Forschungsprojekt WESpe

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1 Forschungsprojekt WESpe Wind-Energie-Speicherung in Brandenburg und Wasserstoffspeicherung in Kavernen Ulrich R. Fischer 15. Brandenburger Energietag Cottbus, 5. September

2 AGENDA 1 MOTIVATION 2 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 3 1. SCHRITT HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 4 2. SCHRITT AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESpe 5 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 6 ZUSAMMENFASSUNG

3 Installierte Leistung [GW peak ] Wasserstoff-Forschungszentrum MOTIVATION Ausbau EE in Deutschland ,3900 Windenergie Photovoltaik 22, , , , , , , , , , ,0560 2,8990 4,1700 6, , Quelle: BMU/ Bundesnetzagentur /Bundesverband für Windenergie Ziele der Bundesregierung 35% bis 2020, 50% bis 2030, 80% bis 2050 Anteil EE am Bruttostromverbrauch 18% bis 2020, 60% bis 2050 Anteil EE am Endenergieverbrauch 01 MOTIVATION 3

4 MOTIVATION Ausbau EE in Deutschland (BMU: 22,9 %) Quelle: BMU Quelle: 01 MOTIVATION 4

5 MOTIVATION Ausbau EE in Brandenburg 01 MOTIVATION Quelle: 5

6 MOTIVATION Bsp. Windeinspeisung Regelzone 50Hertz Leistung [MW] Erzeugung/Last in der RZ 50HzT Zeitverlauf Windeinspeisung Regelzonenlast Eingetretene Gesamterzeugung Quelle: 50Hertz Transmission GmbH Windenergieeinspeisung kann bereits heute Last der Regelzone überschreiten 01 MOTIVATION 6

7 MOTIVATION Speicherbedarf Die zunehmende Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien führt zu einem Übergang von einem nachfrage- zu einem angebotsbestimmtem System der Energieerzeugung Trotz eines verstärkten Netzausbaus, europäischer Integration sowie Last- und Erzeugungsmanagement ist die Schaffung von Langzeitspeichern erforderlich Bedarf Langzeitspeicher mindestens ab 2030 (BMU Leitstudie 2011); ab 2050 ca TWh 01 MOTIVATION 7

8 MOTIVATION Speicherbedarf Pumpspeicherwerke nur geringe Speicherkapazität ca. 0,07 TWh el Elektrofahrzeuge: 45 Milionen Autos ca. 0,45 TWh el Nur Wasserstoff- oder Erdgasspeicher bieten erforderliche Speicherkapazität Gasnetz transportiert 1000 TWh/a Energie Davon 20% (200 TWh/a) in Gasspeichern 01 MOTIVATION 8

9 MOTIVATION Vergleich Speicherdichten AA CAES - Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage 01 MOTIVATION 9

10 MOTIVATION Wasserstoff für die Mobilität 2050 können 40% des Energiebedarfs für die Mobilität in D mit Wasserstoff gedeckt werden Davon können 60% aus EE erzeugt werden Quelle: Joest, St., Fichtner, M., Wietschel, M., Bünger, U., Stiller, C., Schmidt, P., Merten, F. (2009) Woher kommt der Wasserstoff in Deutschland bis 2050?, Studie im Auftrag des BMVBS 01 MOTIVATION 10

11 AGENDA 1 MOTIVATION 2 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 3 1. SCHRITT HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 4 2. SCHRITT AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 5 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 6 ZUSAMMENFASSUNG

12 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Grundsteinlegung Einweihung VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 12

13 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM H 2 -Forschungszentrum Windkraftrad Komplexversuchsstand Regenerative Energien Druckelektrolyse-Prototyp Druckelektrolyse-Prototyp 02 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 13

14 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Wasser Elektrolyse Wasserspaltung durch elektrische Energie Energiebedarf ca. 5 kwh pro Normkubikmeter (Nm 3 ) Wasserstoff (incl. Nebenanlagen) Image Source: U.R. Fischer, BTU Cottbus H 2 O H 2 (gas ) + ½ O 2 (gas ) 02 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 14

