Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher für die Energiewende

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1 Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher für die Energiewende Regionale Lehrerfortbildung 23. März 2015, Oberviechtach Martin Thema Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Fakultät Elektro- und Informationstechnik Ostbayerische Technische Hochschule (OTH) Regensburg Bildquellen: Sterner/Stadler/Springer, Sustainx.com, Wikipedia.org, Iwb.ch, Poppware.de, Stadtwerke-herne.de, Af.net, A-vierling.de

2 Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Leitung: Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner, Prof. Dr.-Ing. Oliver Brückl Derzeit ca. 20 Mitarbeiter Lehre und Studien im Bereich der Integration erneuerbarer Energien (Energiespeicher, Powerto-Gas, Energieverteilung und Energiepolitik) Ingenieurbüro Thema Partnerschaftsgemeinschaft Solektrik Beratung, Planung, Umsetzung Technische Betriebsführung Photovoltaik Energetische Sanierung LED-Beleuchtung Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 2

3 Agenda PtG Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher für die Energiewende Stromsystem im Wandel Flexibilitätsbedarf im Stromsystem und gesicherte Leistung Energiespeicher Definition und Vergleich Power-to-Gas Konzept, Kosten, Entwicklung Ausblick Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 3

4 Energiespeicher Nachhaltig wirtschaftende Organismen brauchen Energiespeicher Vorratshaltung für schlechte Zeiten Anpassung an schwankendes Angebot (kurzzeitig/saisonal) Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 4

5 Geografische Verteilung EE-Einspeisung Anzahl, Leistung, Erzeugung (2011) Wasser Wind Photovoltaik Biomasse Klär- und Deponiegas Quelle: BDEW Jahresstatistik Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 5

6 Wind & PV als wichtigste Erzeuger Technologie und Markt müssen danach ausgerichtet werden Einspeisung im Mai: Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energien: % EE-Anteil Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 6

7 Residuallast EE-Ausbau allein reicht nicht aus Szenario: 80 % erneuerbare Energien zu viel EE zu wenig EE Quelle: VDE ETG (2012) Energiespeicher für die Energiewende;, Energietechnische Gesellschaft im VDE. Frankfurt am Main Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 7

8 Gesicherte Leistung installierte Leistung Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 8

9 Optionen zur techn. Versorgungssicherheit Ende des Strom-Schlaraffenlandes? Versorgungssicherheit im sich wandelnden Energieversorgungssystemen technisch Versorgungssicherheit ökonomischstrategisch Auch im 100 % erneuerbaren System weiterhin gegeben Netze (räumlicher Ausgleich) Flexible Erzeugung Lastmanagement Flexible Nachfrage Bildquellen: Schnellmotor.de vdi.de Otto.de Pro-smart-metering.de wikipedia.org Energiespeicher (zeitlicher Ausgleich) Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 9

10 Stromüberschüsse in Deutschland Speicherbedarf Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 10

11 Agenda Energiesystem im Wandel Flexibilitätsbedarf im Stromsystem und gesicherte Leistung Energiespeicher Definition und Vergleich Power-to-Gas Konzept, Kosten, Entwicklung Ausblick Ein Energiespeicher ist eine energietechnische Einrichtung, die 3 Prozesseinheiten beinhaltet: Einspeichereinheit Speichereinheit Ausspeichereinheit Quelle: Sterner/Stadler, 2014 Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 11

12 Irene beim Tanken Welches elektrische Leistungsäquivalent liegt beim Tanken an? Irene kontrolliert gerade einen Leistungsfluss von 16 MW: Energieinhalt Benzin: Durchflussmenge: 9 kwh/l = 32 MJ/l 0,5 l/s Elektrisches Äquivalent von 3 (sehr) großen Windkraftanlagen ca. 5x Elektrisches Äquivalent von Haushalten Quelle: nach C. Hoffmann - Siemens, 2011; maps.google.de Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 12

13 Vergleich Energiespeicher Einordnung in die Speicherlandschaft Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 13

