Flexibilitätsoptionen durch Konvergenz von Stromund

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1 Flexibilitätsoptionen durch Konvergenz von Stromund Gasnetz Wolfgang Köppel VDE Vortragsreihe Themen der Energiewende: Speicher der Zukunft Karlsruhe, DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

2 Überblick DVGW DVGW e.v. - Vereinsdaten Rund Mitglieder Hauptgeschäftsführung in Bonn Forschungsstandort Karlsruhe Technologiezentrum Wasser (Karlsruhe, Hamburg-Harburg, Dresden) Engler-Bunte-Institut Karlsruhe (Gas u. Wasser) 9 Landesgruppen und 63 Bezirksgruppen Rund 450 Mitarbeiter DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 2

3 Überblick DVGW DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 3

4 Überblick Engler-Bunte-Institut Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Chemische Energieträger Brennstofftechnologie Prof. Dr. Thomas Kolb Gastechnologie Dr. Frank Graf Verbrennungstechnik Fst. für Brandschutztechnik Prof. Dr. Dimosthenis Trimis Prüflaboratorium Gas Jürgen Stenger Wasserchemie und Wassertechnologie Prof. Dr. Harald Horn Wassertechnologie Dr. Gudrun Abbt-Braun ITC vgt am CN Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 4

5 Überblick Engler-Bunte-Institut Prüflabore Material / Bauteile / Geräte Regelwerksarbeit / Zertifizierung Gasqualität / Gasanalytik Gas-Konditionierung/ -Einspeisung Prozesskettenbewertung / Zeitskalen Simulation und Modellierung Gasanwendung: Wärme / Strom Gas Plus Anwendungs-Technologien Gaserzeugung und -aufbereitung Synthese (SNG / FT) Engler-Bunte Institut DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 5

6 Überblick Engler-Bunte-Institut EBI-Aktivitäten im Bereich PtG Verfahrensentwicklung Wabenmethanisierung 3-Phasen-Methanisierung Biologische Methanisierung System- und Prozessanalysen Wissenschaftliche Begleitung Demoprojekte Studien zur Integration von PtG ins Energiesystem Untersuchungen zur Flexibilisierung des Energiesystems Untersuchungen zur Wasserstoffverträglichkeit der Gasinfrastruktur Kopplung von Prozessen Gremienarbeit Regelwerksgremien F&E-Gremien DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 6

7 Gliederung 1. Hintergrund 2. PtG-Grundlagen und Konzepte 3. Virtueller Stromtransport 4. Entlastung der Stromnetze 5. Fazit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 7

8 Hintergrund F&E-Themenschwerpunkte im Bereich PtG 1 Wasserstoffverträglichkeit der Erdgasinfrastruktur 2 Realmaßstabsversuche Wasserstoffeinspeisung 3 Katalytische Methanisierung 4 Biologische Methanisierung 5 Anlagenkonzepte & Betriebsoptimierung 6 Gasbeschaffenheits-/Energiemessung 7 Wirtschaftlichkeit und systemanalytische Aspekte 8 Kopplung mit dem Stromnetz 9 Makroökonomische Rolle von PtG in Energieversorgung DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 8

9 Hintergrund Entwicklung des Primärenergieverbrauchs PJ = 305 TWh EE-Gas Quelle: UBA Treibhausgasneutrales D Erdgasabsatz wird in Deutschland stark abnehmen EE-Gase werden zunehmen DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 9

10 Hintergrund Strom wird zur Primärenergie Quelle: DENA, Integration EE, 2012 Flexibilisierung des Energiesystems durch Entkopplung Erzeugung und Verbrauch notwendig DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 10

11 Hintergrund Einspeisung von EE-Gas Quelle: Fraunhofer IWES 2010 Rein strombasierte Speicherung reicht nicht aus DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 11