15 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Wasser Elektrolyse Systeme kommerziell verfügbar Einzelstack bis ca. 1MW 200 Nm 3 Wasserstoff 95 MW Anlage in Zimbabwe (errichtet ) Bildquelle: Barisic, ELT, 2011, NOW-Workshop Berlin 02 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 15

16 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM DRUCKELEKTROLYSE TECHNOLOGIE AUS BRANDENBURG 58 bar integriertes Wärmemanagement für Standby-Betrieb hocheffiziente Elektroden Stromdichte bis 6 ka/m² Teillastbereich 5% extrem schnelle Reaktionszeit im s- Bereich 02 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 16

17 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Komplexerprobung und Optimierung der H 2 -Erzeugung aus fluktuierender Windenergie mittels Druckelektrolyse und Speicherung der Produktgase Komplexerprobung alkalische Druckelektrolyse Modellierung technischer Parameter, Entwicklung Steuerungs- und Regelungskonzepte Wirtschaftlichkeit Einzel-Zellversuchsstand Einbindung in das Hybridkraftwerk großtechnisches Anlagenkonzept 02 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 17

19 1. SCHRITT: HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU Grundsteinlegung: 21. April 2009 Inbetriebnahme: 25. Oktober SCHRITT : HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 19

20 1. SCHRITT: HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 3 x 2,3 MW 600 kw 120 Nm³/h H 2 20 kv Netz 1350 kg (42 bar) 2x366 kw el / 409 kw therm 70% H m 3 /h biogas SCHRITT: HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 20

21 current / A Wasserstoff-Forschungszentrum 1. SCHRITT: HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU set point value electrolyser input value :00 0:15 0:30 0:45 1:00 1:15 1:30 1:45 2:00 2:15 2:30 time / hh:mm Bsp: Hohe Regeldynamik des Elektrolyseurs bei direkter Kopplung mit Windkraftanlagen SCHRITT: HYBRIDKRAFTWERK PRENZLAU 21

23 AUSBLICK PROJEKT H2BER Erste CO2-freie Multi-Energie-Tankstelle Grundsteinlegung Ab Mai 2014 Betankung mit grünem Wasserstoff SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 23

24 AUSBLICK PROJEKT H2BER TOTAL: Hydrogen Refueling Station (HRS) - 350bar BUS & PKW, 700bar PKW, Solarpanele Linde AG: H 2 -Handling, Speicher, Füllanlage, 1. Kompression Enertrag AG: Windpark in 15 Kilometern Entfernung, alkalischer Elektrolyseur, max. 100 Nm³/h McPhy Energy GmbH.: H 2 - Metallhydridspeicher, 100kg H 2 2G Energie AG: Blockheizkraftwerk (BHKW), bivalenter Betrieb: CNG oder 100% H 2 BTU Cottbus: Entwicklung/Evaluierung/Test/Betriebsmodi, Test neue Generation Druckelektrolyse, Messprogramm SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 24

26 AUSBLICK POWER TO GAS PROJEKTE IN DEUTSCHLAND Stand 03/2013 AEL noch dominierend Zunehmend MW- Leistungsbereich SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 26

27 AUSBLICK PROJEKT WESpe - Wind-Energie-Speicherung Kyritz- Ruppiner Heide Kyritz Ruppiner Heide Hybridkraftwerk mit Kavernenspeicher und H2-Einspeisung inkl. 400kV Systemintegration F & E Begleitprojekt SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 27

28 AUSBLICK PROJEKT WESpe - SYSTEMKOMPONENTEN Windpark mit einer Leistung zwischen 350 bis 500 MW Anschluss an das bestehende 400 kv Netz Netz- und Umspanntechnik 400/30 kv Großelektrolyse (6,7MW alkalisch 30 bar bzw. 60 bar) Verdichter, Nebenanlagen und Infrastruktur Temporäre und geologische Zwischenspeicher / Kaverne max m³ Speicherleistung bis zu MWh / Tagesreserve für 10% Windleistung Gaseinspeisetechnik Power to Gas SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 28

