny skúšajú rôzne cesty, ako zemný plyn spraviť uhlíkovo neutrálnym pre klímu. Znamená to uhlík v molekule metánu neťažiť zo zeme, ale nahradiť nadzemným, ktorý sa už v atmosfére nachádza a vyrobiť tzv. Green Gas – „zelený plyn“.
Najrozšírenejším príkladom je výroba biometánu z rastlinných a živočíšnych produktov, či odpadových vôd. Kým na Slovensku tento obnoviteľný zdroj zatiaľ nenašiel adekvátnu podporu, v Nemecku, vo Švédsku, Veľkej Británii, Švajčiarsku, v Holandsku, vo Francúzsku, či v Dánsku je v prevádzke vyše 500 biometánových staníc a mnohé ďalšie sú vo výstavbe [1].
Ďalším typom „zeleného plynu“ je plyn z komunálneho odpadu (alebo Waste-to-Gas) [2], prípadne z biomasy, kde tzv. pyrogazifikáciou dochádza pomocou termochemických procesov k výrobe syntetického plynu bohatého na vodík [3].
Francúzsky Engie (predtým GDF Suez), ktorý sám seba označuje za globálneho lídra v premene energetiky v rámci boja proti klimatickým zmenám, predpokladá v roku 2050 schopnosť pokryť ročnú spotrebu plynu vo Francúzsku výlučne obnoviteľným plynom. Ako naznačuje spoločná štúdia Engie a ADEME [4], biometán by mal v roku 2050 predstavovať len cca 30 % „zelených plynov“, rovnako ako syntetické plyny z prebytočnej a/ alebo lacnej elektriny. Najväčší rozmach sa predpokladá vo výrobe obnoviteľných plynov cestou pyrogazifikácie prevažne drevnej biomasy:
Zdroj: Peter Demeč/Slovgas
Vodíková budúcnosť?
Prerušovaná a nespoľahlivá výroba elektriny zo slnečnej, či veternej energie má veľké predpoklady v blízkej budúcnosti zlacnieť, čo by mohlo generovať jej vysoké objemy. Z rôznych pohľadov sa javí byť jej uskladnenie vo forme vodíka (Power-to-Gas, P2G) najoptimálnejším spôsobom, ako zmeniť jej nepredvídateľnosť na flexibilný obnoviteľný zdroj energie.
Aktuálne prebiehajúca štúdia HYREADY [5] má za cieľ zdokumentovať vplyvy pridávania vodíka k zemnému plynu až do úrovne 30 % na kapacitu potrubí, kalorickú hodnotu zmesi, ale aj straty plynu, priepustnosť potrubí rôznych materiálov, podzemných zásobníkov, regulačných či kompresorových staníc, odolnosť a priepustnosť používaných tesnení, vplyvy na odorizáciu, plynové spotrebiče, meranie únikov, rozsah jet-fire (dopadová zóna v prípade ruptúry potrubia) a iné vplyvy.
Projekt GHRYD vo Francúzsku [6] má za cieľ získať akceptáciu spoločnosti budovaním dôvery odberateľov plynu v ohraničenej oblasti, ktorým je distribuovaná zmes zemného plynu s vodíkom až do úrovne 20 %. Súčasne má projekt za cieľ v reálnych podmienkach potvrdiť, že takáto zmes nemá negatívny vplyv na distribútora, ani odberateľa. Dôraz je kladený na pozitívny vplyv v oblasti znižovania príspevku plynárenstva a spotrebiteľov k emisiám skleníkových plynov. Podobných projektov vzniká v Európe niekoľko, príkladom sú HyDeploy britského National Grid [7], či taliansky projekt Store&Go [8], v ktorom sa vodík vyrobený z OZE metanizuje pomocou CO2 vysatým zo vzduchu (uhlíkovo neutrálne riešenie) a následne sa syntetický metán vtláča do plynárenskej siete.
K čisto vodíkovej energetike sa chcú priblížiť v anglickom Leeds, kde štúdiou h21 Leeds City Gate [9] poukazujú na realizovateľnosť premeny plynárenstva na 100 % vodíkové. Pripomínajú obdobie spred 50 rokov, kedy postupne prechádzali z distribúcie špinavého svietiplynu s vysokým obsahom vodíka (vyše 50 %) na zemný plyn. Vodík navrhujú vyrábať priamo po ťažbe zemného plynu v Severnom mori parným reformovaním (tzv. šedý vodík) podobne, ako je to v prípade chemických a petrochemických závodov. Oddelené oxidy uhlíka chcú zachytávať a uskladňovať vo vyťažených podmorských priestoroch a distribuovať tak iba bezemisný vodík.
