What will determine if power to gas will be an important technology in the energy transition over the next years? One can look at the development of a technology as a process that takes place in a technological innovation system (TIS). The TIS includes all actors and institutions that are involved in the development, diffusion and utilization of a technology. For a technology todevelop successfully the TIS should fulfil several functions. For power to gas technology several pilot projects are realized, studies are carried out and funds are available both for projects as for research. The functions called entrepreneurial activities, knowledge development, knowledge exchange and resource mobilization are all met. The function that faces the most problems iscalled market formation. There is not yet a regulatory framework for power to gas. Investors in power to gas also need to be rewarded for the benefits that they realize such as the avoided capital cost of extra infrastructure, the enabling of maximum utilization of renewable electricity and the increase in renewable content of the gas networks. Policy directed at market formation is therefor recommended.
DOCUMENT
In het kader van het FLEX P2G project zijn prototypes van een 50 KW PEMWE electrolyser en van een SEM reactor ontwikkeld. Met behulp van deze Power to Gas (P2G) technologie kan door middel van elektrolyse eerst waterstof en vervolgens ‐ na een reactie met CO2‐ methaan worden geproduceerd. Dit onderzoek richt zich op het inzichtelijk maken en identificeren van (niche)markten en het ontwikkelen van business cases voor deze technologie. Hiertoe worden alle kosten en baten van de technologie geïnventariseerd en voor zover mogelijk gemonetariseerd.Er zijn vier mogelijke modellen voor de toepassing van P2G technologie onderzocht. Deze vier modellen kennen elk meerdere varianten. In het dedicated model wordt de elektriciteitsproductie van een PV‐installatie en/of een windturbine volledig benut voor P2G. Het methaan wordt verkochtaan derden. In het Gas voor eigen gebruik model wordt de elektriciteitsproductie van een PVinstallatie of een windturbine ook volledig benut voor P2G. In dit model wordt het geproduceerde methaan door het huishouden of door de onderneming zelf gebruikt om zodoende te besparen op de eigen gasrekening. In het windpark Fryslan model wordt de elektriciteitsproductie van het windparkgeheel of gedeeltelijk benut voor P2G. De belasting van het hoogspanningsnetwerk kan daardoor worden verminderd waardoor investeringen in het verzwaren van dit netwerk kunnen worden vermeden. In het flexibiliteitsmarkt model wordt een P2G‐installatie gebruikt om bij te dragen aanhet balanceren van het elektriciteitsnet. De P2G‐installatie neemt elektriciteit af op momenten van overschotten op het net en wordt daarvoor beloond.Voor de vier modellen en hun varianten is een kosten‐baten analyse opgesteld. De belangrijkste kosten worden veroorzaakt door de investeringen, het onderhoud, de elektriciteit en de CO2. De belangrijkste opbrengsten bestaan uit de opbrengst van methaan, warmte, zuurstof en eventueel uit de vermeden investeringen in de uitbreiding van het hoogspanningsnet.Het FLEX P2G project heeft als doel om een gecombineerde electrolyser en SEM reactor te ontwikkelen met een kostprijs (CAPEX) van € 1.500 per kWe. De jaarlijkse onderhoudskosten worden gesteld op 5% van de gedane investering.Voor de kosten van elektriciteit wordt uitgegaan van de verwachte ontwikkeling van de day ahead prijs op de APX energiebeurs. Verwacht wordt dat de prijs zich zal ontwikkelen van € 0,025 in 2018 tot € 0,060 in 2032. Aangenomen wordt dat indien de exploitant van een PV‐installatie of windturbine in aanmerking komt voor SDE+ subsidie dat deze regeling van kracht blijft ook als deelektriciteit wordt geleverd aan een P2G installatie.De kosten van CO2 zijn sterk afhankelijk van de schaalgrootte van het project. Bij een kleinschalig project moet de CO2 in pakketten cilinders worden aangeschaft voor circa € 1.000 per ton CO2. Indien er kan