Erfaringer fra demonstrationsanlæg baner vej for dynamiske PtX-projekter i storskala

Skovgaard Energys REDDAP-anlæg er verdens første dynamiske grønne ammoniakanlæg, hvor produktionen kan følge udsving fra vind og sol. Et tæt samarbejde mellem Skovgaard Energy, Topsoe og ABB har vist, at standardkomponenter, simulering og tidlig teknisk integration kan gøre nye PtX-anlæg lettere at skalere og mere konkurrencedygtige.

Naturens konstante udsving er en udfordring for Power-to-X-anlæg (PtX). Når vinden løjer af, eller en sky glider ind over solpanelerne, ændrer strømproduktionen sig med det samme. Og hvis PtX-anlægget er koblet direkte til de vedvarende energikilder, skal produktionen være tilsvarende fleksibel.

Det er krævende, specielt fordi dele af de kemiske processer i et PtX-anlæg normalt er designet til stabil og konstant drift. Når effekten fra elforsyningen ændrer sig, skal elektrolyse og de øvrige processer kunne reagere tilsvarende hurtigt for at sikre en kontrolleret og sikker produktion.

Et konkret eksempel er samspillet mellem transformer, ensretter og elektrolysekapacitet typisk skal tænkes som en samlet elektrisk kæde. Transformeren og ensretteren skal dimensioneres, så de både matcher den tilgængelige mængde strøm og elektrolysørens effektbehov.

De tre komponenter hænger tæt sammen: Transformeren tilpasser spændingsniveauet, ensretteren omformer vekselstrøm til den jævnstrøm, elektrolysøren skal bruge, og elektrolysøren omsætter strømmen til brint. Hvis én del dimensioneres forkert, kan det enten begrænse produktionen eller betyde, at man investerer i kapacitet, som ikke bliver udnyttet. Syntesedelen til ammoniak kan i højere grad skaleres særskilt.

Den udfordring har Skovgaard Energy, Topsoe og teknologivirksomheden ABB i fællesskab arbejdet intensivt på at løse. Nu viser erfaringer fra demonstrationsanlægget REDDAP ved Ramme nær Lemvig, at opgaven kan klares med standardkomponenter, der allerede kendes fra andre industrier. Det kræver dog grundig planlægning og tidlig dialog med teknologileverandøren.

Reduceret kompleksitet og risiko

REDDAP anvender strøm direkte fra områdets vindmøller og solceller til at producere grøn brint, som videreforædles til ammoniak og demonstrerer Topsoes dynamiske ammoniakteknologi. Anlægget er etableret af Skovgaard Energy, Topsoe og Vestas med støtte fra Det Energiteknologiske Udviklings- og Demonstrationsprogram, EUDP.

Anlægget er dimensioneret til at producere op til 5.000 ton grøn ammoniak om året. For Skovgaard Energy er det både et produktionsanlæg og et demonstrationsprojekt, der skal skabe viden om, hvordan dynamisk produktion fungerer teknisk og økonomisk i praksis.

– Med REDDAP får vi praktiske erfaringer med at producere grøn ammoniak direkte fra vind- og solenergi. Skal PtX for alvor skaleres, skal vi ikke alene bevise, at teknologien fungerer. Vi skal også lære, hvordan anlæggene kan bygges og driftes mere effektivt, så risici og omkostningerne falder fra projekt til projekt, siger Pat A. Han, teknisk direktør hos Skovgaard Energy.

Hos ABB, som er systemintegrator på el og automation på projektet, er der store forhåbninger til, at erfaringerne fra REDDAP kan være med til at give PtX-teknologien et kommercielt gennembrud. ABB’s kontrolsystem kan på tværs af hele værdikæden balancere strøm og proces imod i hinanden.

– Dynamisk PtX er i høj grad en integrationsudfordring. De tekniske komponenter er velkendte. Opgaven er at dimensionere dem korrekt, få dem til at arbejde sammen og styre anlægget som ét samlet system. Her kan erfaringerne fra Ramme være med til at reducere kompleksitet og ricisi i kommende projekter, siger Tom Lundsgaard Zøllner, Vice President for ABB Energy Industries i Denmark.

Fleksibilitet og kapacitetsudnyttelse

På REDDAP har ABB leveret en integreret løsning, hvor proceskontrol, elektrisk distribution og styring heraf bindes sammen. Leverancen omfatter også standardiserede effektkonverterings- og distributionsteknologier, der sikrer en stabil elforsyning til elektrolyseanlægget samt understøtter dynamisk regulering af driften og skalering af anlægget.

ABB har desuden bidraget til eldistributionen fra anlæggets transformertilslutning, til elektrolyseanlægget, kompressorer, pumper og alle øvrige elektriske forbrugere.

– Det handler ikke kun om at regulere op og ned for hydrogenproduktionen, når elproduktionen ændrer sig. Det særlige ved anlægget er, at ammoniakproduktionen kan følge med i samme tempo. Hele processen kan reguleres hurtigt og fleksibelt uden at gå på kompromis med hverken stabilitet eller sikkerhed, sigerTom Lundsgaard Zøllner.

Virtuelle test reducerer risikoen

Inden anlægget blev bygget, gennemførte ABB virtuelle test, der simulerede driften under skiftende belastninger. Formålet var at identificere flaskehalse og uhensigtsmæssige samspil, før de viste sig på det fysiske anlæg.

– Simuleringer bliver endnu vigtigere, når PtX-anlæg i fremtiden skal skaleres. De gør det muligt at afprøve driftsscenarier og begå fejl i et virtuelt miljø. Det giver et bedre beslutningsgrundlag og kan forkorte udviklingsforløbet for de næste projekter, siger Tom Lundsgaard Zøllner.

Ved at genbruge dokumenterede komponenter, systemarkitekturer, simulationsmodeller og integrationsprincipper bliver behovet for at udvikle hvert anlæg fra bunden mindre.

– PtX bliver ikke konkurrencedygtigt gennem én teknisk løsning. Men hvis vi kan reducere udviklingstiden, undgå overdimensionering og gøre driften mere forudsigelig og effektiv, kan vi forbedre en væsentlig del af business casen. Det kan gøre de næste projekter mere attraktive for både kunder og investorer og sikre lavere priser for slutproduktet, siger Pat A. Han.

Fakta om REDDAP

1. REDDAP står for Renewable Dynamic Distributed Ammonia Plant.
2. Det anvender strøm fra seks 2-MW vindmøller og 87.000 solceller til produktion af grøn ammoniak.
3. Anlægget er dimensioneret til at producere op til 8.500 ton årligt, men forventer at have strøm tilgængeligt til at producere 5.000 ton grøn ammoniak årligt.
4. Den forventede årlige CO₂-reduktion er 8.200 ton.
5. ABB har bidraget med studier og integrerede løsninger inden for elektrificering og automation. Herunder distribueret kontrolsystem, eltavler, thyristorbaseret ensretter, transformere, frekvensomformere og motorer.