Evropská energetika čelí největším změnám za poslední desítky let – ozeleňování, ztráta bezpečnosti dodávek, růst cen. Plynárenství je i bude jedním ze základních kamenů české energetiky, ale musí se podstatně reformovat. Nejen o tom hovořili zástupci firmy GasNet na přednášce Vodík, biometan, technologie, IT. Ovlivni budoucnost plynu. Michal Ostatnický spolu se svými kolegy, kolegyněmi a firemními trainees popsali předpokládaný rozvoj odvětví jak v oblasti technologií, tak hlavně schopností a znalostí lidí, kteří do odvětví budou přicházet a v budoucnu ho formovat. Přednáška proběhla na půdě ČVUT, ve středu 19. dubna 2023.
Účastníci setkání v čase tomu určeném pokládali řečníkům tematické otázky. Ty, na které se nestihlo odpovědět nebo vyžadovaly rozsáhlejší odpověď, uvádíme níže.
OTÁZKA č. 1:
Existuje materiál, který by mohl být využit na výrobu trubek, přes jehož stěnu se vodík nedostane?
– Ano, takovým materiálem jsou například kovy. Používají se také kovy v kombinaci s plastem, plastová trubka má ve stěně permeační bariéru, např. z hliníku a ten systém funguje velmi dobře. Existují také plastové materiály, které mají tu permeaci opravdu minimální např. polyamid12. A určitě se objeví další materiály.
OTÁZKA č. 2:
Nahrazeni zemního plynu s vodíkem je ok. Ale vodík se primárně vyrábí elektrolýzou. Odkud se bere energie potřebnou na tu elektrolýzu? Obnovitelné zdroje?
– Z bezemisních nebo nízkoemisních zdrojů, primárně z obnovitelných zdrojů. V případě výroby elektrolýzou není cílem vyrábět vodík za každou cenu, ale vyrábět ho v oblastech a časech, kdy je elektrické energie nadbytek a dopravovat tuto energii efektivněji na dlouhé vzdálenosti jako plyn nebo tuto energii uskladnit v plynné formě na dobu potřeby (výroba v létě, spotřeba v zimě). Nicméně už se využívají některé technologie bez užití elektrolýzy a další se rozvíjejí.
OTÁZKA č. 3:
Na kolik efektivní je přeměna el. energie na vodík a zpět? Nedal by se tento systém využít pro akumulaci el. Energie?
– Účinnost cyklu elektřina-vodík-elektřina nemá smysl zkoumat. Vodík bude velmi dobře využít jinak, než při monovýrobě elektřiny. Již v současnosti se distribuovaný plyn využívá primárně k výrobě tepla a výroba elektřiny je buď přidružena (kogenerace), nebo má jinou přidanou hodnotu (rychle startující turbíny pro stabilizaci elektrizační soustavy). Stejně tak role vodíku nebude v monovýrobě elektřiny. Může být například dobrý systém, kdy část domů využívá palivové články na výrobu tepla a vyrobenou elektřinu využívají sousedi na tepelném čerpadle – perfektní efektivní využití primární energie při vysoké míře decentralizace a minimálním zatížení elektrické distribuční soustavy a omezené potřeby jejího posilování. Ke druhé otázce: Jedním z využití je právě akumulace energie vyrobené ve formě elektřiny nevyužitelné v daný okamžik.
OTÁZKA č. 4:
Jaké jsou problémy s těsností armatur a spojů potrubí v souvislosti s vodíkem?
– U těch armatur rozlišujeme těsnosti dvě je to tzv. vnitřní těsnost /jestli armatura udrží tlak v potrubí a nedochází u ní k tzv. podcházení / a vnější těsnost/jestli se médium nedostává armaturou mimo potrubí/. U toho potrubí má smysl mluvit asi o kvalitě spojovacích tzv. montážních svarů. Vnější těsnost a těsnost montážních svarů je možné zjistit např. nanesením pěnotvorného roztoku a sledováním vznikajících bublin/v místě úniků plynu/. Většina spojů těsných na zemním plynu bude těsná i na vodíku, mohou být ale i takové, na kterých je možné mít únik zaznamenat. Jde o vliv toho, že molekula vodíku je opravdu menší než molekula metanu. Pozitivní je že vodík ani metan nejsou toxické. Problematiku hledání úniků a opravy rozhodně nepodceňujeme a je to jedna z našich primárních rozvojových oblastí.