worden gekozen voor vervoer per tanktruck en opslag in een tank zijn de kosten van CO2 € 38 ‐ € 58 per ton. Wanneer er sprake is van grootschalig gebruik of als er een CO2‐distributienet in de directe omgeving is kan de CO2 worden afgenomen via een pijpleiding. Deze kosten zijn sterk situatie specifiek.De opbrengst van methaan kan op meerdere manieren worden gewaardeerd. Indien het gas wordt verkocht op de day‐ahead markt dan is de verwachte prijs € 0,016 per kWh in 2018. Als het gas kan worden verkocht als gecertificeerd groengas dan is de verwachte prijs € 0,026 per kWh. Wanneer het gas wordt aangewend voor eigen gebruik dan gelden de bespaarde uitgaven als de opbrengst van het gas. Voor een huishouden is dit € 0,059 per kWh en voor een niet‐huishouden is dit € 0,042 per kWh. Indien de gasprijs eenzelfde tarief zou kennen als de benzineprijs op basis van de energie‐inhoud dangeldt een prijs van € 0,103 per kWh. Tenslotte kan de prijs worden gebaseerd op de bestaande subsidieregelingen met gas als energiedrager. De SDE+ subsidie voor biomassavergassing bedraagt € 0,150 per kWh.Er is alleen sprake van een opbrengst van warmte indien de warmte kan worden geleverd aan een warmtenet in de omgeving. Warmtenetten in Nederland hebben vaak een vaste bron van warmte, er is meestal geen sprake van open access. Een gemiddelde vergoeding voor warmte is € 0,018 per kWh.De industriële markt voor zuurstof lijkt niet geschikt voor een P2G‐project. De volumes op deze markt zijn groot en er is sprake van een continu proces. De markt voor medische zuurstof is mogelijk wel geschikt. Bij succesvolle toetreding zou zuurstof kunnen worden geleverd aan zuurstofdepotsvan leveranciers op deze markt. De prijs wordt geschat op € 0,27 per kg.Uit de analyse van het dedicated model blijkt dat het P2G‐proces niet resulteert in een positieve business case op basis van de opbrengsten van methaan, warmte en zuurstof. Ook wanneer de prijs van methaan wordt gebaseerd op de prijs van benzine blijft de netto contante waarde van hetproject negatief.Het Gas voor eigen gebruik model is gebaseerd op het vinden van een zo groot mogelijk verschil tussen de elektriciteitsprijs en de gasprijs. Door het geproduceerde gas zelf te gebruiken wordt de waarde van het gas gelijk aan de prijs die anders bij inkoop zou moeten worden betaald. Dat is eenprijs inclusief belasting en daardoor is deze relatief hoog. Ook dit model resulteert niet in een positieve business case.In het Windpark Fryslan model staat het besparen van de kosten van het uitbreiden van het hoogspanningsnet centraal. De bouw van het windpark maakt de aanleg van een ontsluitingskabel van Breezanddijk naar Marnezijl en een nieuwe ondergrondse kabel van Marnezijl naar Oudehaske noodzakelijk. De kosten worden geschat op € 2,5 mln per kilometer. De toepassing van P2G ominvesteringen in het hoogspanningsnet te voorkomen resulteert bij Windpark Fryslan niet in een positieve business case. Wel is duidelijk dat als de bespaarde investeringen maar hoog genoeg zijn er op een gegeven moment sprake zal zijn van een positieve business case.Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat bij een daling van de investeringskosten naar € 1.200 tot € 1.000 per kW en een toekomstige elektriciteitsprijs van hoogstens € 0,04 er sprake is van een positieve business case. De verkoop van gas, warmte, zuurstof en besparingen op infrastructuur moeten dan allemaal een significante bijdrage leveren. Dit betekent dat er een warmtenet in de buurt moet zijn en dat de betreding van de zuurstofmarkt succesvol moet verlopen. Bovendien moet het methaan kunnen worden verkocht voor een prijs die is gebaseerd op de prijs van benzine.Tenslotte wordt In het flexibiliteitsmodel een P2G‐installatie gebruikt om bij lage en negatieve APXprijzen methaan te produceren. Er kan in dit model geld worden verdiend op de onbalansmarkt. Tegen de huidige en verwachte gasprijs en het relatief lage aantal uren dat er kan worden geopereerd op de onbalansmarkt is er geen sprake van een positieve business case.
