Panel: Energie. Dezentrale Energiespeicherung und intelligente Energieverteilung als Voraussetzung für den Wandel in der Energieversorgung

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Björn Heinrich
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1 Panel: Energie Dezentrale Energiespeicherung und intelligente Energieverteilung als Voraussetzung für den Wandel in der Energieversorgung Moderation: Prof. Wolfgang Arlt 1

2 Yet the vows of this Nation can only be fulfilled if we in this Nation are first, and, therefore, we intend to be first. In short, our leadership in science and in industry, our hopes for peace and security, our obligations to ourselves as well as others, all require us to make this effort, to solve these mysteries We choose to go to the moon. We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard, because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept, one we are unwilling to postpone, and one which we intend to win, and the others, too. John F. Kennedy, Rice-stadium, September 12, 1962 Armstrong und Aldrin betraten am 21. Juli 1969 als erste Menschen den Mond. Wir brauchen ein Ziel. 2

3 Bundeskanzlerin Merkel am 16.Juli 2012 Deutschland könne als erste große Industrienation zum Vorreiter für den Umstieg auf erneuerbare Energien werden, sagte Merkel am Montag in Berlin. Dies biete Chancen für Exporte, Entwicklungen, Technologien und Arbeitsplätze. Zitat FAZ Ministerpräsident Seehofer: in einer Regierungserklärung: Wenn wir schnell sind, ist die Energiewende in Deutschland ein einziges großes Konjunkturpaket für Bayern. Süddeutsche Zeitung Wir brauchen ein Ziel. 3

4 Ja, aber Energie wird sicher teurer! Im Moment produzieren wir mit weitgehend abgeschriebenen Anlagen und Netzen, es würde auch teurer ohne regenerative Energie. Allein die Größenordnung des Anstiegs ist unklar. Sind wir weit genug? Nein, der Startschuss ist gerade gefallen. günstigere Investitionspreise effektivere Anlagen Speicher Woran fehlt es? Startschuss allein reicht nicht, wir müssen es auch tun. The German angst: Klappt die Energiewende? 4

5 Verschiedene Gesetze müssen geändert werden. Es fehlt eine zentrale Netzsteuerung. Schon 12 Monate nach dem Startschuss und 10 Jahre vor der Vollendung wissen einige Politiker, dass es nicht klappen wird = Verunsicherung Flexibler Strompreis muss an den Verbraucher durchgestellt werden. Speicherforschung jenseits der Batterie muss wesentlich intensiver werden. Wer ist der Beauftragte für die Energiewende? Wo ist der Masterplan? Empfehlung Die Bundesregierung sollte so viel Aktivität zeigen wie der Freistaat Bayern. Die EU sollte den sonnenreichen Mittelmeerländern ermöglichen, einen Energieexport zu installieren. Die Bundesregierung gibt die Schrittweite vor 5

6 15.15 Einführung Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Arlt Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik sowie Gründungsleiter und Sprecher des Energie Campus Nürnberg Dezentrales System zur Speicherung von Elektrizität Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann Leiter des Zentrums für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse Effiziente Nutzung von Abwärme: Eine Chance für die Region Andreas Knobloch München, T-Systems International GmbH, Vice President Strategy & Communication Die Energiewende zu Hause wie ermöglichen intelligente IKT-Lösungen mehr Energieeffizienz? Prof. Dr. Peter Dabrock Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Systematische Theologie II (Ethik) und stellvertretender Vorsitzender des Deutschen Ethikrats Energie und Ethik Diskussion Programm 6

7 Dezentrales System zur Speicherung von Elektrizität Prof. Wolfgang Arlt Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik Wiss. Sprecher des Energie Campus Nürnberg EnCN Mitglied des bayerischen Energierates 7