Pozitivní je že vodík ani metan nejsou toxické. Problematiku hledání úniků a opravy rozhodně nepodceňujeme a je to jedna z našich primárních rozvojových oblastí.
OTÁZKA č. 5:
Jaká bude budoucnost plynu?
– Zelená.
OTÁZKA č. 6:
Dovolují současné materiálové/technologické možnosti přepravu směsi vysoké koncentraci vodíku (až 100%) na vzdálenosti stovek km?
– Co se týká dálkové přepravy, doporučím projekt European Hydrogen Bakbone (www.ehb.eu), který se zabývá právě tímto tématem a transformaci (repurposing) přepravní soustavy připravuje. Počítá se s využitím na 100 % vodíku po úpravě zejména nadzemních částí soustavy (kompresorové stanice, měření kvality). Distribuční soustava též směřuje ke 100% vodíku.
OTÁZKA č. 7:
Bude se komunitní energetika a sdílení energii týkat i plynárenství?
– Nemůžeme to vyloučit a jsme povinni se na tuto variantu připravovat. V tuto chvíli se uvažuje na projekty bioplynových stanic vlastněných zemědělskými družstvy, ale kontury jsou zatím mlhavé.
OTÁZKA č. 8:
Jak se budou měnit bezpečností opatření se zvyšující se koncentrací vodíku v rozvodu?
– Každý ten plyn se chová trochu jinak. Souvisí to s vlastnostmi plynu, dejme tomu rozdílná hustota, dolní a horní mez výbušnosti je u zemního plynu 5 – 15 %, u vodíku je to 5 – 77%. Kdysi (před rokem 1996 se běžně provozoval v síti plyn s obsahem nad 50% vodíku a žádná zvláštní opatření se nekonala. A to ta úroveň vybavení detekční technikou byla v té době významně nižší. Pokud bude v plynovodech směs ZP s vodíkem (do 20% vodíku), nebude nutné dělat žádná mimořádná opatření. Dokonce bude možné to médium provozovat na stejných spotřebičích s využitím stejné detekční techniky. Pokud se dostaneme k té další metě – 100% vodíku, budeme muset např. napouštět plynovody plynem přes např. dusíkovou podušku (aby nevznikla v plynovodu výbušná směs vodíku se vzduchem). Možná že dokonce ani nebude nutné měnit bezpečnostní pásma plynovodů, protože nízká hustota vodíku, která způsobuje na volném prostranství jeho fluktuaci nedopustí, aby se koncentroval v okolí úniku (to je přiznám se trochu spekulace). Určitě to bude o jiné detekční technice, protože některé principy detekce metanu pro vodík použít nelze (pohlcování IR spektra). Při vstupu vodíku do sítě pro nás zůstane bezpečnost na stále stejném – prvním místě. Ohledně spotřebičů si musíme ověřit vhodnost jednotlivých zařízení pro očekávanou směs, což například při připravovaném projektu v Aši děláme velmi pečlivě. Pro větší koncentrace je třeba připravit detailní studie jak pro spotřebiče, tak pro vlastní síť, její údržbu a kontrolu. Na tyto otázky mají připravit odpovědi probíhající a připravované projekty běžící po celé Evropě.
OTÁZKA č. 9:
Pokud jsou továrny ve městech, tak se vede víc druhu trubek a stanic?
– Ne, přeprava a distribuce plynu je tzv. přirozený monopol. Nedává smysl stavět paralelně několik sítí. Z technického hlediska to znamená, že všichni mají stejnou kvalitu plynu (odchylky mohou být, ale to je už velká technikálie). Tlaky mohou být jiné – na vysokotlaký plynovod může být někdo připojený napřímo (průmysl, teplárna), někdo přes regulační stanici a středotlakou nebo nízkotlakou síť. Z ekonomického pohledu je třeba přirozené monopoly ekonomicky regulovat, což má v ČR za úkol ERÚ, které hlídá, zda nemáme jako regulované subjekty vyšší zisky, než je stanoveno zákonem (velmi jednoduše řečeno).
OTÁZKA č. 10:
U podílů jednotlivých elektráren se jedná o výrobu nebo instalovaný výkon?
– Pokud se otázka týká obrázku s primární energetickou bilancí (kolik uhlí, ropy, plynu, … v ČR spotřebováváme) tak se nejedná o spotřebu na výrobu elektřiny, ale spotřebu energií jako takových – například i uhlí, které si někdo přiloží do kamen. Je tedy uvedena celková energie spotřebovaná v ČR za rok.
