diplomová práce

Sezónní akumulace využívající technologii power-to-gas

Text práce 4.95 MB

Autor práce: Ing. Jan Zavadil

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Oponent: Martin Pešek (EGÚ Brno, a. s. )

Abstrakt:

Diplomová práce pojednává o sezonní akumulaci energie do syntetických paliv, jenž je řešena systémem Power to Gas (P2G). Ten umožňuje konverzi elektrické energie v době přebytku, například z obnovitelných zdrojů energie do syntetického plynu, zejména do vodíku a syntetického metanu.  Dále jsou identifikovány limity výroby, přepravy a skladovacích kapacit těchto syntézních plynů. V práci je kladen důraz na technicko-ekonomické posouzení P2G na vybraném aplikovaném úseku plynovodu Gazela.

Technická analýza předpokládá vtláčení vodíku o určité molární koncentraci dle čtyř navržených scénářů do přepravní soustavy zemního plynu na vybraném úseku, kterým byl plynovod Gazela. Výsledky ukázaly, že nárůst molárního zlomku vodíku v zemním plynu bude způsobovat problémy při přepravě plynu a bude docházet ke zvětšování tlakových ztrát, nárůstu rychlosti toku a snížení akumulační kapacity potrubí.

Ekonomická analýza zkoumá nasazení technologie P2G v českých podmínkách a demonstruje výši výrobních nákladů na výrobu 1 MWh syntetického plynu v závislosti na ceně elektrické energie a době provozu výrobního zařízení.  Citlivostní analýza ukázala, že pro rentabilitu vodíku a syntetického metanu bude důležité znevýhodnit jinak velmi levný zemní plyn, a to navýšením ceny emisní povolenky nebo zavedením uhlíkové daně v podobné výši.

Klíčová slova:

Vodík, metan, Power-to-Gas, plynovod Gazela, palivový článek, elektrolýza, sezonní akumulace

Termín obhajoby

20.07.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student odpověděl na všechny otázky oponenta a vyjádřil se k jeho poznámkám. Dále odpovídal na otázky komise: V Německu je možno přimíchávat vodík do plynárenské soustavy, proč to v ČR nelze? Je problém s koncentrací vodíku okolo 5 %? Co je to vyšší permeace? U syntetického metanu přidáváte CO2, jedná se o náklad, nebo je to zisk? Co je konstantního, když měníte koncentraci vodíku? Čím je způsobena eroze v potrubí? Jaký je tlak v potrubí? Jak by se počítaly u plynovodu tlakové ztráty? Co znamená zkratka LCOE? Která technologie má nejnižší LCOE? Proč jste se věnoval tomuto tématu? Myslíte si, že podobná zařízení je možno realizovat v rámci ČR? Komise došla ke shodě v hodnocení obhajoby výborně, A.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Energetické inženýrství (M-ENI)

Složení komise

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (člen)
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Caha (člen)

Předložená práce je věnována hodnocení technologie power-to-gas a souvislostem spojeným s distribucí vodíku v transportním potrubí zemního plynu. Práce je rozsahem nadstandardní a těží ze spolupráce se zadavatelem z komerční sféry. Provedená vyhodnocení přináší nové originální závěry a odpovídají na dílčí otázky spojené s vodíkovou energetikou.
V průběhu zpracování diplomové práce student postupoval samostatně, zpracovával podklady a vyhledával informace k řešenému problému.

Předložená práce splňuje rozsah předepsaný zadáním. Doporučuji proto práci k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Martin Pešek (EGÚ Brno, a. s. )

Autorem předložená diplomová práce se zabývá progresivní technologií Power to Gas, která je výhodná zejména pro dlouhodobější akumulaci energie. Tato technologie je poměrně nová, má svá notná úskalí, ale zároveň má výraznou perspektivu ve spojení s obnovitelnými zdroji energie, zejména s větrnými a solárními parky. Autor práce měl za úkol přestavit tuto technologii vč. potřebných dílčích postupů pro výrobu zelených plynů, speciálně syntetického vodíku a metanu. Následně měl identifikovat limity těchto technologií a aplikovat nabyté znalosti na konkrétním příkladu.
Práce je velmi rozsáhlá, místy až encyklopedického charakteru, autor podrobně avšak velmi správně identifikuje jednotlivé technologie. Některé informace, které nejsou potřebné pro vlastní tvorbu, bych doporučoval zařadit do příloh práce pro lepší čitelnost. Diplomová práce v posledních dvou kapitolách přináší vlastní praktickou část, která je relativně krátká, což je způsobeno nutností chránit know-how firmy i jejich partnerů. Ekonomické srovnání v kapitole 8 je však velmi věcné a poukazuje na problémy současných zelených technologií. V rámci dekarbonizace sektoru energetiky v ČR nejsou schopny technologie P2G samostatně výrazně přispět, nicméně ve spojení s ostatními bezemisními či nízkoemisními technologiemi mohou tvořit komplexní celek, který již smysl dávat bude. Z tohoto důvodu je předložená práce cenným zdrojem informací. Tyto informace spolu s ekonomickou rozvahou výsledků, kvalitní grafickou úpravou a detailními citacemi by bylo vhodné využít jako podklad pro přiblížení těchto technologií technické veřejnosti či studentům, např. formou kapitoly ve skriptech.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. V současné době je koncentrace vodíku v plynárenské soustavě ČR nulová a ani vyhláška 108/2011 vodík ve spojení se ZP nezná. Maximální teoretické množství vtláčeného vodíku do plynárenské soustavy v ČR by se nyní pohybovalo v jednotkách promile. V případě enormního rozvoje OZE během 20 let se může jednat o hodnotu do 2 procent. Má tato technologie budoucnost při zohlednění ekonomiky výroby (v rámci ČR, případně v jiných zemí)?
  2. Na straně 126 autor poukazuje na výši nákladů technologie P2G, přičemž druhy nákladů jmenuje. Následně uvádí, že:“ Vypočtená teoretická výše výrobních nákladů může i několikanásobně narůst v případě zahrnutí dalších proměnných vstupujících do výpočtu“. Může pojmenovat další proměnné, které mohou několikanásobně zvýšit cenu?
  3. Na straně 129 autor sděluje, že až 20% koncentrace vodíku v ZP by výrazně zvýšila erozi potrubí. Jaké jsou současné materiály potrubí pro ZP a jaké by byly ideální materiály pro médium vodík?
  4. Je podle autora reálné očekávat zavedení uhlíkové daně i pro sektor plynárenství, tedy pro zemní, ale i jiné plyny?
  5. Pozn. č. 1 – Seznam příloh je prázdný, některé teoretické informace, které nejsou podstatné pro vlastní praktickou část, by bylo vhodné umístit to příloh závěrečné práce.
  6. Pozn. č. 2 – Pozor na označování P2H; v některých kruzích je zavedenějším názvem Power-to-Heat, označovaný stejným způsobem, jako Power-to-Hydrogen, tedy P2H.

Známka navržená oponentem: B