Kommerzielle, dezentrale, emissionsfreie Power-to-Gas-Anlage und Konzepte im Bereich der Gebäudeund Kraftwerkstechnik

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1 4. Management Circle Fachkonferenz Erfolgreiche Speicherprojekte im neuen Strommarkt Kommerzielle, dezentrale, emissionsfreie Power-to-Gas-Anlage und Konzepte im Bereich der Gebäudeund Kraftwerkstechnik Prof. a. D. Dr.-Ing. Karl-Hermann Busse EXYTRON GmbH Rostock Berlin, 11. Oktober 2016

2 1. Klimawandel und Dekarbonisierung Entwicklung der CO 2 -Emissionen Abb.1. (Jagnow, Kati; Wolff, Dieter; Schünemann, Adrian; GEB 9/2016, S. 39) 2

3 1.1. Klimawandel und Dekarbonisierung Entwicklung der weltweiten CO 2 -Emissionen seit 1970 Restmenge bis 2050 zur Einhaltung der weltweiten Klimaschutzziele CO 2 -Emissionen: 40 % Energiewirtschaft 20 % Industrie 19 % Verkehrssektor 9 % Haushalte Abb. 2 (Jagnow, Kati; Wolff, Dieter; Schünemann, Adrian; GEB 9/2016, S. 40) 3

4 2. Wasserstoff oder Methan (SNG) - Was ist besser? Sabatier-Reaktion: 4 H 2 + CO 2 CH H 2 O (exotherm) Wasserstoff H 2 Methan CH 4 Molekülstruktur Linear (Hantelförmig) Tetraederförmig Molekülgröße/Diffusionsquerschnitt klein groß Energiedichte (Heizwert/Brennwert) rd. 3 kwh/nm³ rd. 10 kwh/nm³ Infrastruktur Nicht vorhanden Vorhanden Kosten/Investition Sehr hoch Niedrig (Verhältnis bis rd. 5:1) Wirtschaftlichkeit Nicht vorhanden Bereits optimiert, u.a. über positive Skalierungseffekte Dekarbonisierung Mittelfristig geringes Potenzial Hohes Potenzial (SNG) 4

5 3. Dezentrale, emissionsfreie, standortunabhängige (auch autarke) PtG-Anlage mit hohem Nutzungsgrad (70-80 %)- wie geht das? 1. Ein Elektrolyseur erzeugt mit Strom aus erneuerbaren Energien Wasserstoff und Sauerstoff 2. Aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid wird durch den von EXYTRON entwickelten Katalysator Methan (hochwertiges Erdgas) erzeugt 3. Das hochwertige Erdgas kann z.b. mit Brennwertthermen oder einem BHKW zur Strom- und Wärmeerzeugung bei Bedarf verbrannt werden 4. Der Klimakiller CO 2 wird aus den Abgasen separiert und im Kreislauf als Wertstoff direkt wieder in den Katalysator geführt. Eine CO 2 -Quelle wird nicht benötigt. Abb. 3 Durch die EXYTRON ZeroEmissionTechnology werden kein schädliches CO 2 und keine Stickoxide an die Umwelt abgegeben. 5. Bei der Elektrolyse, Methanisierung und durch Energiewandler fällt zusätzliche Wärme an, die zu Heizzwecken oder zur Kälteerzeugung genutzt werden kann. 5

6 3.1. Energieversorgung durch dezentrale PtG-Anlage Abb. 4 Durch die zusätzliche Nutzung der Abwärme erhöht sich der kombinierte elektrische und thermische Wirkungsgrad (Nutzungsgrad) auf bis zu 80 %. 6

7 3.2. Energiebilanz der SmartEnergyTechnology Abb. 5 7

8 3.3. Energiebilanz der ZeroEmissionTechnology Abb. 6 8

9 4. Ist Sektorkopplung möglich? (Strom, Wärme, Kälte, Kraftstoffe, Chemikalien) Alles ist möglich - sofern dies wirtschaftlich ist und eine zusätzliche CO 2 -Quelle vorhanden ist. Bereitstellung z.b. von: H 2 CH 4 Kraftstoffe Wasserstoff Methan, Erdgas analog L/H-Qualität, LNG Diesel, Kerosin, Ameisensäure, Schmierstoffe 9

