Potencjał zastosowania wodoru w polskim systemie energetycznym

• Autorzy: Chmielniak Tadeusz , Skorek-Osikowska Anna , Bartela Łukasz

Warianty tytułu

EN

The potential of using hydrogen in the Polish energy system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Realizacja strategii dekarbonizacji polskiej gospodarki wymaga wprowadzenia do eksploatacji nowych technologii energetycznych, w tym technologii wodorowych. W rozdziale zawarto informacje o potencjalnych możliwościach wykorzystania wodoru w procesach generacji elektryczności i ciepła. Struktura pozyskiwania w Polsce zarówno energii elektrycznej, jak i pierwotnej, istotnie różni się od struktury charakterystycznej dla UE. Istnieje znaczny potencjał jej dywersyfikacji. We wszystkich działach energetyki zastosowanie wodoru może ułatwić uzyskanie celów klimatycznych i ekonomicznych (efektywnościowych). Ostateczne scenariusze technologiczne wytwarzania wodoru będą zależeć od stanu rozwoju OZE i ekonomiczności poszczególnych rozwiązań. Ważne jest pytanie, który scenariusz jest najprawdopodobniejszy w Polsce. Biorąc pod uwagę aktualny potencjał OZE oraz przewidywany ich rozwój do 2040 r., wydaje się, że elektrolityczna produkcja wodoru w Polsce z wykorzystaniem OZE nie będzie zbyt wysoka. Założenie 2 GW mocy elektrolizerów w 2030 r. w Polskiej strategii wodorowej jest bardzo (zbyt) optymistyczne (Niemcy 5 GW, Hiszpania 4 GW). Trudno natomiast przesądzić, jakie będzie upowszechnienie innych technologii wytwarzania, zwłaszcza trudno ocenić udział CCS. W najbardziej optymistycznym scenariuszu sformułowanym dla UE udział wodoru w 2050 r. w końcowym zużyciu energii wynosi 24% (2251 TWh) (Hydrogen… 2019). Przewidywana struktura jego zużycia to: 112 TWh (około 5%) – wytwarzanie elektryczności, bilansowanie systemu (power generation, buffering, sektor 1); 675 TWh (30%) – transport (sektor 2); 579 TWh (25,7%) – ogrzewanie i energia dla mieszkalnictwa (heating, power for buildings, sektor 3); 237 TWh (10,5%) – energia dla procesów przemysłowych (industry energy, sektor 4); 257 TWh (11,4%) – nowe zastosowania przemysłowe (new industry feedstock, sektor 5); 391 TWh (17,4%, sektor 6) – istniejące obszary zastosowań przemysłowych (existing industry feedstock). Ten procentowy udział w zakresie sektorów 1 i 3 przeniesiony na grunt Polski można uznać za rozsądny. Aczkolwiek bardzo szkodliwa z ekologicznego punktu widzenia struktura zużycia energii w gospodarstwach domowych w Polsce w chwili obecnej, podpowiada zwiększenie udziału wodoru w tym sektorze.

EN

The implementation of the strategy of decarbonising the Polish economy requires the introduction of new energy technologies, including hydrogen technologies. This chapter provides information on the potential possibilities of using hydrogen in electricity and heat generation processes. The structure of obtaining both electricity and primary energy in Poland differs significantly from the structure typical for the EU. There is considerable potential for its diversification. In all sectors of the power industry, the use of hydrogen may facilitate the achievement of climate and economic (efficiency) goals. The final technological scenarios for the production of hydrogen will depend on the state of development of renewable energy sources and the cost-effectiveness of individual solutions. The important question is which scenario is most likely in Poland. Taking into account the current potential of renewable energy sources and their expected development until 2040, it seems that electrolytic hydrogen production in Poland using renewable energy sources will not be too high. The assumption of 2 GW of electrolyser capacity in 2030 in the Polish hydrogen strategy is very (too) optimistic (Germany 5 GW, Spain 4 GW). On the other hand, it is difficult to determine what the dissemination of other generation technologies will be, especially it is difficult to assess the share of CCS. In the most optimistic scenario formulated for the EU, the share of hydrogen in 2050 in final energy consumption is 24% (2.251 TWh) (Hydrogen… 2019). The expected structure of its consumption is: 112 TWh (approx. 5%) –- electricity generation, system balancing (power generation, buffering, sector 1); 675 TWh (30%) –- transport (sector 2); 579 TWh (25.7%) –- heating and power for buldings (sector 3); 237 TWh (10.5%) –- energy for industrial processes (industry energy, sector 4); 257 TWh (11.4%) – new industrial applications (new industry feedstock, sector 5); 391 TWh (17.4%, sector 6) – existing areas of industrial applications (existing industry feedstock). This percentage share in sectors 1 and 3 transferred to Poland can be considered reasonable. Although the structure of energy consumption in households in Poland, which is very harmful from the ecological point of view, suggests an increase in the share of hydrogen in this sector.