29 AUSBLICK PROJEKT WESpe Planskizze nichtöffentlich SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 29

30 Anbindung 50 Hz 400 KV-Leitung Windpark bis 500 MW Anbindung Stromnetz / Wind-PV- Park 20KV Tr afo/ Gleichrichter alk. Elektrolyseur >6 MW b ei Üb erlast, Dr u ck 30 b ar 800 N m³ /h (max N m³ /h ) Gasaufbereitung Tr ocknung/ Deox o Wasserstoffverdichter Niederdruckspeicher Vol: 6000 N m³ Dr u ck max : 30 b ar Vol.-Str.: 1200 N m³ /h Dr uck in: 5-30 b ar Dr u ck ou t: 120 b ar 240 b ar Wasserversorgung, Wasseraufbereitung Teilprojekt Elektrolyseur 120 bar 240 bar Wasserstoffpipeline zur Erdgastransportleitung (Kunststoff, Dr uck max. 25 b ar ) Einspeisung Erdgaspipeline Gasdruckregelung Trailerabfüllstation Zu mischung Messung H 2 : N m³ /h Obertageanlage Ausspeisung Fü llk ap azität: 1200 N m³ /h Fü lld r u ck: 200 b ar (Tr ocknung) Erdgastransportleitung DN 400, PN 25 Untergrundspeicher (Kaverne) Ar b eitsvol.: N m³ alt N m³ Dr u ck min : b ar Dr u ck max : b ar Trailer Tr ansp ort - k ap azität: 3500 N m³ SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 30

31 AUSBLICK PROJEKT WESpe ALKALISCHE GROßELEKTROLYSE Elektrolyseur bis 6,7 MW/ 1200 Nm³/h (ENERTRAG HyTec): Alleinstellungsmerkmale: Modulare Druckelektrolyseanlage sehr hohe Regelgeschwindigkeiten in dieser Leistungsklasse hohe Überlastbarkeit für ein alkalisches System (45%) kompakte, schlüsselfertige Containerbauweise Regelbarkeit zwischen kleiner 5% und 145% SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 31

32 AUSBLICK PROJEKT WESpe -KAVERNENSPEICHER SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 32

34 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN Rückverstromung Gesetzlicher Regelbedarf!! Aktuell wenig Anreiz in PtG-Anlage zu investieren Betreiber erhält EEG-Vergütung nur auf den geringeren rückverstromten Anteil 05 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 34

35 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN Gaseinspeisung oder Verkauf Gesetzlicher Regelbedarf!! Erforderlich: EEGasG Einspeisevergütung für Wasserstoff oder SNG Erforderlich: Anreize Wasserstoffmobilität 05 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 35

36 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN FAZIT Unter den gegenwärtigen rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sind PtG-Anlagen wirtschaftlich kaum darstellbar Grüner Wasserstoff für Mobilität könnte wichtiger Initialmarkt werden Gesetzlicher Regelbedarf vorhanden 05 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 36

38 ZUSAMMENFASSUNG Die zunehmende Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien führt zu Übergang von einem nachfrage- zu einem angebotsbestimmten Energieerzeugungssystem Trotz eines verstärkten Netzausbaus, europäischer Integration sowie Lastund Erzeugungsmanagement ist die Schaffung von Langzeitspeichern erforderlich Speicherbedarf Langzeitspeicher mindestens ab 2030 (BMU Leitstudie 2011); ab 2050 ca TWh Nur Wasserstoff aus Elektrolyse oder synth.-ch 4 bieten erforderliche Speicherkapazität Gesetzlicher Regelbedarf für wirtschaftlichen Betrieb von PtG Anlagen vorhanden In Brandenburg sind bereits eine sehr gute Wasserstoff- Forschungsstruktur sowie Demonstrationsprojekte und Hersteller vorhanden Übertragung der positiven Erfahrungen auf weitere Großprojekte in Brandenburg dringend geboten 07 ZUSAMMENFASSUNG 38

39 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! 39