10 5. Kommerzielle Realisierung- beispielhaft im Bereich der Gebäude- und Kraftwerkstechnik der nächsten Generation Wirtschaftliche Vorgaben in der Gebäudetechnik: Strompreis rd. 0,22 / kwh brutto Wärmepreis rd. 0,80-1,00 / m² Jährliche Rendite ca. 5 % - 8 % 10

11 5.1. Kommerzielle Realisierung- beispielhaft im Bereich der Gebäudetechnik der nächsten Generation Das Projekt Alzey (Rheinland-Pfalz). Strom und Wärme für 37 Wohneinheiten ohne klimaschädliche Abgase. Energie- und Technikzentrale Deutsche Reihenhaus AG Regeltanks (unterirdisch) Abb. 7 e-rp GmbH (Thüga-Gruppe) 11

12 5.2. Kommerzielle Realisierung- beispielhaft im Bereich der Gebäudetechnik der nächsten Generation - Technikzentrale - 1. Elektrolyseur Herstellung von H 2 und O 2 2. Methanisierung 3. Kompressoren 4. Blockheizkraftwerk 5. Gasthermen 6. Warmwasserspeicher 7. Zentrale Steuerung mit Fernabfrage und Fernsteuerung Abb. 8: Blick in die Technikzentrale 12

13 5.3. Strombezug Netz für Elektrolyse Alzey (Teilautarke Betriebsweise) Stromkostenberechnung EXYTRON Alzey Best Case in ct/kwh netto Worst Case in ct/kwh netto Rechtsgrundlage Arbeitspreis (ohne Netzentgelt) 3,3 3,8 e-rp GmbH Stromsteuer (2,05 ct/kwh) 0 0 9a Nr. 1 StromStG Kommentar Abrechnung nach Bezugszeit und Auslesung Anwendbar für Power-to-Gas nach von Bredow: rechtlicher Rahmen für Power-to-Gas Netzentgelt (4,50 ct/kwh) Abs. 6 und Abs. 6, Satz 7 EnWG Freistellung für 20 Jahre, gilt für den Strombezug für die gesamte Anlage (nicht nur Elektrolyseur) EEG-Umlage ( 2015: 6,17 ct/kwh) 6,354 6, EEG Wert für 2016 Konzessionsabgabe (Wegenutzungsentgelt an die Gemeinde) Offshore-Haftungsumlage (bis kwh) 0,11 0,11 KAV Aussage e-rp GmbH 0,039 0, f EnWG Werte für 2016 Umlage für abschaltbare Lasten 0,006 0, AbLaV Umlage nach 19 Abs. 2 StromNEV (Gruppe A) 0,237 0, Abs. 2 StromNEV KWK-Aufschlag 0,254 0,254 KWKG Summe netto 10,3 10,8 13

14 5.4. Kraftwerkstechnik der nächsten Generation ZET-Gasspeicherkraftwerke als Alternative zu fossilen Kraftwerken Kraftwerk der nächsten Generation für Bayern, Deutschland und die Welt Ersatz eines konventionellen Kraftwerks durch dezentrale, vernetzte EXYTRON- Systeme Nutzung und Speicherung von Strom aus Windkraftanlagen und Photovoltaik Stabile Versorgung mehrerer Ortschaften mit Strom und Wärme (Nahnetze) Ein konventionelles Gaskraftwerk mit einem Gigawatt Leistung erzeugt rund 2 Mio. t CO 2 pro Jahr! DAS KRAFTWERK DER NÄCHSTEN GENERATION ist emissionsfrei kein Klimakiller Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) und keine Stickoxide (NO x ) 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. a. D. Dr.-Ing. Karl-Hermann Busse EXYTRON GmbH Rostock, Schonenfahrerstraße 5, Rostock 15