Dvě úspěšné topné sezóny se směsí zemní plyn a vodík

Do diskuzí o možnostech využít směs vodíku a zemního plynu pro vytápění přibyl další nevyvratitelný argument. Do vybraného úseku stávající distribuční sítě plynu v Jerichower Land v Sasku-Anhaltsku byla po dvě topné sezóny dodávána směs zemního plynu a vodíku.

Projekt realizovala součást koncernu E.ON, distribuční společnost Avacon Netz GmbH. ve spolupráci s odborným sdružením pro plyn a vodu DVGW. Výsledek prokázal, že na straně spotřebitelů nebylo nutné provádět jakékoli změny na spotřebičích plynu. Dveře k rychlé absorpci značného množství vodíku prostřednictvím stávající plynárenské infrastruktury a provozu připojených zařízení jsou otevřeny.

Podmínky projektu

Vybraná část distribuční sítě plynu s její infrastrukturou reprezentuje celou distribuční síť společnosti Avacon a výsledky lze proto aplikovat i na její ostatní části. Jedná se o středotlakou distribuční síť z 90. let 20. století o délce potrubí cca 35 km, ze které je zásobováno zemním plynem okolo 350 spotřebitelů. Napojeny jsou plynové spotřebiče primárně využívané k zásobování teplem. Přitom jde o široké spektrum technologií. Celkem šlo 352 spotřebičů od 30 výrobců, z nichž některé byly starší i více jak 30 let. Před zahájením přimíchávání bylo na žádost výrobce pro jistotu vyměněno pouze pět z nich. Přitom následné laboratorní vyšetření neodhalilo žádné bezpečnostně významné závady, a to znamená, že i tyto spotřebiče mohly být dále provozovány bez výměny.

Od prosince 2021 byla testována směs s 10 % vodíku. Následně v březnu 2022 probíhaly testy s 15% procentním podílem a během sezóny 2022/23 se ověřoval 20% podíl.

Kromě co nejrovnoměrnějšího promíchání směsi a udržování konstantní koncentrace vodíku byly testovány i náhodné změny koncentrace jako simulace stavů spojených s odběrem vodíku ze zásobníků, ve kterých výslednou koncentraci ovlivňuje nestabilita výroby z OZE.

Náhodné vzorky byly odebírány ve všech fázích a podle DVGW byly trvale pozitivní.

Všechna zařízení vykazovala nižší emise oxidu uhličitého CO₂, oxidu uhelnatého CO a i oxidů dusíku NOx při všech fázích provozu.

Při směsi obsahující 20 % objemových vodíku se vypouští o 7 % méně emisí CO₂ ve srovnání s metanem. Pokud by byla provedena i důsledná modernizace plynových spotřebičů a přechod na kondenzační technologii, lze podle DVGW počítat s průměrným snížením spotřeby samotného zemního plynu o cca 17 %, a v souhrnu by to přineslo průměrné snížení emisí CO₂ přibližně o 23 %.

Investovat do nových elektrických přenosových soustav nebo pro přenos energie prostřednictvím vodíku využít stávající kapacity plynových sítí?

I tento silně ekonomický aspekt je nutné zvážit. Popsaný projekt byl realizován v regionu, kde je již v současnosti nadbytek výroby elektřiny z OZE a s výstavbou dalších větrných a fotovoltaických elektráren bude takových regionů přibývat. Poplatky ze přenos elektřiny jsou zvyšovány, viz například i rozhodnutí českého ERÚ. A to jsme ve srovnání s jinými státy EU v podstatě stále na počátku. Potvrzují to slova předsedy představenstva provozovatele energetické přenosové soustavy ČEPS, Martina Durčáka. Ten v rozhovoru pro Inside Talks, Seznam zprávy, 12.1.2024 uvedl, že v zahraničí je obvyklé, že se platí mnohem víc za jistič a méně za skutečně spotřebovanou energii.

Fyzikální doplněk k výše uvedenému

U zemního plynu v ČR lze počítat s průměrným spalným teplem cca 10,7 kWh/m³ [7]. U vodíku je spalné teplo 3,56 kWh/m³, tj. cca 3,23 krát menší. To znamená, že se zvyšující se koncentrací vodíku musí stoupat množství směsi zemní plyn-vodík, které je přiváděno do spotřebiče, pokud má mít stejný tepelný výkon. 20% podíl vodíku znamená snížení výsledného spalného tepla z cca 10,6 na 9,21 kWh/m³ [7]. To znamená zvýšit množství dodávaného plynu o cca 15 %. Již v současnosti vzhledem k nejrůznějším energeticky úsporným opatřením v oblasti potřeby tepla pro budovy klesá spotřeba plynu. I z pohledu přenosové kapacity distribučních sítí včetně domovních přípojek se 20% příměs vodíku k zemnímu plynu jeví jako bezproblémová.

A cena vodíku?

V letech zavádění fotovoltaických elektráren do českého prostředí bylo nutné jejich instalace podpořit smluvně danou výkupní cenou elektřiny na úrovni více jak 12 Kč/kWh, když se cena elektřiny pro spotřebitele pohybovala na úrovni desetinásobně nižší. Teprve s masovým rozvojem výroby panelů a potřebné elektroniky došlo k výraznému poklesu výrobních nákladů. Je-li v současnosti energie z vodíku významně dražší než ze zemního plynu, nemusí to trvat věčně. Zvláště proto, že se rozbíhá výroba kontejnerových, standardizovaných konstrukcí elektrolyzérů. Přitom přebytky elektřiny z OZE v určitých částech dne již byly, a čím dále častěji i budou reálně neprodejné.

Sledovat uplatnění směsi zemního plynu s vodíkem je zajímavé, byť v současnosti, v oblasti vytápění, zvláště pak rodinných domů, jde o zatím nejistou hudbu budoucnosti.

Zdroje:

1. TGA-Fachplaner. Leden 2024.
2. Projekt Fläming – Erhöhung des Wasserstoffanteils. www.avacon.de
3. Avacon tests 20 per cent hydrogen in gas pipelines. www.energate-messenger.com
4. 20 percent hydrogen in the German gas network for the first time. www.eon.com
5. Wasserstoff-Innovationsprojekt: DVGW und Avacon ziehen positive Bilanz. www.sprit-plus.de
6. Hydrogen Research Projects. DVGW.
7. Spalování směsí zemního plynu s vodíkem v domácích plynových spotřebičích – 1. část. J. Fík, L. Čapla, J.  Žahourek. Dostupné na TZB