12 Hintergrund Energiebereitstellung Zunehmende Stromnutzung in Sektoren Wärme, Industrie und Mobilität ist zu erwarten, was zu einer Zunahme des Strombedarfs führt Studien erwarten zwischen 600 und TWh Bruttostrombedarf Volalität und damit verbundene Netzinstabilität nehmen zu Dezentralisierung der Energieversorgung Stromtransport- und Stromverteilnetz muss stark ausgebaut werden Werbung um Akzeptanz notwendig Strom kann nicht in allen Sektoren direkt eingesetzt werden z.b. Flugverkehr, Fernverkehr, Industrie Wandlung von Strom in chemische Energieträger PtX wird notwendig Konvergenz von Strom- und Gasnetz schafft somit Flexibilitäten, Kostenoptimierungen und Akzeptanz DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 12

13 Gliederung 1. Hintergrund 2. PtG-Grundlagen und Konzepte 3. Virtueller Stromtransport 4. Entlastung der Stromnetze 5. Fazit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 13

14 PtG-Grundlagen und Konzepte Aktivitäten PtG in Deutschland 27 Anlagen gebaut oder in Planung 6 Anlagen größer 1 MW elektrischer Anschlussleistung 13 Anlagen zwischen 0,1 und 1 MW elektrischer Anschlussleistung DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 14

15 PtG-Grundlagen und Konzepte Demonstrationsanlage Thüga AG PEM-Elektrolyse (300 kw, druckbetrieben) Betrieb seit Februar 2014 Wasserstoff 60 m 3 /h Forschungsvorhaben: Wissenschaftliche Begleitforschung der Anlagentechnik an der Strom zu Gas-Demonstrationsanlage der Thüga Aktiengesellschaft DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 15

16 PtG-Grundlagen und Konzepte Audi E-Gas Projekt in Werlte drucklose Alkali-Elektrolyse (6 MW) katalytische Festbett-Methanisierung (Rohrbündelreaktor) mit Salzkühlung Inbetriebnahme: Juni 2013 Methangehalt im Produktgas: 92 Vol.-% DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 16

17 PtG-Grundlagen und Konzepte Demonstrationsanlage Viessmann Gruppe Allendorf : PEM HD-Elektrolyseur (400 kw) von Schmack Carbotech 2: Biologische Methanisierung: Separater Druckbehälter 3: Verfahrenstechnischer Container: Pumpen, Behälter, Gasanalytik, Temperiersystem 4: Steuerungstechnischer Container: Steuerung, Mess- und Regeltechnik Inbetriebnahme: März 2015 Methangehalt im Produktgas: 96 Vol.-% DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 17

18 PtG-Grundlagen und Konzepte Wirkungsgradverbesserung durch neue PtG-Technologien DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 18

19 PtG-Grundlagen und Konzepte Wirkungsgradverbesserung durch Prozesskopplung DVGW-Forschungsvorhaben: G Technoökonomische Studie von Power-to-Gas-Konzepten DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 19

20 PtG-Grundlagen und Konzepte Wirkungsgradverbesserung durch Prozesskopplung Position Biogasanlage Biomassevergasung Kapazität CH m³/h m³/h Strom 9 MW 57 MW Wasserstoff m³/h m³/h Gesamtwirkungsgrad ohne Wärmeintegration 58 % 58 % Gesamtwirkungsgrad mit Wärmeintegration 74 % 73 % Gesamtwirkungsgrad mit Wärmeintegration und Wärmeauskopplung 82 % 88 % Wirkungsgrade können bei geschickten Kombinationen und beim Einsatz neuer Technologien auf über 75 % erhöht werden DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 20

21 Gliederung 1. Hintergrund 2. PtG-Grundlagen und Konzepte 3. Virtueller Stromtransport 4. Entlastung der Stromnetze 5. Fazit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 21

22 Virtueller Stromtransport DVGW-Forschungsvorhaben u.a. mit Thema virtueller Stromtransport G Synergieeffekte Gas- und Stromnetz Nutzung von Gasnetzen und speichern für die Integration von Strom aus Erneuerbaren Energien und zur Entlastung der Stromnetze Aufgabe: Untersuchung der Perspektiven und Potenziale von PtG für einen virtuellen Stromtransport zur Entlastung des deutschen Stromnetzes G Die Rolle von Power-to-Gas im Kontext der Energiewende Aufgabe: Volkswirtschaftliche Untersuchung der Alternative PtG Quelle: DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 22