Słowa kluczowe

PL

zielony wodór; potencjał produkcji zielonego wodoru w Polsce; technologie wodorowe w energetyce

EN

green hydrogen; potential of hydrogen production in Poland; hydrogen technologies in the energy sector

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 110
• Strony: 7--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Chmielniak Tadeusz

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska

autor

Skorek-Osikowska Anna

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska

autor

Bartela Łukasz

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] AHTD 2015 – ADVANCED HYDROGEN TURBINE DEVELOPMENT. Final Technical Report. Project Director: John Marra. Report Date: September 30.
• [2] Bailera i in. 2017 – Bailera, M., Lisbona, P., Romeo, L.M. i Espatolero, S. 2017. Power to Gas projects review: Lab, pilot and demo plants for storing renewable energy and CO2. Renewable and Sustainable Energy Reviews 69, s. 292–312.
• [3] Bischoff M. 2006. Large stationary fuel cell systems: Status and dynamic requirements. Journal of Power Sources 154(2), s. 461–466, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2005.10.027.
• [4] BPS 2015. ClearGen. Ballard Power Systems. 23. Hydrogenics 2014. Fuel Cell Megawatt Power Generation Platform. Hydrogenics.
• [5] Bradley, T. i Fadok, J. 2009. Advanced Hydrogen Turbine Development Update. ASME Paper GT2009-59105.
• [6] Bradley, T. i Marra, J. 2012. Advanced Hydrogen Turbine Development Update. ASME Paper GT2012-68169.
• [7] Chwoła i in. 2020 – Chwoła, T., Spietz, T, Więcław-Solny, L., Tatarczuk, A., Krótki, A., Dobras, S., Wilk, A., Tchórz, J., Stec, M. i Zdeb, J. 2020. Pilot plant initial results for the methanation process using CO2 from amine scrubbing at the Łaziska power plant in Poland. Fuel 263, 116804.
• [8] Chmielniak, T. 2021. Technologie Energetyczne. Warszawa: PWN.
• [9] Chmielniak, T. i Chmielniak, T.M. 2020. Energetyka wodorowa. Warszawa: PWN. DOE 2014 – Fuel Cell Technologies Market Report. Fuel Cell Technologies Office, U.S.
• [10] DOE.20. Popov S.i Baldynov O. 2018. The Hydrogen Energy Infrastrulture Development I Japan. E3S Web of Conferences 69, 02001 (2018) Green Energy and Smart Grids.
• [11] DOE 2015, 2016 – Hydrogen and Fuel Cell Technologies Program Record.
• [12] FCH 2015 – Advancing Europe’s energy systems: Stationary fuel cells in distributed generation. A study for the Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, DOI: 10.2843/088142.
• [13] FCH 2019 – Hydrogen Roadmap Europe. A Sustainable Pathway for The European Energy transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking 2019, fh.europa.eu
• [14] HC 2017a – Hydrogen scaling up. A sustainable pathway for the global energy transition. Hydrogen Council, Nov.
• [15] HC 2017b – How hydrogen empowers the energy transition. Hydrogen Council.
• [16] IEA 2015 – Technology Roadmap Hydrogen and Fuel Cells. International Energy Agency, Paris.
• [17] IEA 2019 – The Future of Hydrogen. International Energy Agency, Paris, June.
