Energia eólica e hidrogénio unidos para a protecção do clima

Energia eólica e hidrogénio unidos para a protecção do clima

O hidrogénio é considerado A solução para a transição energética. A energia eólica é poderosa, mas não utiliza plenamente o seu potencial. Os dois devem poder ser reunidos para avançar com a descarbonização. Afinal, só o hidrogénio "verde" produzido com a ajuda de energias renováveis é realmente útil contra as alterações climáticas.

Neste artigo, abordei ambos os tópicos e examinei como podem fazer avançar conjuntamente a transição energética e a protecção climática. Três exemplos mostram que esta interacção já está a ser testada e implementada.

Hidrogénio - realmente a resposta a todas as perguntas?

O hidrogénio como vector energético é visto em muitas discussões e relatórios como A grande solução para a transição energética. Em geral, o hidrogénio é um excelente meio de armazenamento e pode ser facilmente transportado em tubos e contentores adequados. Isto também tornaria a energia disponível em qualquer altura, independentemente da hora do dia, da estação do ano ou das condições atmosféricas.

Mas o hidrogénio só pode contribuir para a protecção climática se a electricidade das energias renováveis for utilizada para a sua produção em electrólise - o chamado hidrogénio "verde". Todos os outros métodos de produção são bastante prejudiciais para o nosso clima.

Para a produção de hidrogénio, é necessária electricidade a partir de energias renováveis, principalmente energia eólica e solar. Isto significa que a utilização directa da electricidade gerada ou armazenada compete com a utilização do hidrogénio. Em muitos casos, contudo, é mais eficiente utilizar directamente a electricidade - seja para electromobilidade ou em bombas de calor.

A eficiência da electrólise situa-se entre 60 e 70 por cento. Se gerarmos electricidade a partir do hidrogénio numa célula de combustível, a eficiência para esta etapa é de 60 a 80 por cento. Isto significa que temos de utilizar pelo menos três vezes mais electricidade de energias renováveis para o hidrogénio verde como armazenamento de electricidade. O esforço e os custos aumentam em conformidade.

Alguns processos industriais não podem ser electrificados ou requerem o uso directo de hidrogénio. A indústria química já utiliza grandes quantidades de hidrogénio para a produção de amoníaco. O hidrogénio verde pode substituir o gás natural fóssil.

A energia eólica é parte da descarbonização com problemas

Juntamente com a energia fotovoltaica, a produção de electricidade a partir da energia eólica é uma parte importante da descarbonização. A electricidade proveniente de turbinas eólicas representou 27% do fornecimento de electricidade da Alemanha em 2020, o que a torna a mais importante fonte de energia única no mix de electricidade do país.

Mas a energia eólica, ao contrário da energia solar, não pode ser utilizada no ponto de produção, porque as turbinas eólicas estão quase sempre localizadas longe dos consumidores de electricidade. Os residentes locais não devem ser incomodados com o ruído dos rotores. Alguns actores políticos estabelecem, portanto, grandes distâncias mínimas de 1 a 2 km das áreas residenciais. Outra razão pela qual estão localizados principalmente em regiões escassamente povoadas.

Distribuição espacial desigual

O resultado é uma distribuição espacial desigual da energia eólica na Alemanha. No monitor de vento do Instituto Fraunhofer de Economia da Energia e Tecnologia de Sistemas de Energia podemos ver a distribuição espacial na Alemanha e a velocidade média do vento local. Os maiores parques eólicos terrestres alemães estão no norte e no leste - não há realmente espaço nas outras regiões?

A gestão do feed-in provoca cortes de energia

Outro problema com a energia eólica é a gestão de feed-in. Esta restrição de electricidade proveniente de fontes renováveis pelo operador da rede é necessária quando secções individuais da rede eléctrica estão sobrecarregadas e o fornecimento de electricidade não pode ser tomado. As turbinas eólicas são particularmente afectadas por esta medida - são depois desligadas do vento para deixarem de conduzir a turbina e assim gerarem electricidade.