23 Virtueller Stromtransport Gasnetz zum Transport von Strom Nord-Westen realer Stromtransport bedingt Netzausbau Strom (HGÜ) Süd-Westen Wechselrichter Vergleich Gasnetz Strom PtG-Anlage Gas Gas Strom Kraftwerk BHKW µbhkw virtueller Stromtransport DVGW-Forschungsvorhaben: Synergieeffekte Gas- und Stromnetz DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 23

24 Virtueller Stromtransport Gasnetz zum Transport von Strom Ferngas-Transportleitung 80 bar 1200 mm Durchmesser 30 GW chem Verluste ca. 0,4 % (500 km) Vergleich 8 : 1 1 : 10 Höchstspannungs-Freileitung 380 kv Wechselstrom 2 * 1,8 GW elek Verluste ca. 5 % (500 km) (HGÜ: ca. 3 %) Transportverluste im Gasnetz sind bedeutend geringer als die Verluste im Stromnetz DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 24

25 Virtueller Stromtransport Potenzial für einen virtuellen Stromtransport (y H2 = 0,1) Elektrisches Übertragungs-Defizit im Nordwesten Elektrisches Übertragungs-Defizit im Nordwesten Entnahmekapazität für Erdgas im Südwesten (Zielregion) Eig. Darstellung basierend auf dena II [dena 2010] Nicht-übertragbare elektrische Leistungen: 22=>23: 4,8 GW el 22=>71: 2,6 GW el Insgesamt: 7,4 GW el Maximale Aufnahmekapazitäten 22: 88,0 GW th für Erdgas 2,8 GW th für EE-H2 Insgesamt: 51 GW Gas-Transport/Entnahmekapazitäten im Südwesten reichen für Verstromung gemäß der nichtübertragbaren el. Leistung im Nordwesten völlig aus! DVGW-Forschungsvorhaben: Synergieeffekte Gas- und Stromnetz Strom kann im Gasnetz transportiert werden DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 25

26 Virtueller Stromtransport Zwischenfazit virtueller Transport Vermeidung von Kosten durch verzögerten Netzausbau Kombination des Transports mit Speicherung möglich und dadurch noch nicht einpreisbare Mehrwerte generieren Bei Verkabelung kann PtG ökonomisch eine Alternative darstellen Bei teuren Ausbaumaßnahmen für eine geringe Kapazitätserhöhung kann PtG eine Alternative sein DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 26

27 Gliederung 1. Hintergrund 2. PtG-Grundlagen und Konzepte 3. Virtueller Stromtransport 4. Entlastung der Stromnetze 5. Fazit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 27

28 Entlastung Stromnetz DVGW-Forschungsvorhaben u.a. mit Thema Entlastung Stromnetz G Studie über den Nutzen der PtG-Technologie zur Entlastung der 110-kV-Stromverteilungsnetze Aufgabe: Beispielhafte Kopplung Stromnetz mit Gasnetz im Verteilnetz der EWE Vergleich von Netzausbauvarianten mit und ohne Einsatz von PtG in unterschiedlichen Stromnetzen Evaluierung der Auswirkungen auf die höheren Spannungsebenen G Die Rolle von Power-to-Gas im Kontext der Energiewende Aufgabe: Volkswirtschaftliche Untersuchung der Alternative PtG G Untersuchung des Beitrags der dezentralen Kraftwärmekopplung zur Deckung der Residuallast aus Erneuerbaren Stromerzeugern und Stromverbrauch Aufgabe: Möglichkeiten der KWK bei der Deckung der Residuallasten unter Beachtung der CO 2 -Minderungsziele und Endverbraucherkosten im Haushaltsbereich Quelle: DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 28

