Vernetzung von Energieinfrastrukturen: Das Gasnetz als zukünftiger Systemdienstleister BMBF-FONA-Konferenz,

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1 Vernetzung von Energieinfrastrukturen: Das Gasnetz als zukünftiger Systemdienstleister BMBF-FONA-Konferenz, Frank Gröschl, DVGW, Bonn

2 Agenda DVGW in der Kurzvorstellung Der Energieträger Gas und die Infrastrukturen Innovationspotenziale beim Gas Wünsche 2

3 Der DVGW: Zahlen und Fakten Gegründet 1859 in Frankfurt/Main Mitglieder Unternehmen der Energie- und Wasserwirtschaft > persönliche Mitglieder, überw. Ingenieure und Naturwissenschaftler Hauptgeschäftsstelle in Bonn, Repräsentanzen in Berlin, Brüssel 9 DVGW-Forschungsstellen, z.t. als An-Institute von Universitäten 8 Tochtergesellschaften und Beteiligungen 9 Landesgruppen 63 Bezirksgruppen 400 Mitarbeiter, davon 2/3 in der Forschung DVGW-Hauptgeschäftsstelle in Bonn 3

4 Aufkommen und geostrategische Verteilung der Erdgasreserven 4

5 Transportrouten und technologien Pipelines Transkontinentale Infrastrukturen Tankschiffe Globale und mobile Transportsysteme Gasförmiger Transport Gas wird verflüssigt transportiert: LNG = Liquid Natural Gas Volumen reduziert sich um das 600fache ca bar Transportdruck ca C in isolierten Tanks, ca km Länge Systeme sind im wesentlichen gebaut, Neubauten teilweise in Planung Bsp.: Ostseepipeline North Stream, China? Weltweite Reichweite Weltweiter Zubau an Verflüssigungs- und Regasifizierungsanlagen sowie LNG- Tankschiffen Bsp.: Asien (Malaysia, Japan, Korea), USA (zukünftig Exporteur von Gas?) 5

6 LNG (verflüssigtes Erdgas) ermöglicht einen weltweiten Handel mit Gas Quelle: BP Statistical Review 2014, Team Consult Analyse 6

7 CO 2 - Reduktionen mit Erdgas am Beispiel USA IEA: USA hat durch die Verwendung von Erdgas in der Stromproduktion 430 Mio. Tonnen CO 2 eingespart mehr als in der EU 7

8 Eine Infrastruktur ist vorhanden: Das Gasverteilnetz in Deutschland und dessen Entwicklung Das deutsches Gasnetz (dargestellt in der Druckstufe >4 bar) Hoher Grad an Vermaschung praktisch flächendeckend Dazu kommen die kommunale Netze z.b. in den Städten und Gemeinden < 4 bar Länge: > km Auf- und Ausbau in den letzten 2 (bis 3) Dekaden Einsatz moderner und innovativer Technologien und Materialien (Kunststoffe, Verbundmaterialien) 8

9 9 Erdgasspeicher im Vergleich

10 Die Kopplung des Strom- und Gassystems zu einem Gesamtenergiesystem nutzt Synergien und erhöht die Versorgungssicherheit Stromnetz Gasnetz Kohle CO/CO 2 Erdgas Atomenergie Erneuerbare Elektrolyse H 2 Methanisierung CH 4 LNG Biogas SNG Gaskraftwerke BHKW Mobilität Industrie 10

11 Die DVGW- Innovationsoffensive zeigt die Potenziale des Energieträgers Gas in einen zunehmend regenerativen Energiesystem Regenerativer Strom Gas Volatilität flexibel / planbar nicht speicherbar speicherbar unvollständige Infrastruktur bedarfsentkoppelte Produktion Flächendeckende Infrastruktur bedarfsgenaue Bereitstellung Stärken von Gas und Gastechnologien nutzen Weiterentwicklung im Rahmen der klimapolitischen Zielsetzunge von Natur aus CO 2 -emissionsarm mischbar mit regenerativ erzeugten Gasen hocheffiziente, dezentrale und multifunktionale Anwendungsmöglichkeiten

