Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft.

Transkript

1 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft. 1

2 Übersicht Energiewirtschaft und Energiewende heute Zweifel und Probleme Machbarkeit der Energiewende Warum wir Wasserstoff brauchen Die Vision einer Wasserstoffwirtschaft Zusammenfassung 2

3 Heutige Energieversorgung Zentrale Großkraft werke Verlust Stromspeicher Wind Solar Biomasse Stromnetz Strom Warmwasser Raumwärme Heizenergie -träger Heizöl Erdgas Heizung 3

4 Notwendigkeit der Energiewende Klimawandel Ressourcenknappheit Abhängigkeit von Importen Energiewende: 100% Erneuerbare Energien 4

5 Machbarkeit der Energiewende technisch und wirtschaftlich 5

6 Globales Szenario: 100 % erneuerbare Energien Einsparungen + Effizienzmaßnahmen 6

7 Kosten der konventionellen Energien Forschungsausgaben und Subventionen Gesellschaftliche Kosten Anpassung an den Klimawandel Belastung des Gesundheitssystems Kernenergie: Rückbau und Endlagerung 7

8 Kosten der erneuerbaren Energien 10 Jahre Quelle: Zentrum für Solar und Wasserstoffforschung 8

9 Problem der Energiewende Konventioneller Erzeuger Verbraucher Verbraucher Verbraucher Erneuerbarer Erzeuger Stromnetz Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Wie werden Verbrauch und Erzeugung in Einklang gebracht? Speicher saisonal langfristig 9

10 Windstrom Prognoseabweichungen 10

11 Zusammenfassung des Mögliche Lösung Fluktuationsproblems Massiver Netzausbau Speicherausbau Break-Even-Point zwischen Netz- und Speicherausbau Nachteile des Netzausbau nur begrenzt sinnvoll (Großwetterlagen) hohe Infrastrukturkosten/aufwendiges Lastmanagement Erneuerbare Energien von Natur aus dezentral 11

12 Die Wasserstoffwirtschaft Wie eine Vision Wirklichkeit wird! 12

13 Wasserstoffnutzung stationär mobil 13

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15 Brennstoffzellenheizung Produktion von Strom und Wärme etwa im Verhältnis 1:1 Im Sommer ist das Verhältnis von Warmwasser- zu Strombedarf etwa 40:60. O 2 Brennstoffzelle H 2 H 2 O Wärme Strom 15

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17 Brennstoffzellenfahrzeuge hoher Komfort Elektromotor Brennstoffzelle und Wasserstoffdrucktank Bremsenergierückgewinnung Mercedes F-Cell, 700 Bar Tank, 400 km Toyota FCHV, 700 Bar Tank, 800 km Van Hool, 350 Bar Tank, 350 km 17

18 Wasserstofftransport und Speicherung 18

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20 Wasserstofftransport Stromnetz Verluste ca. 6% verbrauchsabhängige Erzeugung nötig 600 MW-Leitung, 110kV: 1,2 Mio. /km Netzentgelt 2011: 5,06 Ct/kWh Gasnetz Verluste < 0,1% Speichermöglichkeit 600 MW-Leitung: 0,5 Mio. /km Netzentgelt 2011: 1,42 Ct/kWh Netzausbau: In den nächsten 10 Jahren: 40 Mrd. Netzaus- und Umbau: ca. 10 Mrd. 20

21 Wasserstofftransport Sicherheit Wasserstoff ist hochflüchtig. Wasserstoff verbrennt mit geringer Strahlungshitze. Geruchsmittel/Sensoren für Wasserstoff 21

22 Wasserstofftransport Umnutzung des heutigen Erdgasnetzes Strategiepapier des Strategiekreis Wasserstoff des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit : "Für eine zukünftige Wasserstoff-Energiewirtschaft [ ] ein Verteilnetz zu betreiben, das [ ] zu einem größeren Teil durch Umwandlung von dann nicht mehr benötigten Erdgasleitungen entstünde. TÜV Süd, Website: [ ] ein Pipelineverteilnetz aufzubauen, welches im Prinzip unseren heutigen Erdgasleitungen entspricht. So könnte einmal jedes Haus mit Wasserstoff statt Erdgas versorgt werden. Weltweit werden rund 1000 Kilometer Wasserstoff-Pipelines betrieben. 22

