Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife.

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1 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife.

2 Inhalt. Einführung. Einführung Die Systemlösung Power to Gas Nutzungspfade von Power to Gas Eckpunkte einer Roadmap Technologie: Elektrolyse Technologie: Methanisierung Technologie- und Anwendungsforschung Wirtschaftlichkeit Standortwahl Forschungs- und Pilotprojekte Rechtliche Rahmenbedingungen Strategieplattform Power to Gas Positionen der Strategieplattform Die energiepolitischen Ziele. Das deutsche Energiesystem wandelt sich grundlegend. Mit dem Energiekonzept von 2010 und den Beschlüssen für eine beschleunigte Energiewende in 2011 hat die Bundesregierung die Weichen für eine nachhaltige Energieversorgung gestellt. So soll der Ausstoß von Treibhausgasemissionen bis 2050 gegenüber 1990 um mindestens 80 Prozent gesenkt werden. Darüber hinaus hat sich die Bundesregierung weitere ambitionierte Ziele gesetzt, z. B. den Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch bis 2050 auf 60 Prozent zu steigern. Um diese Ziele zu erreichen sowie eine gesicherte und wirtschaftliche Energieversorgung zu gewährleisten, sind innovative technische Lösungen gefragt. Eine besonders vielversprechende Systemlösung ist Power to Gas. Die innovative Systemlösung. Die Idee von Power to Gas ist, erneuerbaren Strom in Wasserstoff bzw. Methan umzuwandeln. Das Gas kann in der Gasinfrastruktur transportiert und gespeichert und anschließend in den verschiedenen Anwendungsbereichen genutzt werden. Bei Bedarf wird es wieder verstromt. Ebenso ist die direkte Verwendung des Wasserstoffs beispielsweise im Mobilitätssektor möglich. Power to Gas ist somit eine systemübergreifende Lösung zur Integration erneuerbarer Energien in das Energiesystem. Power to Gas kann dazu beitragen, die CO 2 -Emissionen in verschiedenen Verbrauchssektoren zu reduzieren, indem das über Power to Gas erneuerbar erzeugte Gas fossile Energieträger in der Mobilität, der Industrie, der Wärmeversorgung und der Stromerzeugung ersetzt. Darüber hinaus kann Power to Gas als Stromspeicher dazu beitragen, die durch Wind- und Sonnenenergie zunehmenden Schwankungen in der Stromerzeugung auszugleichen bzw. in Zeiten besonders hoher erneuerbarer Erzeugung nicht direkt in das Stromnetz integrierbaren Strom langfristig nutzbar zu machen. Glossar Impressum Der schnelle Überblick. Power to Gas wird derzeit in Fachkreisen viel beachtet und diskutiert. Gleichzeitig wurden in den letzten Jahren viele Schritte initiiert, um den Weg für eine Markteinführung der Systemlösung zu bereiten. Diese Publikation stellt die wichtigsten Daten und Fakten zu Power to Gas übersichtlich vor und zeigt den Umsetzungsstand sowie die noch bestehenden Herausforderungen. 2 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 3

3 Die Systemlösung Power to Gas. % Bis zu 2 Wasserstoff kann die Erdgasinfrastruktur aufnehmen. Power to Gas bietet die Möglichkeit, nicht jederzeit integrierbaren Strom aus erneuerbaren Energien durch die Umwandlung in Gas in die Gasinfrastruktur einzuspeisen. So lässt sich der Strom speichern, verteilen und für verschiedene Energienutzungsbereiche zur Verfügung stellen. Aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und der verschiedenen zum Einsatz kommenden Technologien wird Power to Gas als Systemlösung bezeichnet. In einem Elektrolyseur wird Strom aus erneuerbaren Energien dazu genutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Wasserstoff kann bis zur Erreichung der zulässigen Konzentration von derzeit