12 Power-to-Gas Aktivitäten der Gaswirtschaft Pilot- and Demonstrationsprojekte H 2 -Erzeugung und -Einspeisung (z.b. E.ON Falkenhagen, Thüga Frankfurt) SNG-Erzeugung und -Einspeisung (z.b. Audi e-gas Projekt Werlte) Test von neuen Technologien (e.g. Biologische Methanisierung) Power to Gas Netzwerke North Sea Power to Gas Platform ( Dena Strategieplattform Power to Gas ( Mediterranean Power to Gas Platform H 2 -Toleranz der Erdgasinfrastruktur HIPS-Projekt (GERG): Zusammenstellen des Stand des Wissens HIPS-NET (DBI/GERG): Abstimmung von europaweiten Grenzwerten SUN STORAGE (RAG): Verhalten von H 2 in Porenspeichern

13 Elektrolyse als Schlüsseltechnologie: Mit Hochtemperatur-Elektrolyse kann der Wirkungsgrad erhöht werden Integrated High-Temperature Electrolysis and Methanation for Effective Power to Gas Conversion Zielsetzung: Kopplung Hochtemperaturelektrolyse mit katalytischer Methanisierung im Technikumsmaßstab Nachweis von SNG-Wirkungsgraden > 80 % Leistungsbereich: kw CH4 Projektlaufzeit von April 2014 bis März 2017, Koordinator: KIT-EBI 13

14 Forschungsschwerpunkt Methanisierung Eigene Verfahrensentwicklung: Katalytische Wabenmethanisierung Pilotanlage: Syngas: 10 m 3 /h (NTP) T meth : C p meth : 5-20 bar Herausforderungen: Dynamische Fahrweise Kostensenkungen 14 Quelle: KIC InnoEnergy-Projekt DemoSNG

15 Verteilnetze: Aktuelle DVGW-Untersuchungen zeigen Kostenvorteile von Power to Gas durch reduzierten Stromnetzausbau 240 TEUR PtG-Anlage Netzausbau Markterlöse Ersparnis im HS-Netz Ausgaben (Barwert 2018) Getrennter Netzausbau Konventionell 81 Getrennter Netzausbau Innovativ 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 DVGW-Forschungsvorhaben: G

16 Neben der Speicherfunktion bietet die Power-to-Gas-Technologie viele weitere Nutzungsmöglichkeiten 6.3 KWK / Anwendungstechnik Hocheffiziente Gasverstromung mit Abwärmenutzung (KWK) dezentral mit BHKW oder Brennstoffzellen und zentral mit GuD-KW Schlüsselthemen: - Rückverstromung von PtoG über dezentrale KWK - Stromerzeugung im Regelenergiemodus - Intelligente Abwärmenutzung FuE-Projekte: - Wirkungsgrade (Strom, Gesamt) - Systemintegration (Strom, Wärme, Objekte) - Wärmespeicher / Dimensionierung - Brennstoffzellen (Wirkungsgrad, Flexibilität, Standfestigkeit) Quelle: IAEW RWTH Aachen

17 Die Power-to-Gas Landkarte wird größer 17

18 DVGW-Studie: dezentrale KWK kann in % der residualen Stromerzeugung bereitstellen

19 LNG in der Mobilität LNG-Terminals in Europa: LNG als Antrieb im Transportsektor (LKW, Schiffe) - 25 % CO 2 Reduktionen beim NOx, Schwefel, Ruß Hohe Reichweiten Etablierte Technologien EU-Infrastrukturaufbau in Planung EU-Projekt Blue Corridor Nationale Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie 19

20 Wünsche an die Forschung: Energieforschung sollte interdisziplinär und spartenübergreifend sein Ganzheitliche Untersuchungen zu Strom- und Wärmeversorgung sowie Mobilität Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Energiesystemen Volkswirtschaftliche und systembeeinflussende Betrachtung von neuen Technologien Vielfältigkeit fördern Kommunikation und Kooperation zwischen den Marktteilnehmern stärken 20 aber auch: Technologieoffenheit statt Mikroregelungen Überarbeitung EU Emission Trading Scheme (ETS) Systemische Vorteile von Gastechnologien im Ordnungsrecht nutzen (z.b. Letztverbraucherregelung PtG, ENEV, Netzdienlichkeit anreizen) Bezahlbarer Klimaschutz EEG verhindert die weitere Nutzung von Gasen aus erneuerbaren Quellen