Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen Systemverbund der verschiedenen Energieträger

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1 Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen Systemverbund der verschiedenen Energieträger Dr. Jürgen Lenz, Vizepräsident des DVGW In Vertretung: Dr.-Ing. Volker Bartsch, Leiter Büro Berlin DVGW Berlin,12.März 2013 DVGW e.v. Tätigkeitsfelder DVGW e.v. Vereinsdaten rund Mitglieder Hauptgeschäftsführung in Bonn Büros in Berlin, Brüssel und Sarajevo 8 Forschungsstandorte 8 Landesgeschäftsstellen 9 Landesgruppen 63 Bezirksgruppen über 340 Gremien über 400 Mitarbeiter

2 Die Rolle des Gases in einem zukünftigen Energieversorgungssystem - Power to Gas. Kernenergie Strom Gas Erdgas Kohle Erneuerbare Energien, Wind Wasserstoff GuD-Kraftwerke Biogas -Gülle, NAWARO -Biomasse, Holz Synthetisches Gas (z.b. aus Kohle mit Nutzung von elektrischer Energie und Wärme Modell eines Einspeiseprofils aus Erneuerbaren Energien in das Stromnetz, Situation ca Erneuerbare Energien führen zu einer Verlagerung von einer bedarfs zu einer angebotsgesteuerten Versorgungsstruktur. MW 70'000 60'000 50'000 PV Wind-Onshore Wind-Offshore Entkoppelung der Stromnachfrage von der Produktion. 40'000 Mit den vorhandenen Netzstrukturen ist dies nicht möglich. Daher ist der Aufbau von Energiespeichern zwingend notwendig 30'000 20'000 10' Quelle: Prognos AG, aus 2009 für das Jahr 2030 h Erst durch das Gasnetz kann der gesamte regenerative Strom genutzt werden. Installierte ( ) und verfügbare Leistung der Erneuerbaren (Wind & PV) Netzausbau Kraft- Wärme- Kopplung Loadmanagement 4 3 Verteilungsfunktion der Erzeugungsleistung 5 2 Verfügbarkeit in Stunden pro Jahr Netzkapazität Absatzkurve Rechteck = Jahresarbeit Strombedarf 2. Loadmanagement kommt an Grenzen 3. Grenzen des Netzausbaus 4. Überproduktion: Abschaltung von EE- Anlagen 5. Glättung der Spitzen = vollständige Nutzung des regenerativen Stroms

3 Aktuelle politische EE-Ausbauziele der Bundesländer: In 2020 soll doppelt soviel Leistung wie notwendig installiert sein Quelle: DENA Entscheidend ist der Aufbau von Energiespeichern. Die Speicherung von chemischer Energie weist die größten Potenziale auf. Discharge time [h] Quelle: Forschungszentrum Jülich CAES: PHS: H 2, SNG: Compressed Air Energy Storage (Druckluftspeicherkraftwerk) Pumped Hydro Storage (Pumpspeicherwerk) Wasserstoff, Synthetic Natural Gas (Die Untertage-Ausspeicherung beinhaltet die Rückverstromung in Gas- und Dampfkraftwerken) Die Rolle des Gases in einem zukünftigen Energieversorgungssystem - Power to Gas. Kernenergie Strom Gas Erdgas Kohle Erneuerbare Energien, Wind Wasserstoff GuD-Kraftwerke Biogas -Gülle, NAWARO -Biomasse, Holz Synthetisches Gas (z.b. aus Kohle mit Kraft- Wärme- Kopplung Nutzung von elektrischer Energie und Wärme

4 Schnittpunkte Transportnetz Erdgas und Strom. Erdgasspeicher Erdgastransportnetz > 60 bar Stromnetz 220 kv Stromnetz 380 kv Nutzung des regenerativen Stromüberschusses nach dem Exergie-Gebot Nutzung solange wie möglich im Stromnetz Wasserstoff-Elektrolyse und - Direktnutzung wo möglich - Einspeisung in Gasnetz Bei Limitationen Methanisierung (20 % Konversionsverlust) Die Methanisierung ist eine wichtig Stufe zur Erzeugung für Methan als Rohstoff, z.b. für die chemische Industrie Elektrolyse als Kerntechnologie zur Wasserstoffproduktion aus Windstromspitzen bekannte Technologie, wirtschaftlich auf Flexibilität zu optimieren an wenigen strategischen Netzpositionen zu bauen sehr viel günstiger als Stromnetzausbau für Spitzenlast bei Nutzung einer vorhandenen Infrastruktur sehr große Speicherkapazität sehr hoher Wirkungsgrad bei Rückverstromung über stromgeführte Kraft-Wärme-Kopplung mit Abwärmenutzung beseitigt Limitationen für den Ausbau regenerativer Stromquellen

5 H 2 ist der erste Schritt zur Nutzung von P2G H 2 kann mit exergetischem Vorteil direkt genutzt werden regionale Versorgungssysteme für die Chemieindustrie/ Raffinerien, etc. Für H 2 sind lokale Anwendungen ohne Leitungsinfrastruktur möglich, z.b. H 2 für Tankstellen direkt aus dem Stromnetz. H 2 kann in Kavernenspeichern zu 100% gespeichert werden. Dies eröffnet weitere Möglichkeiten des Verbundes. Allerdings ist eine eigene H 2 -Infrastruktur flächendeckend wirtschaftlich schwierig. Daher Öffnung der Gasnetze für die Aufnahme von H 2 (Konzentrationsgrenzen). Für das Thema Wasserstoff bringt der DVGW beste Voraussetzungen mit: Weiterentwicklung der Regelwerke o heute 5% Zumischung o Verdoppelung bei den meisten Netzkonstellationen unkritisch o Forschungsinstitute untersuchen weitere Verschiebungen nach oben Netzkenntnisse o wie viel Wasserstoff kann eingebracht werden o an welchen Stellen, insbesondere Transitleitungen Systemkenntnisse o wie viel Wasserstoff kann in Speichern zwischengelagert werden zur Ausspeisung in der windarmen Phase Überblicksmatrix Wasserstofftoleranz Gasnetz

6 Nutzung des regenerativen Stromüberschusses nach dem Exergie-Gebot Nutzung solange wie möglich im Stromnetz Wasserstoff-Elektrolyse und - Direktnutzung wo möglich - Einspeisung in Gasnetz Bei Limitationen Methanisierung (20 % Konversionsverlust) Die Methanisierung ist eine wichtig Stufe zur Erzeugung für Methan als Rohstoff, z.b. für die chemische Industrie Weitere Optionen bieten sich an: Über die Wasserstoff-Technologie werden Kohlekraftwerke sauber - CCS wird überflüssig! Nutzung des CO2 aus diskreten Quellen (Biogasanlagen, Zement, Braunkohleverstromung, ) zur Methanisierung von Wasserstoff zu einem synthetischen Methan (synth. Erdgas) Einspeisung in die Gasnetze CCU: Macht CCS überflüssig Demoanlagen-Übersicht Quelle: greenfacts

7 Kontakt: Dr.-Ing. Volker Bartsch Leiter Büro Berlin Robert-Koch-Platz 4, Berlin

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