zwei Volumenprozent direkt in die bestehende Erdgasinfrastruktur eingespeist, und in dieser gespeichert und verteilt werden. Um größere Mengen erneuerbaren Stroms umwandeln und einspeisen zu können, kann im zweiten Schritt aus dem Wasserstoff unter Zuführung von Kohlendioxid Methan (synthetisches Erdgas, SNG) erzeugt werden. Die Einspeisung von synthetischem Methan ins Erdgasnetz ist grundsätzlich jederzeit möglich, sofern die gleiche Menge an anderer Stelle wieder abgenommen wird. Über die Nutzung des erneuerbar erzeugten Gases lassen sich in den jeweiligen Energienutzungsbereichen die Treibhausgasemissionen reduzieren. Bei Biogasanlagen kann durch die Methanisierung des biogenen CO 2 -Anteils die produzierte Gasmenge fast verdoppelt werden. Elektrolyse H2 Methanisierung H2 H2 CH4 Erdgasnetz Gasspeicher 5

4 Nutzungspfade von Power to Gas. Eckpunkte einer Roadmap. Power to Gas stellt Kraftstoffe für die Mobilität bereit: Power to Gas eröffnet im Verkehrssektor neue Chancen, die klimaschädlichen CO 2 -Emissionen und andere Schadstoffe zu reduzieren. Durch die Bereitstellung von Wasserstoff oder synthetischem Erdgas als Kraftstoff ermöglicht Power to Gas beispielsweise eine nachhaltige und wirtschaftliche Kurz- und Langstreckenmobilität, wobei der erneuerbar erzeugte Kraftstoff den fossilen ersetzt. Dabei spielen insbesondere moderne Kraftstoffe eine entscheidende Rolle. In den für die Mobilität benötigten Größenordnungen können sie gegenwärtig nur durch Wasserstoff oder Methan bereitgestellt werden. Zudem ist die Erzeugung von Wasserstoff und Methan aus volatilen erneuerbaren Energien im Vergleich zur Erzeugung flüssiger erneuerbarer Kraftstoffe technologisch einfacher umzusetzen. Power to Gas in der industriellen Nutzung: Erneuerbar produzierter Wasserstoff ermöglicht die Substitution von Wasserstoff aus fossilen Einsatzstoffen und kann z. B. in Raffinerien, in der chemischen Industrie, aber auch in Stahlwerken (zur Direktreduktion) eingesetzt werden. Ebenso kann erneuerbar erzeugtes SNG fossiles Erdgas in der Industrie ersetzen. Power to Gas liefert Brennstoff für die Wärmeversorgung: Das erneuerbare Gas aus dem Power-to-Gas- Verfahren gelangt über die Erdgasinfrastruktur zu Wärmeversorgungsanlagen von privaten und gewerblichen Nutzern und kann hier fossiles Erdgas substituieren. Eine besonders effiziente Energienutzung ist in diesem Zusammenhang der Einsatz in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. Power to Gas als Langzeitspeicher im Stromsektor: Aufgrund der großen Speicherkapazität des Erdgasnetzes und der daran angeschlossenen Erdgasspeicher bietet Power to Gas ein hohes Potenzial für die Speicherung großer Energiemengen. Bei Bedarf kann das mithilfe des Power-to- Gas-Verfahrens produzierte erneuerbare Gas z. B. in Gaskraftwerken oder Blockheizkraftwerken wieder verstromt werden. Weitere Informationen zu Nutzungspfaden und zur Roadmap finden Sie unter: positionen oder unter: roadmap Eckpunkte einer Roadmap Power to Gas. Energiewirtschaftliche Grundlagenforschung Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen Technologie- und Anwendungsforschung Investitionsbereitschaft schaffen Die dena-strategieplattform Power to Gas hat eine Roadmap zur Weiterentwicklung der Systemlösung Power to Gas vorgelegt. Diese benennt wesentliche Handlungsfelder und Fragestellungen sowie damit verbundene Zeitkorridore, die für eine erfolgreiche Nutzbarmachung von Power to Gas unter Einbeziehung aller Nutzungspfade (Strom, Wärme, Verkehr, stoffliche Nutzung) im Zusammenwirken von Politik, Industrie, Wissenschaft und