Otázne je, nakoľko sa v reálnych podmienkach vyrovnajú s obavami spojenými s niektorými generáciami oceľových plynovodov, ktoré by prechodom na čistý vodík mohli utrpieť škody a mohli mať problém s tesnosťou. Rovnako kapacitné nároky na veľkosť potrubí na distribúciu vodíka budú neporovnateľne väčšie, než pri distribúcii trojnásobne výhrevnejšieho metánu. Z týchto dôvodov sú pri podobnom projekte Liverpool-Manchester Hydrogen Clusters [10] obozretnejší a navrhujú na tzv. šedý vodík pretransformovať iba priemysel a plynovody miestnych sietí napĺňať zmesou metánu s vodíkom maximálne do úrovne 20 %. Tá je všeobecne pokladaná za bezpečnú a spoľahlivú z hľadiska distribútora, či odberateľa a už spomenuté projekty a štúdie si kladú za cieľ bezpečnú úroveň testovať, stanoviť a certifikovať na používanie.
Vodík vyrobený technológiou P2G môže byť využitý aj ako vstup do bioplynovej stanice, ktorá bežne produkuje max. 60 % metánu a zvyšok bioplynu tvorí prevažne CO2. Metanizáciou vodíka prostredníctvom CO2 zložky bioplynu by došlo v takejto bioplynovej stanici k zvýšeniu produkcie metánu, ktorá by de facto predstavovala biometánovú stanicu (produkcia tzv. BioSynGas), napr. francúzsky projekt HyCaBioMe [11]. V červených rámčekoch je možné vidieť synergie a pozitívne externality načrtnutého riešenia:
Zdroj: Peter Demeč/Slovgas
Palivové články ako „Game changer“?
Palivovým článkom (Fuel Cells), ktoré vyrábajú bezemisnú elektrinu obráteným spôsobom, ako vzniká vodík vodnou elektrolýzou z prebytočnej, lacnej elektriny z OZE, sa dlhodobo predpovedá svetlá budúcnosť. Ide o elektrochemické zariadenia, ktoré menia chemickú energiu priamo na elektrickú, bez spaľovania paliva. V typickom palivovom článku je plynné palivo kontinuálne privádzané k anóde (záporná elektróda) a oxidovadlo (napr. vzdušný kyslík) ku katóde. Elektrochemická reakcia prebieha na elektródach a produktom reakcie je elektrický prúd. Emisiami sú voda a teplo.
Masovejšiemu rozmachu palivových článkov však bráni komplikovaná distribúcia vodíka, preto mnohé projekty majú za cieľ preukázať využitie plynárenskej infraštruktúry, ktorá by palivové články plnila zemným plynom. Príkladom je projekt ene.field [12], ktorý na vzorke 1 100 rodinných domov v 11 krajinách Európy po dvojročnej prevádzke preukázal spoľahlivosť domácej výroby elektriny a tepla zo zemného plynu v minikogenerácii pomocou palivového článku (obr. 3). Jedným z benefitov pre spotrebiteľa by tak bola aj možnosť nabíjania elektromobilu zo zemného plynu.
Zdroj: www.enefield.eu
Problémom, ako sa vyrovnať s rozdielnou kvalitou a zložením zemného plynu v európskych krajinách, sa zaoberá projekt Ferret-H2 [13], ktorý vyvíja minireaktor na reforming vodíka z dodávaného zemného plynu. Počíta so zvýšenou premenlivosťou zloženia zemného plynu napríklad postupným pridávaním bio, syntetických metánov, či elektro-vodíka do distribuovaného zemného plynu.
Dôležité bude tiež sledovať vývoj v oblasti tzv. virtuálnych elektrární, ktorých význam bude narastať so zvyšujúcim sa objemom elektriny vygenerovanej lokálnymi decentralizovanými zdrojmi. Pri obojsmernom toku elektriny k, ale aj od spotrebiteľov, by totižto lokálny zdroj výroby elektriny nemusel byť dimenzovaný na špičkový výkon miesta spotreby (napr. rodinný dom), ale postačoval by ďaleko menší, avšak spojený s inými zdrojmi, napríklad susednými rodinnými domami v obci (tzv. smart grid - inteligentná sieť). Aby sieť bola inteligentná, schopná predvídať a pružne reagovať na lokálne zmeny v ponuke a dopyte po energiách, bude nevyhnutná previazanosť a digitalizácia všetkých jej prvkov. Táto oblasť bola tiež predmetom detailného skúmania v projekte ene.field a iných projektov partnerstva Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, podporených európskymi peniazmi.
Autor článku: Ing. Peter Demeč, FCCA
Po štúdiu na Ekonomickej fakulte TU v Košiciach pôsobil v spoločnosti KPMG Slovensko, odkiaľ z pozície senior audítora prestúpil do SPP – distribúcia, a.s., do sekcie riadenia aktív. So svojím tímom aktuálne ako vedúci odboru stratégie a rozvoja aktív postupne zveľaďuje jednotlivé prvky asset manažmentu a s obľubou sa venuje témam integrácie obnoviteľných energií do plynárenskej infraštruktúry.
Pozn. red.: Článok pôvodne vyšiel v októbrovom čísle (5/2018) odborného plynárenského časopisu Slovgas. Článok publikujeme so súhlasom redakcie a autora.