29 Entlastung Stromnetz Definition Gasnetz Stromnetz HD BHKW MS Windenergieanlagen Biogasanlagen MD ND Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan) Bivalente Gasvorwärmanlagen Thermische Last (Mikro-KWK-Anlagen, Wärmepumpen, Brennwertkessel, E-Heizer) Elektrische Last (inkl. E-Mobility) NS BHKW (Biogas) HD: Hochdruck MD: Mitteldruck ND: Niederdruck MS: Mittelspannung NS: Niederspannung BHKW: Blockheizkraftwerk Photovoltaikanlagen Quelle: DVGW-Forschungsvorhaben G Kopplungselemente mit Steuerungsmöglichkeit durch Verteilnetzbetreiber (VNB) Bivalente Gasvorwärmanlagen (GVWA) Power-to-Gas-Anlagen (PtG) Berücksichtigung sonstiger Kopplungselemente (z.b. Mikro-KWK-Anlagen) ohne Steuerungsmöglichkeit durch VNB DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 29

30 Entlastung Stromnetz Methodik der Netzkopplung Strom/Gas Aufstellen eines energiewirtschaftlichen Rahmens für die Stützjahre 2023, 2033 und 2050 im betrachteten Netzgebiet Simulation des Anlageneinsatzes in Strom- und Gasnetzen Zielnetzplanung für ein reales Netzgebiet im Emsland Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G Bewertung durch Kostenvergleich von getrennter und gekoppelter Planung von Strom- und Gasnetzen DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 30

31 Entlastung Stromnetz Zielnetzplanung Strom Identifikation von Netzengpässen Überlastung von Leitungen Überlastung von Transformatoren Spannungsbandverletzungen Lösungsoption Konventioneller Ausbau: Kabelverstärkung, größere Transformatoren, andere Topologie Innovativer Ausbau: Einsatz von Smart-Grid-Systemen und regelbaren Transformatoren Gekoppelter Ausbau: Einsatz von PtG-Anlagen und GVWA Auswirkung von PtG-Anlagen auf das Verteilnetz Fall 1: PtG AUS, volle DEA-Einspeisung Fall 2 PtG AUS, keine DEA-Einspeisung Fall 3: PtG EIN, volle DEA-Einspeisung Fall 4: PtG EIN, keine DEA-Einspeisung Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G Spannung zu hoch Spannung ok Spannung ok Spannung zu niedrig Nur PtG-Anlageneinsatz in Abhängigkeit der eingespeisten DEA-Leistung führt zu netzdienlichem Verhalten DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 31

32 Entlastung Stromnetz Ausbaubedarf im HS-Netz Stapelmoor Saterland Ramsloh Völlen Langhold Papenburg Esterwegen Dörpen Lorup 0, Niederlangen Lathen HöS/HS-UW HS/MS-UW HöS-Trasse HS-Trasse WEA Ausbaumaßnahmen ito! map Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G An vielen Stellen lässt sich die Übertragungsleistung des bestehenden HS-Netzes mit innovativen Betriebsmitteln und Systemen wie TAL*-Beseilung und Leiterseilmonitoring erhöhen. Auf zwei Trassen sind größere Ausbaumaßnahmen notwendig. * TAL: temperaturbeständiges Aluminium DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 32

33 Entlastung Stromnetz Kapazitätsermittlung Gasnetz P el in MW für den Betrachtungsfall Winter Weener H 2 (3,0/2,4/1,7) CH 4 (86/39/21) Rhauderfehn H 2 (2,2/1,7/1,2) CH 4 (33/24/12) Saterland H 2 (0,8/0,6/0,5) CH 4 (16/12/6) Strom Umspannwerk HS-Freileitung HöS-Freileitung Gas HD-Leitung MD-Leitung Gebiet (2023/2033/2050) [MW] Dörpen H 2 (1,7/1,4/1,1) CH 4 (40/33/17) Papenburg H 2 (2,7/2,1/1,6) CH 4 (57/43/23) PtGA, H 2 5 MW PtGA, CH 4 13 MW Sögel H 2 (2,0/1,5/1,2) CH 4 (39/28/12) Friesoythe H 2 (2,3/1,7/1,2) CH 4 (29/24/17) Lathen/Haren/ Meppen (anteilig) H 2 (1,5/1,2/0,9) CH 4 (27/20/10) Summe der Potenziale H 2 (17/13/10) CH 4 (336/232/122) in Planung Lindern H 2 (0,5/0,3/0,3) CH 4 (9/7/4) Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G Die stromseitig benötigten Einspeisekapazitäten für die PtGA (5 MW H 2, 13 MW CH 4 ) können durch Verlagerung von Lastflüssen im Gasnetz bereitgestellt werden DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 33

