Struktur: Stephan Rieke

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1 Struktur: Herausforderungen im Stromsystem durch Integration von EE Mögliche Speicherlösungen als ein Integrationsbaustein Ansatz über erneuerbares Methan als Systemansatz bidirektionale Kopplung Strom- Gasnetz Status Aktivitäten SolarFuel konkrete Projektumsetzung Stephan Rieke

2 Volatilität von EE determinieren massiv die Einsatzanforderungen an Kraftwerkspark, Speicher SolarFuel: Stephan Rieket -2-

3 Die rechnerische Speicherreichweite des Erdgasnetzes liegt bei 2000 Stunden, die des Stromnetzes bei 0,6 Stunden Energieverbrauch und Speicherkapazitäten Deutschland, 2008 Verbrauch Durchschnittliche Leistung Speicherkapazität Rechnerische Speicherreichweite 6 TWh/a GW TWh h , , ,04 3 0,6 3 Erdgas Strom Flüssigkraftstoff 1 1) Benzin, Diesel, Kerosin 2) Jahreszeitlich stark schwankend 3) Pumpspeicherkraftwerke 4) 46 Untertage Gasspeicher / zzgl. 72 TWh in Bau / Planung 5.) Bevorratung an Benzin, Diesel, Kerosin und Heizöl EL 6.) Bezogen auf die durchschnittliche Leistung Quelle: ZSW -3-

4 Vollversorgung mit Ökostrom setzt große Speicherkapazität und lange Speicherdauer voraus Herausforderung Speicherkapazitäten aufbauen Erneuerbare Energien fallen unstetig an Wind- und Sonnenenergie fallen stark fluktuierend an, die Schwankungen werden durch Naturphänomene verursacht, die nicht beeinflussbar sind Trotzdem müssen EE jederzeit und überall zur Verfügung stehen, das Kernproblem ist somit die Speicherung, große Energiemengen müssen zum Zeitpunkt der Ernte eingelagert werden, um bei Bedarf stetig und gesichert abrufbar zu sein Im heutigen Energiesystem wird das durch Lagerung fossiler Energieträger gelöst Die Bevorratung liegt in einem Bereich, der dem Verbrauch mehrerer Monaten entspricht. Dies gilt jedoch nicht für Strom Erzeugung und Verbrauch müssen zeitgleich erfolgen Die heute vorhandene Stromspeicherkapazität in Deutschland beträgt nur 0,04 Terrawattstunden, rein rechnerisch der Strombedarf von weniger als einer Stunde Speicherdauer SolarFuel ermöglicht saisonale Speicherung im Terrawattstundenbereich 1 Jahr 1 Monat 1 Tag 1 Stunde Schwungrad Batterien Nas Li Pumpspeicher Druckluftspeicher CAES 1 kwh 1 MWh 1 GWh 1 TWh Speicherkapazität Bath County Wasserstoff SolarFuel/ e-methan SolarFuel erschließt das existierende Erdgasnetz mit einer Kapazität in Deutschland von >220 TWh zur Speicherung von Energie aus Wind und Sonne Quelle: SolarFuel, ZSW -4-

5 Vergleich Transportkapazitätsleistungen Gastransportleitg.-Freileitung- Erdkabel Ferngastransportleitung: D = 0,81 m, P therm = 12,5 GW D = 1,05 m, P therm = 18,26 GW D = 1,25 m, P therm = 28,56 GW (Cerbe) Transportverbrauch :1-2%/1000 km Unterirdische Verlegung, Nahezu keine Flächenbeanspruchung Speichereffekt Transportnetz als add on Nutzen Vorhanden Höchstspannung Drehstrom Freileitung P elektr. = 2 * 1,8 GW Mastenhöhe: m, Schneisenbreite: 100m Transportverbrauch: Verlust: Trafo 380kV/400V: ~ 6-11% Verlust : 110 kv Leitung: 6%/100 km (Grawe) 400kV Leitung: 3,5%/100 km (FH Aachen) Ausbaubedarf /Investitionsbedarf lt. DENA: >10 Mrd. Euro je nach Variante Infrastrukturumsetzung umstritten Erdkabel P elektr := 4 * 3`er System (bis zu je 0,5-1 GW) Schneisenbreite: 15 m Investitionsbedarf: spez. höher als Freileitung Infrastrukturumsetzung versus Kosten Tennet: RAG SolarFuel: Stephan Rieket Tennet: -5-

