OTH Regensburg seit 170 Jahren Lehrbetrieb

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1 Potenziale und Herausforderungen von Power-to-Gas Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. FENES, OTH Regensburg Speicher aus NRW für die Energiewende Landtag NRW Düsseldorf 30. Oktober 2015 OTH Regensburg seit 170 Jahren Lehrbetrieb Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Über Studierende Ca Professoren, Mitarbeiter, Lehrbeauftragte 6 Technische Fakultäten, BWL, Sozialwesen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2

2 Strom ist speicherbar & wird zur Primärenergie! Abb. + Folien kostenlos zum Download Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3 Inhalt 1) Netze und Speicher statt Netze vs. Speicher 2) Technologie und Kosten von Power-to-Gas 3) Geschäftsmodell Energiewende 4) Schlussfolgerungen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4

3 Was sind Energiespeicher? Wärmespeicher Pumpspeicher Kohlehalden Gasspeicher... viel mehr als Batterien! Source: Sterner, Stadler, 2014, add. pictures Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 5 Was sind Energiespeicher? Gassektor 5 4 Stromsektor Stromspeicher Wärmespeicher Gasspeicher Wärmesektor Power-to-Heat, Flexible KWK Einspeichertechnologie Power-to-Gas Power-to-Gas als Stromspeicher Power-to-Gas als Wärmespeicher Power-to-Gas als Stromkraftstoff Kraftstoffspeicher Verkehrssektor 6 7 Elektromobilität Power-to-Liquid als Stromkraftstoff Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 6

4 Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher Ausgleich Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE Räumlicher Ausgleich (Netzausbau) Zeitlicher Ausgleich Nur über Speicher machbar Mit PtG günstiger als ohne! Speicher können Netzausbau reduzieren Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 7 Paradigma Netzausbau günstigste Flex.option noch gültig? Verkabelung 1. Technisch schwierig 2. Gesellsch. besser akzeptiert? 3. Mehrkosten: + 15 Mrd. Weiter stockender Netzausbau: Mehrkosten Redispatch: heute ca. 500 Mio. - in wenigen Jahren: 1 Mrd.? Speicher als Lösungsoption nicht aufschieben, sondern angehen! Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 8

5 Inhalt 1) Netze und Speicher statt Netze vs. Speicher 2) Technologie und Kosten von Power-to-Gas 3) Geschäftsmodell Energiewende 4) Schlussfolgerungen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 9 Gasspeicher sind ausreichend vorhanden Die Infrastruktur zum Energietransport ebenfalls Transportkapazität: km Gasleitungen vorhanden! Speicherkapazität: ca. 337 TWh Gasspeicher = 337 Mrd. kwh Batterien (42 Mio. Kfz (Theorie) = ca. 70 Mrd. Pumpspeicher Hausbatteriespeicher (vereinfacht) = ca x alle deutschen Pumpspeicher 66 GW Gaskraftwerke 3 Monate Versorgung sichern H 2 : 2 % möglich, perspekt. 10 %, verbrauchsabh. begrenzt Methan: 100 % bereits heute unbegrenzt möglich Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 10

6 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? IWES, 2010 Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H2 reagiert mit CO2 Quelle: Sterner, 2009 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11 Power-to-Gas Das Original Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, Specht Specht et al, 2010 et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 12

7 Power-to-Gas einziger nationaler Langzeitspeicher Speicherkapazitäten vs. Ausspeicherdauern Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 13 PtX: Stromkraftstoffe ergänzend zu Elektromobilität und Biokraftstoffen Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14

8 Dekarbonisierung v. a. von Mobilität & Chemie erfordert Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals) Abschätzung zukünftiger Märkte für Power-to-Gas in GW Durchschn. Stromnachfrage (Leistung) heute min max min max min max Chemie Verkehr Strom Quelle: Sterner et al, Agora Speicherstudie Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 15 Grünes Gas: Bindeglied zwischen erneuerbarer und fossiler Welt Gas Fossile Infrastruktur De-karbonisierung Strom Wärme Mobilität Industrie Erhalt unserer Investitionen Vermeidung von neuem und Verwendung von vorhandenem CO 2 Strom Energiewende Gas Power-to-Gas Strom Wärme Mobilität Industrie Nutzung von Überschussstrom Quelle: Ostermeier, MAN, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 16

9 Power-to-Gas volkswirtschaftlich sinnvoll, aber betriebswirtschaftlich derzeit nicht darstellbar Quelle: DVGW, 2013, Bildquellen: Audi AG, E-ON AG, Viessmann Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17 Das eine bedingt das andere... Zu hohe Kosten Zu kleiner Markt Abhilfe: Anschubfinanzierung Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18

10 Effizienzsprünge und Kostensenkungen zu erwarten Treiber sind Markterweiterung und technologische Innovationen Bedeutungund Notwendigkeit von Windgas für die Energiewende in Deutschland, Pressekonferenz zur Vorstellung der Windgas-Studie2015 Prof. Dr. Sterner, Seite OTHR, 19 S. 19 Power-to-Gas günstigster Langzeitspeicher PtG: geringe Selbstentladung und kwh-kosten Vergleich Kosten der Stromverlagerung Batterien bis zu 1 h am günstigsten, dazwischen Pumpspeicher Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 Windgas-Studie für Greenpeace Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20