14 Agenda Energiesystem im Wandel Flexibilitätsbedarf im Stromsystem und gesicherte Leistung Energiespeicher Definition und Vergleich Power-to-Gas Konzept, Kosten, Entwicklung Ausblick Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 14

15 Das Power-to-Gas-Konzept Analogie zum natürlichen Kohlenstoffkreislauf Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1 % Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2 Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 15

16 Das Power-to-Gas-Konzept In Analogie zum natürlichen Kohlenstoffkreislauf H 2 Windgas (reines Wasserstoffsystem) H 2 /CH 4 Windgas (Einspeisung von Wasserstoff ins Erdgasnetz, Mischung) CH 4 Windgas (Methanerzeugung und Einspeisung) Wirkungsgrade Strom-zu-Wasserstoff: % Strom-zu-Wasserstoff-zu-Strom: % Strom-zu-Wasserstoff-zu-Wärme-&-Strom: % Strom-zu-Methan: % Strom-zu-Methan-zu-Strom: % Strom-zu-Methan-zu-Wärme-&-Strom: % Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 16

17 Potentiale von Power-to-Gas Mit ca. 230 TWh ausreichend Gasspeicherkapazität sind vorhanden Deutsches Gas-Fernleitungsnetz Gasspeicher in Deutschland 60 GW Gaskraftwerke: 3 Monate Versorgung sichern (gesicherte Leistung, Ablösung AKW & Kohlekraft) Quelle: Fernleitungsnetzbetreiber Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 17

18 Potentiale von Power-to-Gas PtG von der Idee zur Umsetzung: Projekte, Akteure, Entwicklung Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 18

19 Power-to-Gas Archaea-Bakterien oder Sabatier-Prozess MicrobEnergy, Schwandorf (275 kw) ZAE, Stuttgart (400 kw) Bildquelle: Viessmann/MicrobEnergy, Audi E-Gas, Werlte (6 MW) Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 19

20 Agenda Energiesystem im Wandel Flexibilitätsbedarf im Stromsystem und gesicherte Leistung Energiespeicher Definition und Vergleich Power-to-Gas Konzept, Kosten, Entwicklung Ausblick Bildquelle: taz.de Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 20

21 Power-to-Gas als verbindendes Element Kopplung der Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität Power-to-Gas Power-to-Gas Power-to-Gas Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 21

22 Fazit: Speicherproblem gelöst? Power-to-Gas Technologie-Reifegrad P Technik vorhanden. Und jetzt? Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 22

23 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Martin Thema M.Sc. B.Eng. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) OTH Regensburg Fakultät Elektro- und Informationstechnik Postfach Raum S Regensburg Telefon: +49 (0) martin.thema(at)oth-regensburg.de Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 23

24 Vorsicht vor Äpfeln und Birnen! Beim Vergleich verschiedener Energiespeicher Energie = Energie aber mechanische Energie chem. E. el. E. thermische Energie Bildquellen: pixabay.de, putzlowitsch.de Power-to-Gas Das Konzept und seine Rolle als Energiespeicher. Regionale Lehrerfortbildung Oberviechtach, 2015, Martin Thema Seite 24

25 P2G: Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität Martin Thema, Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Seite 26 Gastransport vs. Stromtransport Transportleistung von 1 GW im Vergleich Überlandleitung Gasleitung (0,6 m Durchmesser) 1 GW = Großkraftwerk oder 200 große Windkraftanlagen oder Photovoltaik-Aufdachanlagen Quelle: DUH, E-ON Ruhrgas angepasst, 2012

26 P2G: Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität Martin Thema, Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Seite 27 Gastransport vs. Stromtransport Pipline nach Belgien und Großbritannien

27 P2G: Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität Martin Thema, Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Seite 28 Gastransport vs. Stromtransport Pipline nach Belgien und Großbritannien

28 Power-to-Gas Gestehungskosten für EE-Gas Ergebnisse DVGW Projekt: Energiespeicherkonzepte P2G: Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität Martin Thema, Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Seite 29 Quelle: Köppel, DVGW 2012

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