Forschung bearbeitet werden müssen. Die Roadmap Markteinführung Großtechnische und wirtschaftliche Verfügbarkeit der Systemlösung Power to Gas skizziert einen aus heutiger Sicht realistisch erscheinenden, zeitlich strukturierten Handlungspfad, mit dem der großtechnische, wirtschaftlich tragfähige Einsatz von Power to Gas bis 2022 erreicht werden kann. Dabei werden sowohl die Zielsetzungen und daraus abgeleitete Fragestellungen als auch die notwendigen Akteure definiert. Ziel der Partner der dena-strategieplattform ist es, bis 2022 in Deutschland eine Powerto-Gas-Anlagenkapazität von MWel zu errichten. 6 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 7

5 Technologie: Elektrolyse. Für das Power-to-Gas-Konzept müssen verschiedene Technologien ineinandergreifen. Zu den wichtigsten Verfahren zählen dabei die Elektrolyse und die Methanisierung. Die Wasserelektrolyse zur Erzeugung des Wasserstoffs ist der Kernprozess des Power-to-Gas-Konzepts. Im Rahmen der Elektrolyse wird in einem Elektrolyseur Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Verfahren. Für die Wasserelektrolyse gibt es verschiedene technologische Verfahren, die zukünftig im Hinblick auf eine Integration in die Systemlösung Power to Gas weiter optimiert werden müssen. Hierzu werden die Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt. Sauerstoff Anode Membran + OH - Kathode Gleichstrom Die drei für Power to Gas relevanten Verfahren der Elektrolyse sind: die alkalische Wasserelektrolyse mit einem flüssigen basischen Elektrolyt die saure bzw. Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (kurz PEM-Elektrolyse) mit einem polymeren Festelektrolyt die Hochtemperatur-Wasserdampfelektrolyse mit einem Festoxid als Elektrolyt Bei der alkalischen Elektrolyse und bei der PEM-Elektrolyse muss zwischen atmosphärischer und Druckelektrolyse unterschieden werden. Vorteile der Druckelektrolyse liegen in der kompakteren Bauweise sowie in der Möglichkeit der direkten Ankopplung an viele industrielle druckgeführte Applikationen sowie die Erdgasinfrastruktur. Wasserstoff Elektrolyt Alkalische Elektrolyse zur Wasserstoffproduktion. Kennzahlen. Eigenschaften Alkalische Elektrolyse PEM-Elektrolyse Investitionskosten 800 bis / kw bis / kw Wirkungsgrad bezogen auf den oberen Heizwert % % Spezifischer Energieverbrauch 4,0 bis 5,0 kwh / Nm 3 H 2 4,0 bis 8,0 kwh / Nm 3 H 2 Herausforderungen. Die technischen Herausforderungen für den Einsatz der Wasserelektrolyse im Powerto-Gas-Konzept sind die aufgrund der Schwankungen in der Stromerzeugung benötigte Anlagendynamik, die Stabilisierung des spezifischen Energieverbrauchs und die konsequente Verlängerung von Wartungsintervallen. Die elektrochemischen Prozesse im Elektrolyseur können nahezu verzögerungsfrei auf Lastwechsel reagieren. Entscheidend für den Betrieb und den Wirkungsgrad des Prozesses sind jedoch die Peripheriekomponenten einer Elektrolyse- Anlage wie Laugenpumpen, Druckregler und Produktgasseparatoren. Häufige Lastwechsel und komplettes Herunterfahren belasten diese mechanischen Komponenten durch die Störung des Wärmehaushalts und reduzieren somit die Lebensdauer des Systems. Umsetzungsstand. PEM-Elektrolyseure weisen technische Vorzüge für den Einsatz in Power-to-Gas- Anlagen auf, da sie einem schwankenden Leistungseintrag besser folgen als alkalische Elektrolyseure. Sie reagieren schneller auf Lastwechsel, arbeiten auch im unteren Teillastbereich und erreichen in der Startphase schnell die Betriebstemperatur. Allerdings konnten bei alkalischen Elektrolyseuren bei den genannten Aspekten ebenfalls Entwicklungssprünge