Power-to-gas aus Energiesystemperspektive

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1 Informationsveranstaltung Power-to-gas Power-to-gas aus Energiesystemperspektive 26. Oktober 2015 Dr. Peter Stenzel, SolaRE e.v.

2 Inhalt Energiewende und Bedarf an Langzeitspeichern Power-to-gas als sektorübergreifende Flexibilitätsoption Alternativen zu Power-to-gas 2

3 Ziele der Energiewende (EE) 3

4 Stromversorgung mit niedrigen EE Anteilen Steuerbare Erzeugung folgt der Last Stromnachfrage Konventionelle Kraftwerke Kohle, Erdgas, Erdöl, Kernenergie Stromerzeugung entsprechend Nachfrage Endenergie (Strom) Speicherung von Primärenergieträgern vor der Stromerzeugung 4

5 Stromversorgung mit hohen EE Anteilen Last folgt der Stromerzeugung Stromnachfrage Zusätzliche Flexibilitäten bestehen auf der Nachfrageseite (Steuerbare Verbraucher) Erneuerbare Energien Fluktuierende Quellen (Wind, Solar) Dargebotsabhängige Stromerzeugung Stromspeicher zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage Endenergie (Strom) Speicherung von Primärenergie nicht möglich Speicherung von Strom nach der Stromerzeugung Zusätzliche Flexibilität und Komplexität im Energiesystem 5

6 Klassifizierung von Energiespeichern Source: IEK-STE,

7 Stromerzeugungsszenario Deutschland Quelle: Leitstudie BMU, 2012 Anteil EE: 17 % 41 % 85 % Anteil EE 2014: ca. 27,8 % 7

8 Simulation für das Jahr 2020 (41 % EE) Quelle: Leitstudie BMU, 2012 Geringe Anzahl an Tagen mit Überschussstrommengen (Produktion > Last) Flexibilität kann durch konventionelle Kraftwerke, Biomasse, steuerbare Verbraucher / demand side management und die Abregelung EE bereitgestellt werden 8

9 Simulation für das Jahr 2050 (85 % EE) Quelle: Leitstudie BMU, 2012 Vielzahl an Tagen mit Überschussstrommengen (Produktion > Last) Längere Zeiträume (Tage-Wochen) mit geringer EE Erzeugung (Last > EE Erzeugung) Bereitstellung von Flexibilität weitgehend durch verbleibenden konv. Kraftwerkspark Speicher könnten interessant werden um die Abregelung EE zu reduzieren (Wirtschaftlichkeit?!) 9

10 Überschussstrommengen in Deutschland 10

11 Netzsituation in Deutschland, Nov Quelle: EEX, 2012 Erzeugungsleistung [MW] Einspeisesituation EE November 2012 Niedrigster Beitrag von Wind und PV: 0 % (kein wind, nachts) Höchster Beitrag von Wind und PV: 44 GW ( ) Tag Langzeitspeicher sind eine Option um längere Phasen mit niedriger Erzeugung aus EE zu überbrücken Zeitversetzte Integration EE aus Phasen mit Überschussstrommengen 11

12 Dauer von Windflauten in Deutschland Monat Jahr Quelle: RWE, 2010 Typische Dauer von Windflauten in Europa: 1 bis 3 Wochen Zum Ausgleich von Windflauten werden große Speicherkapazitäten benötigt 12

13 Langzeitspeicheroptionen Speichertechnologien Power-to-gas Sehr große Pumpspeicherkraftwerke (Redox flow Batterien) für kleinere Anwendungen (z.b. Einzelverbraucher) Optionen zur Verringerung des Speicherbedarfs EE Import & Export (Beispiel: DESERTEC) Abregelung erneuerbarer Energien Lastmanagement / Nutzung steuerbarer Verbraucher Flexible Kraftwerke Konventionell (nicht möglich in 100 % EE Szenarien) Biomasse 13

14 Konzept Power-to-gas Nutzung in anderen Sektoren (Verkehr, Wärme für Haushalte und Industrie) möglich 14

15 Wirkungsgrad Power-to-gas Wirkungsgrad ohne Methanisierung (direkte Wasserstoffnutzung): ca. 44 % 15

16 Vergleich Pumpspeicher Power-to-gas Pumpspeicher Goldisthal (Deutschland) 2 Salzspeicherkavernen für Power-to-gas Kapazität Goldisthal Quelle: KBB Underground, 2011 Um vergleichbare Speicherkapazitäten zu erreichen sind zahlreiche, sehr große Pumpspeicher zu errichten (Flächenverfügbarkeit?, Akzeptanz?) 16

17 Vorhandene Erdgasspeicherkapazitäten Land Anzahl Untergrundspeicher Speichervolumen [10 6 m³] Speicherkapazität [TWh th ] USA Russland Ukraine Deutschland Italien Kanada Weltweit: 6 % Kavernen Deutschland: 50 % Kavernen Andere Quelle: WGC, 2009 Stromverbrauch Deutschland: ca. 600 TWh el pro Jahr bzw. 1,65 TWh el / Tag Vorhandene Speicherkapazität: 203 TWh th * 0,6 = 122 TWh el (61 TWh el nur Kavernen) Theoretische Versorgungsdauer: 2,5 Monate (1,25 Monate nur Kavernen) Verfügbarkeit für Power-to-gas muss geprüft werden, da die Speicher momentan für andere Funktionen genutzt werden 17

18 Große Wasser-Speicherkraftwerke Speicherkapazität von Lake Blasjo (Norwegen) = 7,8 TWh Quelle: Statkraft,

19 Das DESERTEC Konzept EUMENA Europe Middle East & North Africa Mix fluktuierender (Wind, PV) und nicht fluktuierender (Wasserkraft, Biomasse, Solarthermische Kraftwerke) EE Ziel: Vergrößerung des Anteils nicht korrelierender EE durch großräumige Vernetzung 19

20 Wetterabhängigkeit Erneuerbarer Energien Sunny Possible solar energy supply to central europe Sunny Sunny Source: Ausgleich fluktuierender EE durch EE aus anderen Regionen Erhöhung der Versorgungssicherheit Netzausbau (HGÜ) für großräumigen Stromtransport erforderlich ( super grid ) 20

21 Zusammenfassung Steigender Anteil erneuerbarer Energien erfordert zusätzliche Flexibilität auf Erzeuger- und Verbraucherseite 40 % Erneuerbare Energien Kein Bedarf an Langzeitspeichern Begrenzte Phasen mit EE Überschussstrommengen Flexibilität wird durch den verbleibenden konventionellen Kraftwerkspark bereitgestellt 80 % Erneuerbare Energien Flexibilität kann überwiegend durch den konventionellen Kraftwerkspark bereitgestellt werden (benötigte Kraftwerkskapazität Höchstlast) Hohe EE Überschussstrommengen Langzeitspeicher werden zunehmend interessant zur EE Integration und Treibhausgasreduktion Langzeitspeicherbedarf ergibt sich aus einer Gesamtökonomischen Optimierung Für die höchsten EE Erzeugungsspitzen (sporadisch) ist die Abregelung die ökonomisch sinnvollste Option 100 % Erneuerbare Energien Sehr hohe EE Überschussstrommengen Langzeitspeicher werden benötigt um CO2-freie Flexibilität bereitzustellen Große Speicherkapazitäten erforderlich Zusätzliche Flexibilität durch Abregelung EE sowie EE Import/Export 21