34 Entlastung Stromnetz Ökonomische Gesamtbetrachtung der PtG-Technologie: Netzentlastung, Mobilität und Bilanzkreisoptimierung 240 TEUR PtG-Anlage Netzausbau Markterlöse Ersparnis im HS-Netz Ausgaben (Barwert 2018) Getrennter Netzausbau Konventionell 81 Getrennter Netzausbau Innovativ Netzdienlicher Anlageneinsatz verringert die maximal rückgespeiste Leistung Reduzierter Ausbaubedarf in allen Spannungsebenen Gekoppelter Netzausbau inkl. Einsparungen* in MS+HS-Ebene gegenüber Innovativ Gekoppelter Netzausbau inkl. Einsparungen* in MS+HS-Ebene gegenüber Kabelausbau Ersparnis im MS-Netz Summe Annahmen: Alle NS-Netze verfügen über PtG- Anlagen oder Speicher, die netzdienlich eingesetzt werden PtG-Anlage (H 2 ) mit P el = 150 kw für EUR/kW Bivalente GVWA mit P el = 35 kw für 485 EUR/kW *) Einsparungen in MS+HS-Ebene sind anteilig auf alle NS- Netze aufgeteilt Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 34

35 Entlastung Stromnetz Nutzung der PtG-Anlage zum Ausgleich von Prognoseabweichungen Leistung 80 MW Teilw. deutliche Abweichungen zw. Day-Ahead-Prognose und realer Einspeisung Intraday-Prognose wesentlich näher an Ist-Einspeisung Nutzung der PtG-Anlage zur Ausregelung der verbleibenden Abweichungen zur Vermeidung von Abregelung ¼-h Vermarktung Day-Ahead Delta Vermarktung PtG Intraday-BKM Vermarktung Day-Ahead + Intraday Ist-Einspeisung Zeit Ausgleich der Fehler der Intraday-Prognose durch PtG-Anlagen Quelle: DVGW-Forschungsvorhaben G DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 35

36 Entlastung Stromnetz Regionale Mobilität - Prozessketten Spezifische Kosten für die regionale Verteilung von Wasserstoff Vorbereitung Endbereitung H 2 (30 bar) Transport H für Transport in Tankstelle 2 Pipeline: rohrbasierter Transport von gasförmigem H 2 Druck ausreichend Pipeline Kompression 800 bar LKW (gas): LKW-basierter Transport von gasförmigem H 2 Kompression 800 bar LKW (gas) Druck ausreichend LKW (kryo): LKW-basierter Transport von kryogenem H 2 Verflüssigung LKW (kryo) Vergasung Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 36

37 Entlastung Stromnetz Regionale Mobilität - Kosten spezifische Kosten 100 EUR/kg 10 1 Lkw (gas) Lkw (kryo) Pipeline Lkw (gas) Lkw (kryo) Pipeline vom heutigen CNG-Verbrauch abgeleiteter theoretischer H 2 -Verbrauch: kg/a zukünftige maximale H 2 -Produktion z.b. für ÖPNV: kg/a (Zapfsäulen ohne Personalkosten gerechnet) Strecke (Straße) in km Wasserstoff kann von regional Fahrzeugflotten genutzt werden In der regionalen Nutzung ist die günstigste Möglichkeit H 2 von der Erzeugung zur Tankstelle zu transportieren meist gasförmig per LKW Ramsloh (PtG) Barßel Friesoythe Cloppenburg Vechta Diese lokalen Nutzungsstrategien können als Keimzellen für eine flächendeckende Wasserstoffversorgung dienen Quelle: DVGW-Forschungsvorhaben G DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 37