Em 2019, uma quantidade de electricidade de 6.482 GWh teve de ser reduzida pelos operadores da rede, mais 19 por cento do que no ano anterior. Destes, 78 por cento foram responsáveis pela energia eólica onshore e 18 por cento pela energia eólica offshore. Apenas quatro por cento das turbinas que foram desligadas não eram turbinas eólicas (fonte: Relatório de Monitorização 2020 da Agência Federal de Redes).

6,48 terawatt horas de electricidade gerada de forma limpa poderiam ter sido utilizadas noutras aplicações e evitado o uso de combustíveis fósseis. A isto juntam-se os custos de mais de 700 milhões de euros que tiveram de ser pagos aos operadores de instalações como compensação.

Utilização de plantas pós-EEG

A Lei das Fontes de Energia Renováveis (EEG) está em vigor desde 2000. Uma vez que limita a tarifa de alimentação a 20 anos, as turbinas eólicas mais antigas perdem este direito. Depois disso, os operadores têm de pensar em como podem continuar a operar economicamente.

O auto-consumo de electricidade, como nos sistemas fotovoltaicos, não é possível. As turbinas eólicas estão directamente ligadas à rede eléctrica e estão localizadas demasiado longe dos consumidores mais próximos. Por conseguinte, os operadores têm de encontrar um comprador para a comercialização directa da electricidade. As alternativas seriam a repotenciação, mas isto falharia devido à permissão, ou o desmantelamento das velhas turbinas.

Como o hidrogénio pode ajudar a energia eólica

Agora o hidrogénio mencionado no início entra em jogo. Com a produção de hidrogénio verde, não podemos resolver completamente os problemas de energia eólica acima mencionados, mas podemos, pelo menos, reduzi-los. É aqui que a electrólise pode ser bem aproveitada e o hidrogénio pode dar um importante contributo para o sucesso da transição energética.

Gráfico: Greenpeace Energia eG

Produção de hidrogénio durante engarrafamentos da rede

A distribuição espacial desigual da energia eólica requer capacidades suficientes nas redes para transportar a electricidade para os consumidores. Se as capacidades não forem suficientes, ocorrem estrangulamentos na rede eléctrica e como resultado os operadores da rede têm de desligar as turbinas eólicas.

Então porque não utilizam antes a electricidade para a electrólise e produzem gás limpo? Os electrolisadores podem ser utilizados conforme necessário e regulados em conformidade. As turbinas eólicas podem continuar a funcionar e a energia não fica por utilizar. O hidrogénio produzido pode ser alimentado numa rede ou armazenado em tanques e transportado para poupar gás fóssil noutro local.

Produção de hidrogénio com turbinas eólicas antigas

As velhas turbinas eólicas que já não recebem tarifas de alimentação (pós-EEG) precisam de um comerciante directo ou de outra solução para o seu funcionamento contínuo, caso contrário já não podem ser exploradas economicamente. A electrólise para a produção de hidrogénio verde oferece-se a si própria como um comprador seguro. Desta forma, a produção de electricidade neutra em termos de CO2 pode continuar.

De acordo com a Associação Alemã WindEnergy, o governo alemão estima a procura de electricidade limpa para a produção de hidrogénio verde em 20 TWh por ano. Uma grande parte desta pode ser fornecida pelas chamadas plantas pós-EEG.

No entanto, um pré-requisito para um modelo de negócio funcional é também uma isenção da sobretaxa EEG e das taxas de rede, diz Sabine Peter, Presidente da Federação Alemã de Energias Renováveis. Desde o Verão de 2021 que está em vigor uma isenção da taxa EEG para a electricidade, mas até agora não se aplica às instalações que receberam financiamento ao abrigo da EEG.

Exemplos práticos de combinação de hidrogénio e energia eólica no artigo completo.