6 Speicher haben eine technologietypische Systemfrequenz Das Verhältnis von Speicher Energie und Speicher Leistung bestimmt die typische Systemfrequenz Laden Speichern Entladen P 1 P 2 E verf Überschuss verwerten Aufbewahren Bei Mangel bereitstellen Beispiele Technologien Kurzfristiger Ausgleich Täglicher Ausgleich Gesicherte Leistung ü ü ü Batterien Pumpspeicher Power-to-Gas E/P=1 h E/P=8 h E/P = unlimitie rt Ca. 60 große Zyklen unterschiedlicher Dauer sind von Saisoneinfluss und erratischen Einflüssen überlagert Kurzzeitspeicher sind für Langzeitaufgaben unwirtschaftlich Quelle: SolarFuel -6-

7 Renewable Power (to) Gas erneuerbares Methan Kopplung mit einer Biogasanlage Verdopplung des Ertrages IWES, ZSW, 2009 Vermeidung des Methanschlupfs Solar Fuel Hardware Quelle: Specht et al, 2009 Sterner,

8 Die Konvertierungsrate der γ-anlage (2015) liegt bei >60 Prozent (>80% mit Wärmenutzung), Erdgassubstitut ist einspeisefähig und handelbares Produkt Konvertierungsrate und Vergleich Gaszusammensetzung in Vol. %, G262 konform Konvertierungsrate Strom Elektrolyse 98.9% Substitute Natural Gas (SNG) 61,6% 100% 11.7% HT Abwärme Strom CO 2 -Verdichtung 1.1% 26.7% NT Abwärme s. KWK- Integration Gaszusammensetzung vor und nach Methanisierung, Vol. %, Wobbeanpassung äquivalent Biomethaneinspeisung Edukt-Gas H CH 4 -reiches Produkt-Gas (SNG) 90,1 Synthesereaktion Volumenabnahme 5:1 CH CO 2 CO 2 H 2 Quelle: SolarFuel -8-

9 Nach der Erprobung im Megawattbereich erfolgt der weltweite Roll-out des kommerzialisierten Produkts Lösung Industrialisierung und Kommerzialisierung Industrialisierung mit einer beta-anlage bis 2013 Die Demonstrationsanlage läuft ab 2013 mit einer elektrischen Anschlussleistung von 6,3 MW und einem geplantem Wirkungsgrad von 54 Prozent Kommerzialisierung mit Gamma-Anlage ab MW, η > 60% Ziel ist die Erprobung der SolarFuel Technologie im energiewirtschaftlich sinnvollen Maßstab und realen wirtschaftlichen Bedingungen Anschlusswert steigt 3-fach Ausgehend von der Kernaufgabe der Verstetigung von EE werden sowohl Einsatzszenarien im Mobilitäts- als auch im Energiewirtschaftlichen Bereich entwickelt und bewertet. Anschlusswert Steigt 10-fach 25 kw 250 kw 6,3 MW, η = 54% Am Standort werden unterschiedliche CO 2 -Quellen evaluiert Der Anlagenbetrieb wird von einem engen Monitoring begleitet um das Verfahren hinsichtlich Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wirkungsgrad weiter zu optimieren und die nachfolgende Verwertungsphase vorzubereiten. Pilot-Anlage November 2009 Alpha Beta Anlage 2013 Gamma Anlage 2015 Kommerzielle SolarFuel Anlagen stehen ab 2015 mit einer elektrischer Anschlussleistung modular bis 20 MW und einem Wirkungsgrad von mehr als 60 Prozent zur Verfügung, Ziel: < Euro/kWel Quelle: SolarFuel -9-

