to-gas als Systemlösung für die Integration erneuerbarer Energien Power-to 1) Warum brauchen wir Power-to-Gas? 2) Wie funktioniert Power-to-Gas?

Transkript

1 Power-to to-gas als Systemlösung für die Integration erneuerbarer Energien Dr.-Ing. Michael Sterner Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik 1) Warum brauchen wir Power-to-Gas? 2) Wie funktioniert Power-to-Gas? 3) Wie können wir Anreize für Speicher gestalten? Parlamentarischer Abend Berlin ,ZSW, Solarfuel Weiterer EE-Ausbau erfordert flexiblen Kraftwerkspark und weitgehende Ausgleichsmaßnahmen (Lastmanagement, Netzausbau, Speicher)

2 BMU Leitstudie 2011: Ab 2030 relevante Überschussmengen bei idealem Netz und voller Kraftwerksflexibilität (ohne Europa, ohne Lastmanagement) Energie [TWh] Jahresausgleich Leistung [GW] Stundenausgleich Tagesausgleich Wochenausgleich Monatsausgleich Mehr Antworten: unser BMU Projekt Roadmap Speicher Quelle: Gerhardt IWES, 2011 für BMU Leitstudie 2011 Rein regenerative Energieversorgung hat sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau, Energiemanagement und Pumpspeichern 60 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 2007) 40 Defizite: 62 TWh Überschüsse: TWh 20 0 Residuallast (GW) Pumpspeicher Norwegen (Theorie) Überschüsse: TWh Defizite: 62.1 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 54.1 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ (Theorie) Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat 2010 Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) Gasspeicher haben die 1500 bis 3000-fache Kapazität aller Pumpspeicher (bei η GT,GuD = 28-55%) Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE

3 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H2 reagiert mit CO2 Erneuerbares Gas PowerPower-toto-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle:Quelle: Sterner, Sterner, SpechtSpecht et al, 2010 et al, 2010

4 Biokraftstoffe und Wind- und Solarkraftstoffe Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t Benzin-Äquivalente Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Invest 2010 /kw el Wirkungsgrad % Auslastung Stunden Strombezug 2010 /kwh el 0,02 0,02 Spez. Kraftstoffkosten 2010 /kwh th 0,60 0,10 Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011 Anreize? Speicheranreiz von der Grünen Wiese 1. Speicherung notwendig & immer mit Verlusten verbunden 2. Lagerraum notwendig mit geringen Kosten 3. Wetterabhängiger Ertrag = saisonal unterschiedlich viel wert

5 Übertragung auf ein zukünftiges Strommarktdesign & Speicheranreiz 1. Speicher werden gebraucht in unterschiedl. Größen & Funktionen i. Grundlegende F&E zum Speicherbedarf notwendig ii. Jeweilige Optionen nach Effizienz & Kosten nacheinander einsetzen 2. Lagerraum: strategische Reserve aufbauen wie bei Erdöl / Nahrung 3. Wetterabhängiger Energieertrag(Wind und Solar) = zeitlich unterschiedlich viel wert bedarfsgerecht vergüten i. Preiszonen Markt dem Netz anpassen ii. Große Preisspreizung hilfreich; Leistung bezuschussen, Energie nicht iii. Marktdesign: Energie und Leistunghandeln iv. Speicher dienen dem Netz Netznutzungsentgelte angebracht? Roadmap Energiewende Systemtransformation Strom - nationale Sicht Netze Manag gement Speiche er Reduktion must-run -Units Flexible Erzeugung (Gas-KW, KWK, Biomasse) Flexibler Verbrauch (Smart Grids, E-KFZ, p2g) Netzausbau Deutschland Netzausbau Europa Netzkopplung Strom-Gas Pumpspeicher, ggf. AA-CAES ab 2030 Batterien (stationär, ggf. E-KFZ) Power-to-Gas Forschung, Entwicklung, Demoanlagen, Monitoring Quelle: IWES - Gruppe Energiewirtschaft und Systemanalyse, 2011

6 Schlussfolgerungen Stromspeicher - Speicherbedarf Lastmanagement reduziert Speicherbedarf deutlich Speicher anderer Sektoren nutzen (Wärme, Verkehr) National: Idealer Netzausbau und Reduktion must-run prioritär Speicher für Überschüsse erst ab sehr hohen EE-Anteil relevant Lokal / regional bereits früher relevant Technologieentwicklung über Investitionszuschuss (z.b. 100-Speicher-Programm bis 2020) Schlussfolgerungen Power-to to-gas Power-to-Gas eine Lösung für 2 Kernprobleme der Energiewende Gasinfrastruktur (Kraftwerke, Speicher) ohnehin notwendig Einzige nationale Option für Langzeitspeicher CO 2 -neutrale Mobilität in der Fläche ohne Einschränkung (Flächenpotential, Reichweite) Förderung p2g: Zeitraum und Mengen sind entscheidend als Stromspeicher im großen Maßstab (GW) nach Netzausbau erst bei sehr hohen EE-Anteilen benötigt als Kraftstoff früher wirtschaftlich und relevant Anrechnung von erneuerbarem Gas in Biokraftstoffquote sinnvoll Noch teuer, aber notwendig für Energiewende & Kraftstoffversorgung

7 Kontakt Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Gruppe Energiewirtschaft und Systemanalyse Dr.-Ing. Michael Sterner michael.sterner _at_ iwes.fraunhofer.de M.Sc. Mareike Jentsch mareike.jentsch _at_ iwes.fraunhofer.de Vielen Dank