ENERGISYSTEM 2035 –ENERGILAGRINGENS BETYDNING

2018-08-29Energisystem 2035 - Energilagringens betydning 1

Anders Bavnhøj Hansen, abh@energinet.dkChefingeniørEnerginet Elsystemansvar

DEN INTERNATIONALE RAMME

GCA – Global Climate Action (On Track med EU klimamål)

• Stærkt internationalt, grønt samarbejde og regulering

• Moderate oliepris og meget høj CO2-pris (IEA 450 PPM)

• 50 pct. elektricitet fra vind og sol i Europa i 2040

DG – Distributed Generation (On Track med EU klimamål)

• Udbredte lokale prosumer-løsninger (PV/batterier)

• Høj oliepris (IEA New policies) og høj CO2-pris

• 50 pct. elektricitet fra vind og sol i Europa i 2040

ST – Sustainable Transition (Ikke On Track med EU klimamål)

• Lav olie- og naturgaspris. Moderate CO2-pris (IEA Low oilprice scenario)

2018-03-13Systemperspektiv 2035 2

Tre europæiske ENTSO-E/G-scenarier for 2030/2040 (TYNDP 2018 Scenarier)

0

50

100

150

200

250

2020 ST35 DG35 GCA35 Ref. IEANP35*

DKK2017/GJ Brændselspriser i scenarier

Gasolie +CO2-omk.*Gasolie

Naturgas +CO2-omk.*Naturgas

12% 15% 17% 17% 19% 22%3%

6%8% 7%

10%13%

4%

8%10%

19% 14%

18%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40

Sol (PV)

Havvind

Landvind

15%20% 21% 20% 21% 22%

8%

19%24% 22%

26%32%

6%

10%

11% 17%15%

19%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40

Sol (PV)

Havvind

Landvind

Vind og sol. Andel af elforbrug (DE, UK, NL, DK)Vind og sol. Andel af elforbrug (Europa)

Grøn methanol (i dag)

LCOE offshore vind

MEGET MERE VIND OG SOL PRESSER ELPRISEN

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 3

15%20% 21% 20% 21% 22%

8%

19%24% 22%

26%32%

6%

10%

11% 17%15%

19%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

2020* ST30 ST35 DG35 GCA35 GCA40

Sol (PV)

Havvind

Landvind

Vind og sol. Andel af elforbrug (DE, UK, NL, DK)

DK i 2020

Nordsø-region

0

500

1.000

1.500

1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001

DKK/MWh DK1 elpris varigheds kurver ST 2030 og GCA 2040

GCA Reference ST2030

• Mange 0-pris timer i GCA scenariet

• Markedsværdi af vind og solcelleproduktion modsvarer ikke produktions-omkostninger

GCA 2040 (basecase uden tiltag)

ST 2030

LØSNINGER TIL AT ØGE VÆRDIEN AF VIND/SOL

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 4

0

500

1.000

1.500

1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001

DKK/MWh DK1 elpris varigheds-kurver GCA 2040

Interconnectorer x 2 P2G 50 Euro/MWh afbrud

Batteri lager x 10 GCA Reference

• Kombination af løsninger med batteri, interconnectorer og sektor-kobling kan være vigtig

GCA2040 grundcase

+ Batterier + Power-to-gas

Time (elpris sorteret)

+ Interconnectorer

BATTERIER FALDER MARKANT I PRIS

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 5

Kan batterier løse ”Nordsø GCA” udfordringen ?

BATTERIER GODE TIL TIME-LAGRING - MEN SEKTOR-KOBLING KAN KLARE SÆSON-LAGRING

6

Power system

Gas SystemGas

Storage(NG/SNG)

District Heating SystemHeat storage

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi

0100200300400500600700

Invest.omk.energidel

(DKK/kWh)

Investeringsomkostninger energi-lager delen(obs excl input/output units)Battery

Gas Storage

(H2)

• Batteri-lager meget vigtig for time-balancering - men for dyr til stor skala lagringSektor kobling el-gas-varme vigtigt for adgang til billigt lager

“For all the growth in battery installations that BNEF is forecasting, the total volume of grid-connected batteries by 2030 will be sufficient to meet the world’s power needs for just 7,5 minutes” Michael Liebreich, Bloomberg New Energy Finance, March, 2018

Sectorcoupling

SEKTORKOBLING MED INTERNATIONALT PERSPEKTIV

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 7

DK har styrkepositioner for at integrere Nordsø VE-potentialer i et el,gas,varme system

Det undersøges om dele af en Dogger Banke produktion kunne ilandføres som brint og raffineres i land

FjernvarmeIndtægt ved

varmesalg (FV)

ELKonkurrencedygtige priser

Høj forsyningssikkerhedHøj VE-andel i elsystem (til VE PtX produkter)

Bio/KulstofStyrkepositioner omkring

biomasse/biogas håndtering (kulstof)

GasGas-net og kaverne-

lager faciliteter for VE-gas(H2, Syngas, Methan)

Danske Styrkepositioner for sektorkobling

SIMULATION OF SYSTEM

8

Eltransmissionsnet (over 100 kV)

Water Shift

Power-to-gas

VE-brændstof

katalyse

Højtemp.

Bio-2-gas (termisk)

H2

Træflis

(NH3

etc.)