10 Gasverwendung in verschiedensten Energiesektoren kurzfristig mit vorhandener Gasinfrastruktur möglich : Systemsektoren übergreifend Gesicherte, planbare Vollversorgung auf Basis Erneuerbare Energien Windstrom im Gastank Langstreckenmobilität heute anwendbar Schifffahrt / Luftfahrt Erneuerbares Methan aus Power to Gas Verfahren Rückverstromung (peak power/ dez. KWK/GT-GUD) Wärmemarkt Kälte Chemierohstoff Gasspeicherung Pipeline Transport LNG Transport Energienutzungsvektor auf Systemplattform Gasnetz entsprechend Marktanforderungen (peak power versus Kraftstoff) -10-

11 Systemverschaltung von Biogas-BHKW Anlagen mit SolarFuel Anlagen ermöglicht Flexibilisierung von Biogas BHKW Betrieb Synergie zur Erlangung von Regelenergiefähigkeit von Biogasanlagen (>6.900 Anlagen) Erdgasnetz nimmt BHKW-/SolarFuel Gas im Stabilitätsaufruf auf, Wärme-/Biogasnetzverbund zur Effizienzerhöhung BHKW BHKW BHKW Wärmesenke Rohbiogas (Methan und Kohlendioxid) Fermenter Elektrolyse Methanisierungsstufe Wasserstoff Erdgasnetz Stromlieferung bei BHKW-Betrieb Strombezug bei Methanisierungsbetrieb Natürliches Methan aus Rohbiogas + Künstliches Methan aus H 2 / CO 2-11-

12 Das Geschäftsmodell steht auf zwei Säulen, Verkauf von erneuerbarem Gas und Verstetigung/Regelung von erneuerbarem Strom Einkommensströme einer Power-to-Gas Anlage Verstetigung/Regelung erneuerb. Strom Power-to-Gas Erneuerbares Gas Direktvermarktung geregelter Windstrom Spotmarkt Regelenergiemarkt Vermeidung Netzengpass EE-Gas Mobilität Strombezug = Bedienungslogik Wärme Überschuss Verstromung Unstetige Erzeugung Verstetigter Strom mit Mehrwert Strom Bedarfsgerechter Strom bei Mangel Quelle: SolarFuel -12-

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15 Umweltbilanz am Beispiel Kompaktklasse Laufleistung: km CO 2 - Äquivalente [g/ km] CO 2 -Emissionen well-totank CO 2 -Emissionen tank-towheel CO 2 -Emissionen Fahrzeugherstellung - 85% CO 2 (well-to-wheel) Benzin CNG BEV (EU- Strommix) BEV (Windstrom) BioMethan (Mais) e-gas (Windstrom) Ein mit e-gas betriebenes Fahrzeug ist genauso umweltfreundlich wie ein Elektrofahrzeug mit Windstrom Geschäftsstrategie und Business Case-Plan Solar AG 01 KMG_selected_13h04.ppt -15-

16 A3 Sportback TCNG Motor / Getriebe / Fahrwerk Motor: 1,4l TCNG, 81 kw Verbrauch CNG: < 4 kg / 100 km Reichweite CNG: > 400 km Höchstgeschwindigkeit: > 190 km/h Rahmendaten Produktionsbeginn: Herbst 2013 (Nachfolger A3) Das e-gas soll in den neuen Audi TCNG-Modellen ab 2013 genutzt werden Geschäftsstrategie und Business Case-Plan Solar AG 01 KMG_selected_13h04.ppt -16-

17 Wenn der Wind der Veränderung weht, bauen die einen Mauern und die anderen Windmühlen. Chin. Sprichwort Kontakt: SolarFuel GmbH Stephan Rieke