verzeichnet werden. PEM-Elektrolyseure weisen wiederum derzeit noch höhere Investitionskosten auf als alkalische Elektrolyseure. Generell bedarf es noch weiterer Forschung und Entwicklung, um PEM-Elektrolyseure großtechnisch verfügbar zu machen, insbesondere im Hinblick auf den Einsatz geeigneter Werkstoffe und die verfahrenstechnischen Prozesse. Ziel ist es, die Investitionskosten der Elektrolyse bis 2022 auf 500 /kw zu reduzieren. Kostensenkungspotenziale ergeben sich vorrangig durch die kontinuierliche Steigerung der jährlichen Produktionsstückzahlen und den Übergang zu einer Serienfertigung. 8 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 9

6 Technologie: Methanisierung. Technologie-/Anwendungsforschung. Der regenerativ erzeugte Wasserstoff aus der Elektrolyse kann unter Nutzung von Kohlenstoffdioxid in einer nachgeschalteten Methanisierung in Methan überführt werden. Vorteile der Methanisierung. Über die Methanisierung wird ein synthetisches Erdgas (SNG) mit brenntechnischen Eigenschaften erzeugt, die nahezu identisch mit denen von fossilem Erdgas sind. Es kann damit ohne Mengenbegrenzung in die Erdgasinfrastruktur integriert werden. Ein besonders reines synthetisches Erdgas ist auch vor dem Hintergrund entscheidend, dass einzelne Erdgasanwendungen, zum Beispiel in der Glas- und Keramikindustrie oder in Kraftfahrzeugen, sehr hohe Anforderungen an die Erdgasqualität stellen. Technologie: Methanisierung Methanisierung zur Produktion von SNG. Herausforderung. Die Methanisierung ist ein zusätzlicher Umwandlungsschritt im Power-to-Gas-Verfahren und bedeutet somit einen weiteren Wirkungsgradverlust. Jedoch kann die Methanisierung auch direkt im Fermenter einer Biogasanlage durchgeführt werden. Mit diesem sogenannten In-situ-Verfahren wird als Kohlendioxidquelle für die Methanisierung direkt, ohne vorherige Abtrennung, das im Biogas enthaltene Kohlendioxid genutzt. So können Synergien erschlossen und die Effizienz des Gesamtprozesses gesteigert werden. Umsetzungsstand. Um über Methanisierung die benötigte Gasqualität bereitstellen zu können, müssen bestimmte Anforderungen erfüllt werden. Das betrifft sowohl das Anlagenkonzept als auch die Reaktionsführung. Aktuell verfügbare Anlagen erreichen bereits Methangehalte von über 94 Prozent. Das zur Methanisierung notwendige Kohlendioxid kann aus biogenen, effizient erschließbaren Kohlenstoffquellen (z. B. Kohlendioxid aus Biogas, Biomassevergasung oder aus Brauereien, Ethanolindustrie oder aus Klärgasen) herangezogen werden. Aber auch die Kombination mit CO 2 aus konventionellen Kraftwerken oder Prozessen, wie beispielsweise der Zement- oder Stahlherstellung, kann eine Option zur CO 2 -Minderung im Energiesystem darstellen. Technikkomponente Elektrolyseur Wasserstoffeinspeisung in das Erdgasnetz Wasserstoffspeicher Wasserstoff als Kraftstoff (direkt oder beigemischt) Stoffliche Nutzung von Wasserstoff Methanisierung Methan als Kraftstoff Abwärme als Nebenprodukt der Elektrolyse Sauerstoff als Nebenprodukt der Elektrolyse Untersuchungsschwerpunkte Erprobung der verschiedenen Elektrolyseverfahren und Weiterentwicklung für den Einsatz in Power-to-Gas-Systemen Flexibilität des Elektrolyseurs in Bezug auf schwankende Stromversorgung und schnelle Lastwechsel: Steigerung der Effizienz Einspeisung in die verschiedenen Gasnetzebenen Einspeisung in ein regionales Wasserstoffnetz Verteilung des Wasserstoffs im Erdgasnetz Auswirkungen verschiedener H 2 -Konzentrationen auf Erdgasanwendungen Erhöhung der H 2 -Konzentration im Gasnetz Eignung von Wasserstoffspeichern für den Einsatz