38 Entlastung Stromnetz Ökonomische Gesamtbetrachtung der PtG-Technologie: Netzentlastung, Mobilität und Bilanzkreisoptimierung Erlöse/Kostenreduktion* der PtG-Anlage 250 TEUR Ersparnis NS-Netz *)Barwert 2018 Ersparnis MS-Netz Ersparnis HS-Netz Innovativer Netzausbau Markterlöse (Gas) Mehrerlös (Mobilität) Erlöse (Bilanzkreis) Konventionell und vollständige Verkabelung Mehrerlös (Kabelausbau NS-Netz) Mehrerlös (Kabelausbau MS-Netz) Mehrerlös (Kabelausbau HS-Netz) Annahmen: Kopplung auf der NS-Ebene Betrieb von 2018 bis 2058 PtG-Anlage(H 2 ) mit P el = 150 kw Bivalente GVWA mit P el = 35 kw Quelle: DVGW- Forschungsvorhaben G Bei Anlagenpreisen von 520 EUR/kW für kleine PtG-Anlagen (H 2 ) (inkl. Einspeisung) kann deren Betrieb wirtschaftlich werden Bei Anlagenpreisen von EUR/kW kann der Einsatz von kleinen PtG- Anlagen bereits günstiger sein im Vergleich zum konventionellem Ausbau mit Erdkabeln auf allen drei Verteilungsnetzebenen (NS, MS, HS) Anwendungen für PtG erfordern deutlich sinkende Anlagenpreise und hohe Lebensdauer bei dynamischer Betriebsweise DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 38

39 Entlastung Stromnetz Zwischenfazit Entlastung Stromnetz Die PtG-Technologie wird in der NS-Ebene wirtschaftlich, wenn diese neue nur für den Einspeisefall benötigte Trassen oder Erdkabel substituiert Kopplung auf der unteren Spannungsebenen reduzieren bei netzdienlichem Einsatz signifikant den Ausbaubedarf auf überlagerten Ebenen Flexibilität aus PtG-Anlagen kann Abschaltung überschüssiger Energie durch Prognosefehler in EE-Portfolios verhindern Wasserstoff kann für regionale Mobilitätsanwendungen, insbesondere im ÖPNV und Flottenbetrieb, eingesetzt werden Wasserstoff kann in Industrieanwendungen Methan substitutieren DSM und PtH sind Konkurrenz zu Stromexporten und nicht für PtG, DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 39

40 Gliederung 1. Hintergrund 2. PtG-Grundlagen und Konzepte 3. Virtueller Stromtransport 4. Entlastung der Stromverteilnetze 5. Fazit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 40

41 Fazit Schlussfolgerung notwendige Speicherkapazitäten können nur über chemische Speicherung realisiert werden durch Prozessintegration können hohe Gesamtwirkungsgrade erzielt und weitere Synergien gehoben werden Die Herausforderungen für ein rein strombetriebenes Energiesystems in alle Sektoren ist sehr hoch bis nicht möglich und würde zu einer erhöhten Stromnachfrage und somit Stromnetzausbau führen Das Gasnetz kann als ein Regelelement zur Entlastung des Stromnetzes dem Stromnetz zugeordnet werden und dient zudem als Koppelelement zwischen den Sektoren Die Einführung der Wandlungs- und der Anwendungstechnologien stehen kurzfristig zur Verfügung und schaffen einen bezahlbaren Übergang von der fossilen Welt in eine strombasierte Welt Die Einbindung von weiteren Sektoren generiert weitere Mehrwerte bzw. Kosteneinsparpotentiale Alle Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Netzkopplung signifikante volkswirtschaftliche Vorteile aufweist DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 41

42 Fazit Das Gasnetz ist eine flexible Ergänzung für das Stromnetz der Zukunft Die Kopplung von Strom- und Gasnetz trägt in Zukunft zu einem funktionierendem Gesamtenergiesystem bei Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 42

43 Kontakt Dipl.-Ing. Wolfgang Köppel DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut (EBI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) Engler-Bunte-Ring Karlsruhe, Germany Tel: +49 (0) Sekr.: +49 (0) Fax: +49 (0) DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 43