11 Stromsystem mit Power-to-Gas günstiger als ohne Erdgas vs. Windgas Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 /t CO 2, Kostendegression Power-to-Gas: 13 % pro Verdoppelung der inst. Leistung Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 Windgas-Studie für Greenpeace Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21 Inhalt 1) Netze und Speicher statt Netze vs. Speicher 2) Technologie und Kosten von Power-to-Gas 3) Geschäftsmodell Energiewende 4) Schlussfolgerungen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22

12 1970er: Energiekrise Strategische fossile Reserven 20xx: Energiewende Strategische erneuerbare Reserven Reserven = Speicher = Versorgungssicherheit kwh Source: IGU, 2014, own additions Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23 Deutschland importiert für 100 Milliarden Primärenergie jedes Jahr, v. a. Kohle, Öl und Gas. In 10 Jahren verbrennen wir 1000 Mrd. Investition in erneuerbare Energien & Infrastruktur (Netze + Speicher) ist eine attraktive Kapitalanlage Quelle: Gerhardt et al., 2013 ( Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 24

13 Energiewende lohnt sich Rendite 4 7 % bis 2050 Kosten aller Sektoren inkl. Speicher enthalten Quelle: Studie Geschäftsmodell Energiewende Norman Gerhardt et al., 2013 ( Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 25 Energiespeicher als Kernelement der Energiewende 1 Option: Zellularer Ansatz regionaler Ausgleich Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26

14 Inhalt 1) Netze und Speicher statt Netze vs. Speicher 2) Technologie und Kosten von Power-to-Gas 3) Geschäftsmodell Energiewende 4) Schlussfolgerungen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27 Die Energiewende erfordert eine Speicherwende Notwendig für Dekarbonisierung & Versorgungssicherheit Nicht nachhaltig, aber verfügbar Nutzen bestehender Transport- und Speicherinfrastruktur spart Kosten Laden: Ladegeräte gebraucht! Power-to-Heat, Power-to-Gas, PtX Speichern & Entladen: vorhanden und erweiterbar Passend für Gas, Wärme und Kraftstoffe Sektorenübergreifende Speicherung birgt großes Potenzial Energiemärkte entsprechend zusammenführen und neu gestalten Barrieren zwischen den Sektoren abbauen (z. B. Abgaben) Source: Own compilation Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28

15 Zusammenfassung Energiewende erfordert auch eine Speicherwende Kein Energiesystem ohne Speicher Sektorenkopplung nutzen Chance: globale Vermarktung hochkomplexer technischer Systeme Power-to-Gas senkt die Kosten + wird benötigt Einziger heimischer Langzeitspeicher in geforderter Größe samt Transportnetz Sektorenkopplung ermöglicht Dekarbonisierung von Verkehr und Chemie Politische Rahmenbedingungen sind zu setzen Finanzierung der Anschubphase durch eingesparte fossile Importe + CO 2 Erlöse Energiemärkte gestalten: 1) technologieoffen, 2) wettbewerblich - auch regionale Märkte, 3) Schnelligkeit 4) Beitrag ges. Leistung, 5) fairer Zugang für Speicher, Erneuerbare Energien und Lastmanagement Speicher anschieben statt belasten Umlagen + Abgaben für Anschubkontingent bis Fertigstellung Stromtrassen aussetzen Speicher als kosteneffiziente Option für Netzbetreiber zulassen) Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29 Egal ob Flüchtlingskrise oder Energiewende Es erscheint immer unmöglich, bis man es gemacht hat. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30

16 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) michael.sterner a oth-regensburg.de Vielen Dank Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31 Flexibilität skandinavische Wasserkraft begrenzt Wesentliche Langzeitausgleichsoption im Europäischen Kontext Begrenzungen 1. Speicherwasserkraft nicht gleich Pumpspeicher 2. Vermischung Salz- und Süßwasser 3. Stromnetzausbau in den Ländern notwendig 4. Europa braucht die Kapazitäten ebenfalls Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32

17 Netzstrukturen der Zukunft? 1 Option: Zellularer Ansatz Vernetzte Energiezellen Weitgehende Autarkie Überregionaler Ausgleich min. Ausregelung von Erzeugung und Verbrauch auf niedrigster Ebene Quelle: VDE, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33 Netzausbau ist die günstigste Flexibilität Entscheidung abhängig von Verfügbarkeit und lokaler Situation kV-Netzverstärkung erforderlich für Spannungshaltung, Überlastungsprobleme (Trafo, UA) sind damit nicht behoben 1. UA Wettringen und Neuenkirchen werden aufgelöst und UA Maxhafen (110-kV) neu gebaut kV-Zielnetzkabel werden erforderlich zur Neueinbindung 10-kV-Netzverstärkung (1) prinzipiell dann unnötig; stattdessen mobiler Speicher wirtschaftlicher. Quelle: Nykamp, Westnetz 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34

18 WBGU 2008: Integration von Biomasse: in das Gasnetz ideal Vorstellung auf int. Biomassekonferenz in Valencia Juni 2008 Quelle: Schmid, Sterner für WBGU, 2008 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 35