DOCUMENT
Wind and solar power generation will continue to grow in the energy supply of the future, but its inherent variability (intermittency) requires appropriate energy systems for storing and using power. Storage of possibly temporary excess of power as methane from hydrogen gas and carbon dioxide is a promising option. With electrolysis hydrogen gas can be generated from (renewable) power. The combination of such hydrogen with carbon dioxide results in the energy carrier methane that can be handled well and may may serve as carbon feedstock of the future. Biogas from biomass delivers both methane and carbon dioxide. Anaerobic microorganisms can make additional methane from hydrogen and carbon dioxide in a biomethanation process that compares favourably with its chemical counterpart. Biomethanation for renewable power storage and use makes appropriate use of the existing infrastructure and knowledge base for natural gas. Addition of hydrogen to a dedicated biogas reactor after fermentation optimizes the biomethanation conditions and gives maximum flexibility. The low water solubility of hydrogen gas limits the methane production rate. The use of hollow fibers, nano-bubbles or better-tailored methane-forming microorganisms may overcome this bottleneck. Analyses of patent applications on biomethanation suggest a lot of freedom to operate. Assessment of biomethanation for economic feasibility and environmental value is extremely challenging and will require future data and experiences. Currently biomethanation is not yet economically feasible, but this may be different in the energy systems of the near future.
DOCUMENT
Power to methane provides a solution to a couple of two problems: unbalanced production and demand of wind plus solar power electricity and the low methane content of biogas by storing electricity via hydrogen into methane gas using carbon dioxide from biogas and methanogenic bacteria. The four-year project is performed by a consortium of three research institutes and five companies. In WP1 the-state-of- the-art of scientific knowledge on P2M technology is reviewed and evaluated.
DOCUMENT
Poster presentation: decentralized gas storage.
DOCUMENT
Since the early work on defining and analyzing resilience in domains such as engineering, ecology and psychology, the concept has gained significant traction in many fields of research and practice. It has also become a very powerful justification for various policy goals in the water sector, evident in terms like flood resilience, river resilience, and water resilience. At the same time, a substantial body of literature has developed that questions the resilience concept's systems ontology, natural science roots and alleged conservatism, and criticizes resilience thinking for not addressing power issues. In this study, we review these critiques with the aim to develop a framework for power-sensitive resilience analysis. We build on the three faces of power to conceptualize the power to define resilience. We structure our discussion of the relevant literature into five questions that need to be reflected upon when applying the resilience concept to social–hydrological systems. These questions address: (a) resilience of what, (b) resilience at what scale, (c) resilience to what, (d) resilience for what purpose, and (e) resilience for whom; and the implications of the political choices involved in defining these parameters for resilience building or analysis. Explicitly considering these questions enables making political choices explicit in order to support negotiation or contestation on how resilience is defined and used.
DOCUMENT
Energy efficiency, greenhouse gas reduction and cost price of a green gas supply chain were evaluated. This supply chain is based on co-digestion of dairy cattle manure and maize, biogas upgrading and injection into a distribution gas grid. A defined reference scenario reflects the current state of practice, assuming that input energy is from fossil origin. Possible improvements of this reference scenario were investigated. For this analysis two new definitions for energy input-output ratio were introduced; one based on input of primary energy from all origin, and one related to energy from fossil origin only. Switching from fossil to green electricity significantly improves the energy efficiency (both definitions) and greenhouse gas reduction. Preventing methane leakage during digestion and upgrading, and re-using heat within the supply chain show smaller improvements on these parameters as well as on cost price. A greenhouse gas reduction of more than 80 % is possible with current technology. To meet this high sustainability level, multiple improvement options will have to be implemented in the green gas supply chain. This will result in a modest decrease of the green gas cost price.
