Wasserstoff und Brennstoffzelle

Transkript

1 Energieregion Segeberg 2. Workshop, Bad Segeberg, 04. Februar 2009 Wasserstoff und Brennstoffzelle Dr.-Ing. Roland Hamelmann, FH Lübeck

2 H 2 & BZ: USP H 2 Kuppelt regenerative und konventionelle Energien nachhaltig Vernetzt regenerative Energien Verbessert Netznutzung Erschließt neue Absatzpotenziale erneuerbarer Energien Entkoppelt Kapazität und Leistung Mobil, stationär und portabel einzusetzen Ist in weiten Bereichen skalierbar Wandelt Wasserstoff emissionslos und mit hoher Effizienz BZ

3 Wasserstoff ist... ein Sekundärenergieträger (wie elektrischer Strom auch) darstellbar aus wasserstoffhaltigen Rohstoffen Erdgas (Reformierung) Wasser (Elektrolyse; 3,5 kwh elektr. /Nm³ H 2 ) technisch handhabbar z. Zt. fast ausschließlich in chemischer Nutzung Deutschland ca. 20 Mrd. Nm³ jährlich Weltweit ca. 500 Mrd. Nm³ jährlich im Gefährdungspotential vergleichbar mit Benzin oder Erdgas mit einem Heizwert von 3,0 kwh/nm³ ein voluminöser Brennstoff mit einem Heizwert von 33,3 kwh/kg ein leichter Brennstoff

4 Motivation Fluktuierende Windstromeinspeisung führt zu erhöhter Dynamik konventioneller Kraftwerke 7000 Windkraftcharakteristik 2006 (e.on-regelzone, onshore) 6000 Netzlast [MW] e.on-regelzone WK Einspeisung Netzlast 4,73 GW 6,39 GW 5,00 GW 10,47 GW Leistung [MW] ,18 GW Zeit :00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Stromspeicher! Daten:

5 Nutzungsszenarien Verstromung in zentralem Kraftwerk Handel Vorzugsweise Einspeisung Energie Management System Stromnetz O 2 H 2 Chemische Nutzung Elektrolyse H 2 -Speicher Mobilität BHKW

6 Kalte Verbrennung Verbrennung 2H 2 + O 2 2H 2 O + Wärme (T>2.000 C) + Druck Brennstoffzelle 2H 2 + O 2 2H 2 O + Wärme (T=60-80 C) + Strom

7 Funktionsskizze Betrieb

8 Zelle und Stack Quelle: Eigenberger, Membran-Brennstoffzellen-Systeme, (2003)

9 Mobile Nutzung 2008 GM Chevrolet Equinox MAN ARGEMUC Bsp. 1: Fahrzeuge Bsp. 2: Fahrzeuge Bsp. 3: Fahrzeuge Bsp. 1: 1923 Fahrzeuge Bsp. 2: Fahrzeuge Bsp. 3: km / 1,4 kg H 2 / 100 km JTI: km / 13 kg H 2 / 100 km

10 Treibstoffkosten

11 Energieregion Segeberg Denkbare Anwendungen sind Busse Freizeit / Fahrrad Boote

12 Zusammenfassung Wasserstoff ist ein möglicher mobiler Energieträger Brennstoffzellen und Motoren sind Energiewandler Die Technik wird noch mit kleinen Flotten demonstriert Die Markteinführung wird ähnlich wie bei Gasfahrzeugen verlaufen (Henne-Ei-Problem) Wasserstoff ist versteuert ab Treibstoffpreisen von 1,90 /ltr wettbewerbsfähig Brennstoffzelle contra Batterie: wahrscheinlich werden Hybridlösungen sein (Reichweite, Versorgung)

13 Kontakt Fragen und Anregungen, Präsentation als pdf? FH Lübeck / KWB - Fr. C. Puknus Puknus@fh-luebeck.de

14 Große Stromspeicher Pumpspeicher Druckluftspeicher Wasserstoff Speicherhöhe [m] Speicherdruck [bar] Speichertemperatur [ C] η Erzeugung [%] -? 75 η Einspeicherung [%] η Ausspeicherung [%] η Verstromung [%] -? 50 Heizwert [kwh/nm³] -? 2,8 Mech. Speicherdichte [kwh/m³] 0,22 1,59 1,82 Chem. Speicherdichte [kwh/m³] 0,00 0,00 69,72 Gesamt Speicherdichte [kwh/m³] 0,22 1,59 71,54 η Zyklus [%] 81? 27 Nachhaltigkeit [ / / ] / /

15 Dimensionen Pumpspeicher Geesthacht Druckluftspeicher Huntorf H 2 -Speicher MFC (Dimension) 37,2 m 37,2 m 22,4 m Quelle: V = 3,3 Mio m³ H = 83 m E Nutz = 600 MWh Quelle: V = 0,3 Mio m³ p = bar E Nutz = 580 MWh V = 0,43 Mio Nm³ H 2 = m³ H p = 50 bar E Nutz = 600 MWh

16 Speicheroption Salz Salzkavernen mit V = m³ Nutzvolumen sind in Norddeutschland herstellbar Nutzbares Druckspiel hängt von Teufe ab (bspw. p = bar bei m) Eignung von Salzkavernen für H 2 -Speicherung nachgewiesen (Teesside/UK, Texas/USA) Bilder: KBB Underground Technologies GmbH

17 Vergleich Goldisthal E Nutz = MWh Quelle: Zylinder-Speicher 1350 Stück Ф = 2,8 m H = 19 m p = 50 bar Quelle: Halle L = 140 m B = 76 m H = 20 m

18 Vergleich Huntorf Speichervolumen Huntorf Wasserstoffspeicherung V geo. = 2 x m³ p = 60 bar V N = 14,94 Mio Nm³ E therm. = MWh η Verstromung = 40% Quelle: E elektr. = MWh

19 Wirkungs- und Gütegrade Wasserstoffkette:η Elektrolyse = 70 %, η Speicher = 95 %, η BZ = 45 % η Strom-Strom = 30 % Windkraft D 2006: 30,6 TWh eingespeist, 37,8 TWh wären erzeugbar η Netz = 81,0 % Windkraft D 2006 (WiWa): 7,2 TWh über Speicher eingespeist η Netz, WiWa = 86,7 % Verstetigung eon 2006: P mittel = 924 MW ( 13,5 % von 6796 MW) η System = 62,4 %

20 Option Mobilität Können Batterie- und Hybrid-Fahrzeuge im Verbund als Stromspeicher im Netzmaßstab dienen? Beispielrechnung Fahrzeuge (20 kwh / 100 km) 10 kwh netzverfügbar ( %) Speicherkapazität 10 GWh x 10 6 = Netzrelevant, aber nicht ausreichend für Windstromszenarien!