8 Additiv zu bayerischen Forschungsprojekten wie Bayerische Initiativen für Elektromobilität Angewandte Energieforschung "Solarfabrik der Zukunft" und Smart Grid City Energie aus biogenen Stoffen Neue Werkstoffe und Rohstoffversorgung u.v.a.m hat das bayerische Kabinett ein Forschungsprogramm Bayerische Allianz für Energieforschung und technologie am gebilligt, Finanzrahmen dafür und die energetische Sanierung von staatlichen Gebäuden: 126 Mio. in 2012 erhalten bis zu 1 Mrd. innerhalb von 5 Jahren Energiekommissar Günther Oettinger: "Bayern ist mit Adressen wie [Aufzählung von Firmen] Premiumgesprächspartner für Energieforschung" Die Konjunkturprogramm Bayerns 8

9 Die wichtigsten Forschungsziele sind: 1. Weiterer deutlicher Preissturz der nachhaltigen Energieerzeugung auch unter Inkaufnahme einer Marktbereinigung 2. Speicher Kurzzeitspeicher: Kondensatoren, elektrochemische Speicher Mittel- und Langzeitspeicher: chemische Stoffe (Methan, Carbazol, ) Wasserstoff ist ein ideales Energieträgermolekül, aber: Sehr schlechte Transportdichte Extrem schlechte Speicherfähigkeit Sehr ungewöhnliche Transportbedingungen (hoher Druck, niedrigste Temperatur) Keine öffentliche Infrastruktur Außerhalb einer professionellen Umgebung Sicherheitsbedenken Hauptforschungsziele 9

10 ENERGIE CAMPUS NÜRNBERG Spitzenforschung entlang der Energiekette! Erzeugung Transport & Speicherung Nutzung Materialforschung für Energiegewinnung und Energietransport Leistungselektronik, Informationstechnik und Energieflusssteuerung für elektrische Netze, chemischer Transport & Speicherung Energieeffizienz durch neue Materialien, Prozesse, Elektronik und intelligente Steuerungen Simulation und Optimierung von Energienetzen Sozioökonomische Begleitforschung Design für Energieeffizienz Forschungsprogramm des Energie Campus Nürnberg 10

11 B H 2 C Bavarian Hydrogen Center Elektrolyse Hydrierung Speicher Regenerative Quelle Dehydrierung Beispiel: Speicherung von Strom bzw. Biomasse zu Strom Wärmekraft maschine Brennstoff zelle Ziel: Wasserstoff-Wirtschaft sicher ohne niedrige Temp./hohen Druck ohne neue Infrastruktur Energiewende, die Antwort Bayerns: Gründung des BHC im Mai

12 Name Menge GWh Netto-Leistung, MW Volllast-h Isar Isar Grafenrheinfeld Grundremmingen B Grundremmingen C Summe Summe: im Mittel 92 in % Voll-Laststunden PV 1000 Bedarf an Menge aus PV (6135 MW x 8) MW in D IST-PV (Ende 2011, aus Zeitung) MW Bei 1000 Volllaststunden Strommenge in GWh GWh bei Zubau von 600 MW/a = 70 a Mittlerer Verbrauch an Elektrizität in Bayern Maximaler elektrischer Abtransport Ungedeckt sind GW = MW MW MW Ausstieg aus der Kernenergie in Bayern: Grenz- Szenario Kompensation Kernkraft allein mit PV 12

13 Wieviel Volumen brauche ich für 10 MWh elektrischer Energie? Das ist etwa 2-4 Volllaststunden einer Windanlage 5 Vollaststunden eines Photovoltaik-Parks 30 sec eines Atomkraftwerkes Pumpspeicher 300 m m³ 1 m 3 Diesel Speicher für 10 MWh Gasspeicher verdichtete Luft 3400 m 3 20 bar Li-Ionenbatterie 30 m³ LOHC 5 m³ Pumpspeicher sehr effektiv; Potential in Deutschland ausgenutzt; Bayern: 590 MW/Gesamtenergie (in Summe 2564 MWh); Bedarf MW! Verdichtete Luft Pilotanlage in Nord- Deutschland; Kavernen notwendig; braucht Wärmeintegration LOHC höchste Speicherdichte; nutzt die Infrastruktur von Benzin/ Diesel Ein volumetrischer Vergleich von Speichern 13