in Power-to-Gas-Systemen, z. B. stationäre Druckspeicher: Mitteldruckspeicher, Hochdruckspeicher, Feststoffspeicher, Kavernenspeicher Anbindung an eine Wasserstoff-Pipeline Potenzial und Gestehungskosten von Wasserstoff als Kraftstoff Wasserstofferzeugung an Tankstellen Betankungstechnologien Versorgungs- und Belieferungskonzepte für Tankstellen Beimischung des Wasserstoffs im Kraftstoffproduktionsprozess Anbindung von Power-to-Gas-Systemen an Industrieanlagen Herstellung chemischer Grundstoffe mithilfe von Wasserstoff als Ersatz für Erdöl als Grundstoff Reduktion von Metallen Eignung verschiedener Kohlendioxidquellen, z. B. Umgebungsluft, Biogasanlagen oder fossile Kraftwerke direkte Methanisierung im Biogasreaktor (in situ) Eignung verschiedener Katalysatoren für die Methanisierung Einspeisung ins Erdgasnetz Entnahme über Bilanzierungssystem an Erdgastankstellen Einsatz von LNG als Kraftstoff im Lkw- und Schiffsverkehr Einspeisung ins Fern- oder Nahwärmenetz Nutzung als Prozessenergie (bspw. in Biogasanlagen) Nutzung für Gebäudeheizung Stoffliche Nutzung in der Industrie Entwicklung von Nutzungskonzepten 10 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 11

7 Wirtschaftlichkeit. Geschäftsmodelle. Für Power-to-Gas-Anlagen sind verschiedene Geschäftsmodelle möglich, die jeweils auf einen anderen Markt mit unterschiedlichen Rahmenbedingungen und damit Konkurrenzsituationen und potenziellen Erlösmöglichkeiten abzielen. Produkte im Strom-, Gas-, Wärme- und Verkehrsmarkt und in der Industrie Beimischung als erneuerbares Gas im Kraftstoffsektor Vertrieb regenerativer Sekundärenergieträger (H 2 und SNG) Einsatz zur (Langzeit-) Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien Bereitstellung von Systemdienstleistungen z. B. Teilnahme am Regelenergiemarkt Kostenaspekte. Ein wesentlicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Anlagen sind die Investitionskosten für die Elektrolyse und die Methanisierung. Diese liegen je nach Anlagengröße zwischen und Euro pro Kilowatt elektrischer Leistung ( /kwel) bzw. bei /kwel für die alkalische Elektrolyse. Neben den Investitionskosten spielen bei Power to Gas die Betriebskosten, insbesondere die Strombezugskonditionen, eine wesentliche Rolle. Je nach Nutzungs- pfad und Marktteilnehmer, der die Anlage betreibt, kann der Bezug des Stroms aus erneuerbaren Energien unterschiedlich ausgestaltet sein. Für den Methanisierungsprozess müssen auch die Kosten und die Verfügbarkeit von Kohlendioxid berücksichtigt werden. Dabei gilt es, Synergien mit anderen Prozessen optimal zu nutzen. Hingegen sind beim reinen Wasserstoffpfad die Kosten für den Aufbau einer flächendeckenden Wasserstoffinfrastruktur zu berücksichtigen. Eine Kostensenkung von Power to Gas kann insbesondere durch eine Senkung der Investitionskosten, eine Steigerung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems sowie die Einstufung als Nicht-Letztverbraucher erreicht werden. Ein Thesenpapier der Strategieplattform zur Wirtschaftlichkeit finden Sie unter: thesen-wirtschaftlichkeit Wirkungsgradaspekte. Bei der Elektrolyse werden etwa 80 Prozent der eingebrachten Energie in Wasserstoff umgesetzt, hier senken insbesondere Wärmeverluste den Wirkungsgrad. Die nachgeschaltete Methanisierung hat einen Nutzungsgrad von circa 80 Prozent, sofern die Abwärme mitgenutzt wird. Betrachtet man den Wirkungsgrad Strom-Gas-Strom, liegt dieser je nach Betriebsweise und Leistungsgröße bei etwa 40 Prozent und liegt damit in der Größenordnung konventioneller Kraftwerke. Die Erhöhung der Effizienz ist deshalb ein zentrales Ziel der