OTÁZKA č. 11:
Jaké omezení má použití směsi ch4 a h2 jako náhrada čistého plynu? A v čem přesně spočívá transformace sítě na dopravu vodíku?
– Čistý vodík se chová v různých situacích odlišně od metanu nebo zemního plynu. Podobné je to u jejich směsí s vyšší koncentrací vodíku, jejíž použití bude nezbytným mezistupněm při záměně metanu za vodík. Odlišnosti můžeme pozorovat například při spalování, stlačování a expanzi, proudění, ale i typu konečného využití (chemický průmysl, palivové články, atp.) Transformace spočívá v ověření, že plynárenská soustava dokáže vodík dopravit ke konečné spotřebě (kapacita a proudění, zajištění kvality, kompatibilita s vodíkem), ověření, že spotřebiče dokáží plánovanou směs nebo čistý vodík zvládnout, a nakonec zajištění, aby nekompatibilní zařízení ať už v soustavě nebo spotřebiče byly vyměněny nebo upraveny. Máme na to cca 15-30 let.
OTÁZKA č. 12:
Jak se bude vyvíjet cena plynu?
– Je otázka, jakého plynu, v jakém časovém horizontu a co rozumíme pod pojmem cena. Cena zemního plynu v krátkém horizontu se bude odvíjet od geopolitické situace, všichni věříme, že se bude snižovat, na velkoobchodní ceny během covidu se ale pravděpodobně již nedostane. Brzo k ceně paliv budeme ale muset připočítávat cenu za emise, což se dotkne i zemního plynu, biometanu ale ne. Jak se projeví v koncových cenách není úplně jasné. Z dlouhodobého hlediska se předpokládá, že ceny všech energií v reálném vyjádření o něco vyrostou. Pro konečného uživatele je ale důležitý fakt, že ceny energií, zejména elektřiny a plynu, jsou velmi silně svázané a nic se pravděpodobně nezmění.
Z dlouhodobého hlediska se předpokládá, že ceny všech energií v reálném vyjádření o něco vyrostou. Pro konečného uživatele je ale důležitý fakt, že ceny energií, zejména elektřiny a plynu, jsou velmi silně svázané a nic se pravděpodobně nezmění.
OTÁZKA č. 13:
Jak moc velké ztráty mají jednotlivé změny tlaku v soustavě? Při změně z vysokotlaké na nižší nebo dotlakovávaní?
– V přepravní soustavě (doprava na dlouhé vzdálenosti) jsou umístěny ve strategických bodech kompresorové stanice, které mají za úkol v soustavě udržovat navrhovaný provozní tlak. Dále lze kompresory nalézt za výrobou (těžba, bioplynové stanice, v budoucnu elektrolyzéry), které mají za úkol stlačit plyn na / nad provozní tlak dané části soustavy. Zbytek soustavy, zejména pak distribuce, funguje „samospádem“. Na našich předávacích a regulačních stanicích pak tlak snižujeme expanzí – viděli jste projekt expanzních turbín, které jsou připravovány na využití právě této energie. Velmi obecně lze hovořit o tlacích přes 40bar u přepravy, cca 16-25bar u distribučního vysokotlaku (VTL, rozvody do jednotlivých oblastí, dodávky průmyslovým spotřebitelům), 4-16 bar u středotlaku (STL, většinou rozvody po obcích nebo ucelených oblastech, k domům a větším spotřebitelům) a cca 0,05-4 bar u nízkotlaku (NTL, většinou rozvody k jednotlivým domům)
OTÁZKA č. 14:
K výrobě biometanu: je u nás prostor pro podnikání v montáži a projektováni technologií na čištění bioplynu, nebo nelze konkurovat nabídce např. německých firem, které mají mnoho zkušenosti?
– Určitě konkurovat lze, zejména v České republice s historickou tradicí v průmyslové výrobě a strojírenství. Je několik českých firem, které jednotlivé součásti technologie již dodávají. Je třeba zdůraznit, že jde o řetězec několika technologií – čištění, kontrola kvality, odorizace, vtláčení, měření, systémová integrace, … Před několika lety jsme spolupracovali s německou firmou vyrostlou za několik let z rodinné firmy. Určitě to jde.