14 Energie Tragende Stoffe Brauchen keine Atmosphäre = intrinsische Lösung des Klimaproblems Kreislaufwirtschaft Reduzierter Netzausbau 1) LOHC (siehe nächste Folie) 2) Alkalioxide Energieträger 1) CO 2 -> Methan: braucht reinstes CO 2, energetisch weniger günstig 2) Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas: energetisch günstig; Festhalten an fossiler Versorgung (5 Vol% Wasserstoff erlaubt) Chemische Speicher nutzen die vorhandene Infrastruktur! Elektrische Netze speichern NICHT! Chemische Speicheroptionen 14

Lösungsansatz: Wasserstoff als Langzeitspeichermedium Problem: verlustfreie Lagerung bei hoher volumetrischer Energiedichte Angewandte H 2 -

15 Lösungsansatz: Wasserstoff als Langzeitspeichermedium Problem: verlustfreie Lagerung bei hoher volumetrischer Energiedichte Angewandte H 2 - Speichermethoden Druckgasspeicherung (p = 700 bar) Flüssigspeicherung (T = -253 C) Thermodynamik Dr. Mokrushina 6 Doktoranden Wasserstoff: Energieträger der Zukunft? 15

16 50 kj/mol H 2 exotherm energiearm energiereich + 6 H bar, 150 C Katalysator 1-3 bar, 220 C Katalysator - 6 H 2 endotherm 50 kj/mol H 2 = 300 kj/mol LOHC + mechanischer Antrieb Carbazol ist die in der Presse verwendete und unwissenschaftliche Kurzform des am weitestgehenden untersuchten LOHCs, des Systems Dodecahydro-N-ethylcarbazol (H12-NEC)/ N-Ethylcarbazol (NEC) Patent: Air Product & Chemicals [2004] in den USA Liquid Organic Hydrogen Carrier als ein Energie Tragender Stoff 16

17 Stationäre Anwendung Dezentrale Speichertechnik = inkrementelle Einführung einer neuen Technologie 17

18 Jedes Haus mit Heizöltank ist ein potentieller Energiespeicher für unstete Energie! Energie-autarkes Haus bzw. Haus als dezentraler Energiespeicher 18

19 Strom O 2 Kälte Speichertank H12-NEC/ NEC H12-NEC NEC H 2 Hydrierung Elektrolyseur H 2 AKM Brennstoffzelle Dehydrierung Wärme H 2 O Wärme H 2 O Luft Green Hospital: Energie-autarkes Krankenhaus 19

20 H12-NEC Strom von Windmühle Geringe Nutzung der Wärme Bessere Nutzung der elektrischen Wege Hydrierung NEC Speichertank NEC H 2 Dehydrierung H12-NEC H 2 zum Stromnetz H 2 O Luft H 2 O O 2 Elektrolyseur + Brennstoffzelle Teil-autarke Windanlage 20

21 Stationäre Anwendung Zentrale Speichertechnik 21

22 Heiße Quellen Off-shore Windanlagen PV-Technik Zentrale Speichermöglichkeiten: externe Energieversorgung Deutschlands mit LOHC digitale-europakarte.de 22

23 1. LOHC haben das Potential, die Pufferung der regenerativen Elektrizitätsversorgung, die Hausheizung und die Mobilität mit einem System zu lösen. 2. LOHC passen in die heutige Infrastruktur von Diesel und Benzin. 3. LOHC bieten intrinsisch eine Lösung des Klimaproblems. 4. Die Technik vieler LOHC-Einzelschritte ist in der chemischen Industrie bekannt. 5. LOHC bringt 4 leistungsfähige deutsche Industriezweige zusammen: Chemie Elektrotechnik Fahrzeugbau - Umwelttechnik Zusammenfassung 23

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