Forschung und Entwicklung zu Power to Gas. Die ausschließliche Betrachtung des Wirkungsgrads wird der Systemlösung Power to Gas jedoch nicht gerecht. Wesentlich bei der Systemlösung Power to Gas ist der bereichsübergreifende Ansatz zur Integration erneuerbarer Energien in die Nutzungspfade Mobilität, Wärmeerzeugung und Industrie. Hier ermöglicht Power to Gas, den universell einsetzbaren erneuerbaren Energieträger Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von über 80 Prozent bereitzustellen. Für die langfristig benötigte Option der Rückverstromung, d. h. des Einsatzes von Power to Gas als Stromspeicher unter Nutzung der Erdgasinfrastruktur, muss der Systemwirkungsgrad noch deutlich gesteigert werden. Es ist daher wichtig, die dafür erforderlichen Entwicklungs- und Forschungstätigkeiten bereits heute einzuleiten. 12 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 13

8 Standortwahl. Die Standortwahl hat maßgeblichen Einfluss auf die Kosten einer Power-to-Gas- Anlage. Die Auswahl des Standorts richtet sich nach dem Geschäftsmodell der geplanten Anlage. Dabei muss sich die Wahl an den Gegebenheiten sowohl im Stromals auch im Gasnetz orientieren. So ist zum Beispiel für die Methanisierung die räumliche Nähe zu einer Kohlendioxidquelle von Vorteil. Kriterien für die Standortwahl. Verfügbarkeit einer erneuerbaren Stromquelle (Menge und Angebotscharakteristik). Zusätzlich wird auch das Stromnetz maximal entlastet, wenn die Elektrolyseure in der Nähe der erneuerbaren Stromerzeuger stehen. Gleichwohl kann aus Gründen der Kostenoptimierung die Installation größerer Elektrolyseure an zentralen Stromnetzknoten sinnvoll sein. Absatz- und Vertriebsmöglichkeiten für Wasserstoff bzw. Methan Wasserstoffaufnahmekapazität des Gasnetzes bei direkter Einspeisung von H 2. Für Elektrolyseure ist ein Standort mit einem ganzjährig kontinuierlich hohen Gasdurchfluss im Erdgasnetz von Vorteil, da hier größere Mengen Wasserstoff eingespeist werden können. Für große Wasserelektrolyseure mit nachgeschalteter Methanisierung ist die räumliche Nähe zu Gasspeichern ein wichtiger Standortfaktor, wenn die Transportkapazitäten nicht ausreichen. Für die Methanisierung ist eine Kohlendioxidquelle notwendig. Wirtschaftliche Absatzmöglichkeiten für die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff steigern zusätzlich den energetischen Nutzungsgrad und die Wirtschaftlichkeit. Standortfaktoren Power to Gas Industrieanlage / Raffinerie H 2 -Tankstelle Gasnetz CH 4 H 2 CO 2 H 2 H 2 H 2 - und Erdgasspeicher Strom aus erneuerbaren Energien O 2 CH 4 H 2 Strom CO 2 Biogasanlage Power-to-Gas-Anlage 15

9 Forschungs- und Pilotprojekte. Wasserstofftankstelle HafenCity Audi e-gas Projekt RWE-Demonstrationsanlage H2Herten Windpark RH2-WKA Multi-Energie-Tankstelle H2BER Pilotanlage Falkenhagen Hybridkraftwerk Prenzlau H2-Forschungszentrum Cottbus In Deutschland gibt es derzeit über 20 Forschungs- und Pilotanlagen, in denen das Power-to-Gas-Verfahren eingesetzt und weiterentwickelt wird. Die Projekte haben unterschiedliche Schwerpunkte und Ziele. Bei allen geht es darum, die technische Machbarkeit zu demonstrieren, Standardisierung und Normierung zu erreichen, die Kosten zu senken und Geschäftsmodelle zu erproben. und Demonstrationszwecken errichtet worden und verfolgen das Ziel, Power to Gas in eine großtechnisch verfügbare und wirtschaftlich nutzbare Technologie zu überführen. Lern- und Skaleneffekte und der Übergang zu einer Großserientechnik werden durch eine Markteinführung von Power to Gas ermöglicht. CO2RRECT Methanisierung am Eichhof HYPOS