• [18] Komunikat KE 2020 – 17 Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów. Strategia w zakresie wodoru na rzecz Europy neutralnej dla klimatu. Bruksela, dnia 8.7.2020 r. [Online] https://data.consilium.europa.eu/doc/document/ST-9390–2020- INIT/pl/pdf [Dostęp: 24.06.2021].
• [19] Kopyscinski i in. 2010. – Kopyscinski, J., Schildhauer, T.J. i Biollaz, S.M.A. 2010. Production of synthetic natural gas (SNG) from coal and dry biomass – A technology review from 1950 to 2009. Fuel 89, s. 1763–1783.
• [20] Kupecki, J. 2018. Wybrane zagadnienia modelowania matematycznego stosów stałotlenkowych ogniw paliwowych podczas pracy w stanach nieustalonych. Warszawa: Wyd. Instytutu Technologii Eksploatacji.
• [21] MP 2021 – Polityka Energetyczna Polski do 2040 (PEP2040). Monitor Polski, 10 03 2021, poz. 264.
• [22] Primus i in. 2021 – Primus, A., Chmielniak, T. i Rosik-Dulewska, C. 2021. Concepts of energy use of municipal solid waste. Archives of Environmental Protection 47(2), s. 70–80.
• [23] PSW 2020 – Polska Strategia Wodorowa do roku 2030 z perspektywą do 2040 r. Projekt. [Online] https://www. teraz-srodowisko.pl/media/pdf/aktualnosci/9801-Projekt-Polskiej-Strategii-Wodorowej-do-roku–2030-z-perspektywa-do–2040-r.pdf [Dostęp: 24.06.2021].
• [24] Rönsch i in. 2016 – Rönsch, S., Schneider, J., Matthischke, S., Schlüter, M, Götz, M. i in. 2016. Review on methanation – From fundamentals to current projects. Fuel 166, s. 276–296, DOI: 10.1016/j.fuel.2015.10.111.
• [25] Sudiro, M. i Bertucco, A. 2010. Synthetic Natural Gas (SNG) from Coal and Biomass: a Survey of Existing Process Technologies, Open Issues and Perspectives. Chapter 5 in Natural Gas, book Edited by Primoz Potocnik, ISBN 978-953-307-112-1.
• [26] Staffel i in. 2017 – Staffell, I., Dodds, P., Scamman, D., Velazquez, A., Dowell, N.M., Ward, K., Agnolucci, P., Papageorgiou, L., Shah, N. i Ekins, P. 2017. The Role of Hydrogen and Fuel Cells in Future Energy Systems. H2FC Supergen.
• [27] Staffell i in. 2019 – Staffell, I., Scamman, D., Velazquez, A., Balcombe, P., Dodds, P.E., Ekins, P., Shahd, N. i Warda, K.R. The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science 2, DOI: 10.1039/c8ee01157e.
• [28] Thermann, H. 2019. The Contribution of the Siemens HL-Class Gas Turbine to the Energy Transition. Conference on Research & Development in Power Engineering, Warszawa.
• [29] Thunman, H. (red.) 2018. Chalmers University of Technology. GoBiGas demonstration – a vital step for a large-scale transition from fossil fuels to advanced biofuels and electrofuels. [Online] https://www.chalmers.se/SiteCollectionDocuments/SEE/News/Popularreport GoBiGas results highres.pdf [Dostęp: 02.03.2021].
• [30] WEC Germany 2020 – INTERNATIONAL HYDROGEN STRATEGIES. A study commissioned by and in cooperation with the World Energy Council – Germany. September 2020. [Online] https://www.weltenergierat.de/ wp- content/uploads/2020/09/WEC _H2_Strategies_finalreport_200922.pdf [Dostęp: 02.03.2021].

Uwagi

Wydano w tomie: Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej : energetyka krajowa a europejski Zielony Ład