Innovation Energiespeicherung

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1 Innovation Energiespeicherung E.ON Innovation Center Energy Storage Dr. K. Peter Röttgen Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und systeme Hannover, 28. November 2012

2 Gründe für die Energiespeicherung Variable Erzeugung Windstrom, Solarstrom Variabler Verbrauch Haushalte, Industrie Problem zeitweise keine Erzeugung zeitweise Netzüberlastung Energiespeicher schaffen Ausgleich

3 Der Flexibilitätsbedarf hat unterschiedliche Ausprägungen Erzeugung Handel/Netze Endkunde >200 Minimum Anforderung (MW) <200 <30 <5 <2 Fast-reaction Other small-scale Large-scale Slow-reaction <1 0 0 <15 sec <30 sec <1 min <1.5 min <5 min <10 min <30 min >30 min Notwendige Reaktionszeit 3 Hochfrequente Anwendung Niederfrequente Anwendung

4 Flexibilität aus unterschiedlichen Quellen Erzeugung Quellen operativer Flexibilität Kohle Gas Öl Nuklear Erneuerbare Speicher Laststeuerung Angebot Nachfrage 4 E.ON Innovation Center Energy Storage Storage Economics

5 Bedarf an Flexibilität in der Stromversorgung nimmt zu - Stromspeicher + Wärmespeicher Gasspeicher Stromspeicher können (1) Netzengpässe minimieren (2) regenerativ erzeugte Energie bedarfsgerecht abgeben (3) zur Netzstabilität beitragen Anteil EE am Bruttostromverbrauch (Beispiel Deutschland: Ziele der Bundesreg., Quelle BMU) 35% 50% 65% 80%

6 Technologien zur Energiespeicherung Bewährte Technologien - Entwicklungspotenzial - Neue Technologien Verfügbarkeit, Spezifikation, Wirtschaftlichkeit, Akzeptanz, Dimension Batterien Kondensatoren Pumpspeicher Erdgas-/Wasserstoffspeicher Druckluftspeicher Wärme Schwungräder 6

7 Einschätzung des Entwicklungsstandes von Speichertechnologien (Auswahl) Forschung & Entwicklung im Markt etabliert mechanisch A-CAES CAES+ CAES PSP chemisch andere PEM Elektrolyse Redox-Flow untertage H 2 Li-Ion Na S Alkali- Elektrolyse Blei untertage CH 4 thermisch PCM Salz Wasser 7

8 Pumpspeicher Mechanische Speicherung Wirkungsgrad: ca. 85% Lebensdauer: langfristig Ausbaupotential: in Deutschland gering Innovationspotential: Altbergbau unter- und übertage 8

9 Batterien Elektrochemische Speicher Wirkungsgrad: 80-95% Lebensdauer: wenige bis 20 Jahre Innovationspotential: Bauart, Leistung, Energiedichte, Lebensdauer, Einsatzgebiete 9

10 Beispiel: PV+Batterie-Projekt "Sol-Ion" Ziel Entwicklung eines häuslichen PV Backup Systems Lithium-Ionen Batterie 5 kw P / Energy 8.8 kwh an 20 Standorten Projektpartner: Voltwerk, Saft, Tenesol, E.ON Bayern, Fraunhofer IWES, RWTH Aachen Idee 10

11 Beispiel: Projekt "Smart region Pellworm" Ziel Demonstration eines Smart region -Stromversorungssystems Entwicklung von Grid management system & Energy management system Untersuchung technischer, ökonomischer and administrativer Rahmenbedingungen Idee Standort: Kleine Insel als Beispiel Wind- & Solarstrom Energiespeicherung mit hybridem stationärem Batteriesystem: Li-Ion Batterie + Redox-Flow Batterie

12 Druckluftspeicherung ("CAES") Lebensdauer: langfristig Costs Huntorf (1978) McIntosh (1992) CAESplus Wirkungsgrad 60 % 70 % 12

13 Beispiel: E.ON Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf Huntorf heat nat. gas compression expansion m depth bar 13

14 Adiabate Druckluftspeicherung (A-CAES) Nächster Schritt: CAESplus CAES mit Wärmespeicher & Erdgaszufeuerung Kompression Expansion m Tiefe bar 14

15 Thermische Speicher Wärmespeicher Unterschiedliche Ansätze mit unterschiedlichem Reifegrad. -Sorption (Metallhydride) -Thermochemisch -Feststoff -Phase Change Material (PCM) -Salze 15

16 Unterschiedliche Spezifikationen & Anwendungen 16 Quelle: ESA

17 Energieinhalt im Vergleich Schiff, t Steinkohle, 540 GWh el Zeit, über die ein 800 MW Kraftwerk versorgt werden kann 35 d Erdgasspeicher: 260 GWh 17 d Wasserstoffspeicher: 84 GWh 5 d PSP Waldeck: total 4,3 GWh 6 h CAES Huntorf 0,9 GWh 1,4 h Annahmen: - für Wasserstoff- bzw. Erdgasspeicher kleines Kavernenvolumen von m 3 (=Huntorf), - Wirkungsgrad Erzeugung: 0,6 17

18 Transportleistung von 1 GW (1000 MW) im Vergleich entspricht der Leistung eines Großkraftwerks oder der Spitzenleistung von 200 Windrädern Überlandleitung Gasleitung (0,6 m Durchmesser) 18

19 Strom zu Gas Chemische Speicherung Wirkungsgrad: 50-70% (Strom zu Gas) Lebensdauer: mittelfristig Potenzial: groß, wenn technische Restriktionen geklärt Innovation potential: Elektrolyse Umwandlung überschüssigen Windstromstrom in Wasserstoff über Elektrolyse von Wasser Speicherung des regenerativen Gases in der Erdgasinfrastruktur Regeneratives Gas kann zum Heizen, in der Mobilität oder Stromerzeugung genutzt werden 19

20 Beispiel: E.ON PtG-Pilotanlage "Falkenhagen" Baubeginn: 20. August 2012 / Tests Anfang 2013 / Inbetriebnahme Q3 / 2013 Elektrische Leistung: 2 MW el / Wasserstofferzeugung: 360 m³/h 20

21 21

22 Beispiel für Elektrolysecontainer Photo & Technologie: Hydrogenics 22

23 Regenerative Einspeisung im 20 KV-Netz in Falkenhagen 60 Steigende Einspeiseüberschüsse extreme Leistungsspitzen starke Schwankung der Einspeisung MW Einspeisung Bezug Speicherung des überschüssigen Windstroms anstatt Windanlagen aus dem Wind zu drehen 23

24 "Power to Gas" im Kontext Netzausbau heute: zunehmend Zwangsabschaltung & Vergütung Strom zu Strom Strom zu Gas (H 2 /CH 4 ) Strom zu Wärme Stromdefizit Stromüberschuss Laststeuerung Wärme Industrie Mobilität 24

25 Power to Gas mit Methanisierung Chemische Speicherung Erzeugung von Wasserstoff + Umwandlung in Erdgas Vorteile: Systemkompatibel Nachteile: höhere Energieverluste, CO 2 -Quelle erforderlich 25

26 Strom zu Gas zu Strom H 2 H 2 CH 4 Variante mit unterirdischer Speicherung in Kavernen Strom zu Strom Produkt für Langzeitspeicherung Keine Einspeisung und damit keine Restriktionen Gesamteffizienz bei 18 bis 25% 26

27 Innovation Energiespeicherung E.ON Innovation Center Energy Storage Dr. K. Peter Röttgen Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und systeme Hannover, 28. November

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