Zoekresultaten

Innovative large-scale energy storagetechnologies and Power-to-Gas concepts after optimisation

New technologies or approaches are being widely developed and proposed to be deployed in real energy systems to improve desired objectives; however, supporting decision making processes to select best solutions in terms of performance and efficiently following cost-benefit analysis require some sort of scientific evidence based tools. These tools should be reliable, robust, and capable of demonstrating the behaviour and impact of newly developed devices or algorithms in different pre- defined scenarios. Therefore, new approaches and technologies need to be tested and verified using a safe laboratory test environment.This report is about the development and realisation of some major tools and reliable methods to calculate risks and opportunities for integrating of new energy resources into the European electricity grid. Hanze University Groningen and Politecnico di Torino worked together within the STORE&GO project sharing laboratories, knowledge, hardware facilities and researchers for the realisation of the characterisation and mathematical modelling of renewable resources. Needed to realize a stable and reliable environment for remote physical hardware in the loop simulations.For this realisation we started with the local characterisation of a PV-Field and a PEM electrolyser at Entrance Groningen by logging and measuring the electric behaviour and specific device parameters to integrate and convert these into working mathematical models of a PV-Field and electrolyser prosumer. After testing and evaluating these models by comparing the results with the real-time measurements, these test and modelling is also realised from the remote laboratory in Torino. To achieve dynamical physical hardware we also realised dynamic mathematical model(s) with real-time functionality to interact directly with the remote electrolyser. To connect both the laboratories with full duplex communication functionalities between physical hardware and models we have also realized a network which is able to share network resources on both local and remote sites.

Modelling and Control of a Grid-Connected RES-Hydrogen Hybrid Microgrid

This paper proposes a Hybrid Microgrid (HμG) model including distributed generation (DG) and a hydrogen-based storage system, controlled through a tailored control strategy. The HμG is composed of three DG units, two of them supplied by solar and wind sources, and the latter one based on the exploitation of theProton Exchange Membrane (PEM) technology. Furthermore, the system includes an alkaline electrolyser, which is used as a responsive load to balance the excess of Variable Renewable Energy Sources (VRES) production, and to produce the hydrogen that will be stored into the hydrogen tank and that will be used to supply the fuel cell in case of lack of generation. The main objectives of this work are to present a validated dynamic model for every component of the HμG and to provide a strategy to reduce as much as possible the power absorption from the grid by exploiting the VRES production. The alkaline electrolyser and PEM fuel cell models are validated through real measurements. The State of Charge (SoC) of the hydrogen tank is adjusted through an adaptive scheme. Furthermore, the designed supervisor power control allows reducing the power exchange and improving the system stability. Finally, a case, considering a summer load profile measured in an electrical substation of Politecnico di Torino, is presented. The results demonstrates the advantages of a hydrogen-based micro-grid, where the hydrogen is used as medium to store the energy produced by photovoltaic and wind systems, with the aim to improve the self-sufficiency of the system

Flexnode Plus Project: results of testing a hydrogen-based reversible fuel cell system

Within the Flexnode Plus project the long-term degradation characteristics of a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer (5.5 kW, AC, 1 Nm3/h H2) and fuel cell (1.0 kW, DC, 0.9 Nm3/h) was experimentally tested. The electrolyzer unit was operated at various loads and pressures for approximately 750 hours in total, while the fuel cell was operated at a constant load of 1 Ω resistance for approximately 1120 hours in total. The efficiency of the hydrogen production in the electrolyzer and the electricity production in the fuel cell was expressed using the hourly average system efficiency and average cell efficiency. Inorder to predict the state of health and remaining lifetime of the electrolyzer cell and fuel cell, the decay of the cell voltage over time was monitored and the direct mapping from aging data method was used.The electrolyzer cell showed a stable cell voltage and cell efficiency in the studied time period, with an average cell voltage decay rate of 0.5 μV/h. The average cell voltage of the fuel cell dropped with a rate of 2 μV/h during the studied time period.

Power to gas business cases

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.

Towards a hydrogen economy in the north of North-Holland

Hydrogen (H2) is a key element in the Dutch energy transition, considered a sources of flexibility to balance the variable renewable energy sources, facilitating its integration into the energy system. But also as an energy carrier. Both the gas and electricity transmission operators (TSO) have the vision to interconnect their networks with H2, by distributing the green H2 produced with offshore electrolysers into high pressure gas pipelines to relive the overload electric network. The planned compressed H2 pipelines cross the north of North-Holland region, offering a backbone for a H2 economy. Furthermore, at regional level there are already a big number of privet-public H2 developments, among them the DuWaAl, which is a H2 production-demand chain, consists of 1) An H2 mill, 2) 5 filling stations in the region and 3) a large fleet of trucks and other users. Because of these developments, the North-Holland region needs a better insight into the position that H2 could fulfil in the local energy system to contribute to the energy transition. The aim of this research is to analyse these H2 economy, from the emergent to settled, by identifying early and potential producer- consumer, considering the future infrastructure requirements, and exploring economy-environmental impacts of different supply paths

Onderzoek naar mogelijke toepassingen voor een decentrale reversibele brandstofcel