Træaffald

Gylle

Bioaffald

Halm

Gas net (NG/SNG)

Biogas enhedAnaerob

Gasmotor

Power-to-gas

MeOH katalyse

Centralt energiværk (3 )

C-N-P-K

Decentralt energiværk (2)

Biogas

O2

O2

Solceller,storskala

Stor industri/service prosumer

Lille prosumer bolig el. service

Solcelle Solcelle Elbil

Varme-pumpeBatteri

Varme-pumpe

GaskedelETES

LNG

LNG

G2L

LNG plant

Vind onshore

Gas/Power-to-Liquid

Varme

Mindre decentralt værk (1)

Varme-pumpe

KV motor

Gaskedel

Vind offshore

H2

SNG katalyse

H2

Syngas

Syngas

D,NL,UK,N,S

D, S, N, PL

H2

Gaslagre

Gas turbine + Gas kedel

Damp-turbine

FjernvarmeVarme-lager

Varme

2018-03-21Systemperspective 2035

STORE OG SMÅ PROSUMERE I MODELLERING (REDUCERET)

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 9

Energy plantssimulated in grid areas

Centralt energiværk med power-to-gas

Decentralt biogas/energiværk

Med power-to-gas

Mindre KV-værk med VP

Industri Prosumermed VP

Privat Prosumer

PV-batteri

Gas forbrug til LNG

mv.

LAGERKAPACITET OG BALANCERING VIA UDLAND

Energilagring i kombination med offshore energi

-2.500

-1.500

-500

500

1.500

2.500

-15.000

-10.000

-5.000

0

5.000

10.000

14

88

97

51

46

21

94

92

43

62

92

33

41

03

89

74

38

44

87

15

35

85

84

56

33

26

81

97

30

67

79

38

28

0

Accumulated(GWh)

Electric power (MW)

Hour

El-udveksling udland GCA 2035

Total exchange (MW) Accum. Exchange (GWh)

-2.500

-1.500

-500

500

1.500

2.500

-15.000

-10.000

-5.000

0

5.000

10.000

15.000

144

087

91

318

17

572

196

26

353

074

35

133

952

43

914

830

52

695

708

61

476

586

70

257

464

79

038

342

Accumulated(GWh)

Electric power (MW)

Time

El udveksling udland GCA 2050

Total exchange (MW) Accum. Exchange (GWh)

Gas storages (electric inputfor Power-to-gas)

Interconnectors typical utilisation case 2035

2,7 TWh yearly accumulated

( 200 mio Teslawalls)

Potential Small H2 cavern

Indiv.HP

Potential longer term heat storages

A potential large cavern

with H2

EV

Prosumer batteries

DHsystem

Capacity (Energy) case 2035

2018-05-17 10

• Varme og gas/fuel lager til sæsonvarion

• Batterier STOR effekt til timebalancering

SAMMENFATNING

• EU’s målsætning for reduktion af klimagasser er meget ambitiøs

• Vindkraft ressourcer i Nordsø-regionen er meget centrale i at realisere denne målsætning

• På lang sigt kan integration af de store mængder vind/sol i Nordsøregionen være en udfordring

• En kombination af stærk infrastruktur, korttidslager (batteri) og sektorkobling til varme, gas, fuel vigtigt i forhold til at balancere de store vindkraft-ressourcer

• Danmark har en række styrkepositioner for at ”raffinere” noget af Nordsø-vindkraften til højværdiprodukter via PtG/PtX(herunder lave elpriser, høj VE-andel, fjernvarme-net, gas-system)

• Behov for F&I indsatser på en række områder for at realisere PtG/PtXløsningernes store lagerpotentialer

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 11

Tak for opmærksomheden

GCA 2035 – SIMULATED ANNUAL ENERGY FLOW

Energisystem 2035 - Energilagringens betydning

13

District heating and block heating

Wind-power

Natural Gas

Fossil Oil

Coal

Power System

Liquid fuels fossil/RE (Gasoline, Diesel, Methanol, DME etc.)

ThermalGasification

AnaerobGasification

Eksport electricity

El-proceslight, it, cool.

Process-heat

Building heating

Road transport

RailwayTransport

Maritime

Aviation

Gas Storage

Heat Pump

Boiler

EV/PHEV

ICE/FC

FuelStorage

Importelectricity

Gas-systemer (metan/syntesegas/H2)

Power-to-Gas

Large Heat Pumps

GasCHP

Solar (PV)

HT-Heat P

Bio, waste etc.

BioCHP/boiler

Gas-katalysis etc.

Methanisation

DRIFT AF EKSEMPEL PÅ STOR PROSUMER

2018-05-17Energilagring i kombination med offshore energi 14

Water Shift

Power-to-gas

RE-fuelkatalysis

Højtemp.

Bio-2-gas (thermal)

H2

Wood chips

Large Energyplant (3 )

O2

O2

Solar (PV)Large Scale

Windpoweronshore

Windpoweroffshore

H2

Syngas

Syngas

Gas turbine + Gas boiler

Steam-turbine

Power System

Gas grid (NG/SNG)

Gas storage

District- and block heatHeat Storage

RE-fuel market

-1600

0

1600

3200

4800

6400

8000

-200

0

200

400

600

800

1000

27/4 28/4 29/4 30/4 1/5 2/5 3/5 4/5

Price (EUR/MWh)

Power(MW)

Simulated operation of plant

150 MW solar park (PV) 850 MW offshore wind farm

140/140 MW energy plant (type 3) DK1 electricity price (EUR/MWh)

Elpris

Effekt