23 Wasserstoffspeicherung Flüssig- oder Druckspeicher marktreif Langzeitdruckspeicher in Salzkavernen Erfahrung mit Stadtgas (H 2 -Anteil >50%) Erfahrung mit reinem H 2 für chemische Industrie Leckageverlust ca. 0,015 % p.a. Kapazitäten Untertagespeicher: 73 TWh H 2 23

24 Salzkavernenspeicher 24

25 Leistung in MW Wasserstoffspeicherung Speichervolumen: m 3 Pumpspeicherkraftwerk Druckluftspeicherkraftwerk (adiabat) Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle Druckluft Pumpspeicher Wasserstoff, zentral verstromt Zeit in Tagen Quelle: KBB Underground Technologies GmbH 25

26 Wasserstoffproduktion Elektrolyse Biomassevergasung 26

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28 Elektrolyse Strom Wasser Wasserstoff + Sauerstoff 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Wirkungsgrad ist spannungsabhängig 1,42 V: nahe 100% Wirkungsgrad Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MW Wirkungsgrad: 65%-70% H i 28

29 Elektrolyse Wirtschaftlicher Wirkungsgrad abhängig von den Stackkosten Produktionsmenge NOW Studie heute 40-66,7 % (H i ) Wirkungsgrad langfristig 52,6-73 % (H i ) Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MW Wirkungsgrad: 65%-70% H i 29

30 30

31 Biomassevergasung Biomasse (feucht) Vergasung Synthesegas: H 2 + CO + CO 2 + H 2 O Sauerstoff Mineraldünger Gasreinigung Shift-Reaktion Herstellung von Wasserstoff aus Synthesegas Produktionsdruck bis zu 70bar Effizienz: 75% - 84% Trennung CO 2 H 2 31

32 Biomasse in einer Wasserstoffwirtschaft Reststoffe und Energiepflanzen aller Art nutzbar Ökologischer Anbau nach Prof. Scheffer möglich Roggen und Wintererbsenmischkultur 32

33 km/ha kwh/ha Vergleich der Effizienz verschiedener Biomassenutzungsarten Kraftstoffnutzung Stromnutzung km/ha kwh/ha 0 Rapsdiesel Bioethanol BtL Biomethan H2 0 Verbrennungsmotor Brennstoffzelle 33

34 Systemüberblick Wasserstoffwirtschaft 34

35 Biomasse Reststoffe Anbau Speicher Nahwärmenetz Brennstoffzellen- Heizkraftwerk Heizung Warmwasser Vergasung H 2 -Gasnetz Hausbrennstoffzelle Wind Elektrolyseur Solar Lokale Stromnetze Steckdose 35

36 Kosten einer Wasserstoffwirtschaft 36

37 Wasserstoffpreis in Cent/kWh Zukünftige Energiepreise 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Endkundenpreis Elektrolysewasserstoff 0, Biomassepreis in /atro Kostenbereich Beste case Datenquellen: DLR, Tetzlaff, eigene Berechnungen Endkundenpreise Bio-H2: 3-6 Cent/kWh Elektrolyse-H2: 8-10 Cent/kWh Heute (ohne Steuern) Erdgas: 6 Cent/kWh Strom: 12 Cent/kWh 37

38 Qualitative Kostenbetrachtung Doppelnutzen der Brennstoffzellenheizung Kosten auf heutigem Niveau Massenproduktion Übergangsphase: Stabilisierung des Stromnetzes Verzicht auf Stromnetzausbau Dezentrale Verstromung Vollständige Wärmenutzung Weiternutzung Gasnetz kein Neubau von z.b. Nahwärmenetzen Wegfall der Strominfrastruktur? 38

39 Zusammenfassung 39

40 Zusammenfassung Die Energiewende ist technisch und wirtschaftlich machbar. Wasserstoff ist das ideale Speicher- und Transportmedium. Die Energiewende kann mithilfe von Wasserstoff optimiert werden. 40

41 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft. Fragen & Diskussion 41