DOCUMENT
The project STORE&GO aims to investigate all the aspects regarding the integration of large-scale Power-to-Gas (PtG) at European level, by exploiting it as means for long term storage. One of the aspects that should be properly addressed is the beneficial impact that the integration of PtG plants may have on the electricity system.In the project framework, WP6 devoted its activities to investigate different aspects of the integration of PtG in the electricity grid, with the previous delivered reports.This deliverable focused in particular on how integrate the information about the facilities replicating the real world condition into a simulation environment. For doing this, the concept of remote Physical Hardware-in-the-Loop (PHIL) has been used and exploit.Remote simulation with physical hardware appears to be an effective means for investigating new technologies for energy transition, with the purpose of solving the issues related to the introduction of new Renewable Energy Sources (RES) into the electricity system. These solutions are making the overall energy systems to be investigated much more complex than the traditional ones, introducingnew challenges to the research. In fact:• the newly integrated technologies deal with different energy vectors and sectors, thus• requiring interoperability and multidisciplinary analysis;• the systems to be implemented often are large-scale energy systems leading to enormously complicated simulation models;• the facilities for carrying out the experiments require huge investments as well as suitable areas where to be properly installed.This may lead to the fact that a single laboratory with limited expertise, hardware/software facilities and available data has not the ability to secure satisfactory outcomes. The solution is the share of existing research infrastructures, by virtually joining different distant laboratories or facilities.This results in improvement of simulation capabilities for large-scale systems by decoupling into subsystems to be run on distant targets avoidance of replication of already existing facilities by exploiting remote hardware in the loop concept for testing of remote devices.Also confidential information of one lab, whose sharing may be either not allowed or requiring long administrative authorization procedures, can be kept confidential by simulating models locally and exchanging with the partners only proper data and simulation results through the co-simulation medium.Thanks to the realized method it is possible to real time analyse renewable devices at remotepower plants and place them in the loop of a local network simulation.The results reported show that the architecture developed is strong enough for being applied also atnew renewable power plants. This opens the possibility to use the data for research purposed, butalso to act in remote on the infrastructure in case of particular test (for example the acceptance test).
DOCUMENT
This report focuses on the feasibility of the power-to-ammonia concept. Power-to-ammonia uses produced excess renewable electricity to electrolyze water, and then to react the obtained hydrogen with nitrogen, which is obtained through air separation, to produce ammonia. This process may be used as a “balancing load” to consume excess electricity on the grid and maintain grid stability. The product, ammonia, plays the role of a chemical storage option for excess renewable energy. This excess energy in the form of ammonia can be stored for long periods of time using mature technologies and an existing global infrastructure, and can further be used either as a fuel or a chemical commodity. Ammonia has a higher energy density than hydrogen; it is easier to store and transport than hydrogen, and it is much easier to liquefy than methane, and offers an energy chain with low carbon emissions.The objective of this study is to analyze technical, institutional and economic aspects of power-to-ammonia and the usage of ammonia as a flexible energy carrier.
DOCUMENT
An important performance determinant in wheelchair sports is the power exchanged between the athletewheelchair combination and the environment, in short, mechanical power. Inertial measurement units (IMUs) might be used to estimate the exchanged mechanical power during wheelchair sports practice. However, to validly apply IMUs for mechanical power assessment in wheelchair sports, a well-founded and unambiguous theoretical framework is required that follows the dynamics of manual wheelchair propulsion. Therefore, this research has two goals. First, to present a theoretical framework that supports the use of IMUs to estimate power output via power balance equations. Second, to demonstrate the use of the IMU-based power estimates during wheelchair propulsion based on experimental data. Mechanical power during straight-line wheelchair propulsion on a treadmill was estimated using a wheel mounted IMU and was subsequently compared to optical motion capture data serving as a reference. IMU-based power was calculated from rolling resistance (estimated from drag tests) and change in kinetic energy (estimated using wheelchair velocity and wheelchair acceleration). The results reveal no significant difference between reference power values and the proposed IMU-based power (1.8% mean difference, N.S.). As the estimated rolling resistance shows a 0.9–1.7% underestimation, over time, IMU-based power will be slightly underestimated as well. To conclude, the theoretical framework and the resulting IMU model seems to provide acceptable estimates of mechanical power during straight-line wheelchair propulsion in wheelchair (sports) practice, and it is an important first step towards feasible power estimations in all wheelchair sports situations.
DOCUMENT