Thüga-Demonstrationsanlage sunfire Power-to-Liquids Die nebenstehende Projektkarte gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Power-to-Gas-Projekte in Deutschland. Zum Stand Januar 2014 sind 10 Anlagen in Betrieb, ca. 15 Power-to-Gas-Projekte befinden sich in der Planung oder im Bau. Das Leistungsspektrum der installierten oder geplanten Anlagen erstreckt sich von unter 100 kwel bis 6 MWel. Die Projekte sind überwiegend zu Forschungs- Weitere Pilot- und Demonstrationsprojekte werden unter: pilotprojekte ausführlich vorgestellt. Power to Gas im Eucolino Projektstatus Legende Stoff in Betrieb Methanisierung Wasserstoff Verbundprojekt Power-to-Gas in Bau Einspeisung in das Gasnetz Methan in Planung Verstromung Wärmeerzeugung Gasspeicher Kraftstoff Stoffliche Nutzung 16 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 17

10 Rechtliche Rahmenbedingungen. Gesetze Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Stromsteuergesetz (StromStG) Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) Energiesteuergesetz (EnergieStG) Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) Verordnungen Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV) Gasnetzentgeltverordnung (GasNEV) Konzessionsabgabenverordnung (KAV) Technische Regelwerke DVGW-Arbeitsblatt G 260 Gasbeschaffenheit DVGW-Arbeitsblatt G 262 Nutzung von Gas aus regenerativen Quellen in der öffentlichen Gasversorgung DIN 51624: 2008 Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge Erdgas Anforderungen und Prüfverfahren ECE-Regelung Nr. 110 über den Einsatz von komprimiertem Erdgas DIN EN 437: Prüfgase Prüfdrücke Gerätekategorien 1 2 Der Bezug von Strom aus erneuerbaren Energien zur Elektrolyse ohne Nutzung des öffentlichen Stromnetzes ist befreit von: Stromsteuer ( 9 StromStG), EEG-Umlage ( 37 EEG), KWK-Zuschlag ( 9 KWKG) und Konzessionsabgaben ( 1 KAV). Wird Strom aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen, so sind Anlagen zur Speicherung elektrischer Energie für 20 Jahre von den Netznutzungsentgelten befreit ( 118 EnWG). Der gesamte Strom aus erneuerbaren Quellen, der zur Zwischenspeicherung in Form von Speichergas eingesetzt wird, ist von der EEG-Umlage befreit ( 37 EEG), sofern das Speichergas anschließend zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Für 3 die Nutzung des Speichergases zu anderen Zwecken kann die EEG-Umlage um 2 ct/kwh verringert werden ( 39 EEG). Es besteht eine Stromsteuerbefreiung, wenn die Elektrolyse eine Nennleistung von 2 MW nicht überschreitet und im räumlichen Zusammenhang zur EE-Anlage steht ( 9 StromStG). Wasserstoff und synthetisches Erdgas (SNG) werden rechtlich als Biogas behandelt, vorausgesetzt der zur Elektrolyse eingesetzte Strom und das zur Methanisierung eingesetzte Kohlendioxid stammen nachweislich weit überwiegend aus erneuerbaren Quellen ( 3 EnWG). Für die Einspeisung von Wasserstoff und SNG in 4 das Gasversorgungsnetz gelten die Regelungen für Biogas der GasNZV: Vorrang beim Gasnetzzugang, Begrenzung der Netzanschlusskosten für den Anschlussnehmer ( 33 GasNZV), Befreiung von Einspeiseentgelten für das Gasnetz ( 118 EnWG) sowie Anspruch auf vermiedene Netzkosten für die Dauer von 10 Jahren ( 20a GasNEV). Die DVGW-Arbeitsblätter G 260 und G 262 regeln die Anforderungen hinsichtlich der Gasqualität. Für Wasserstoff und SNG aus erneuerbaren Energien erfolgt derzeit keine Anrechnung auf die Biokraftstoffquote. SNG wird wie konventionelles Erdgas besteuert und unterliegt bis zum 31. Dezember einer Steuerermäßigung ( 1a EnergieStG). Wasserstoff als Kraftstoff ist steuerfrei. Für den Einsatz in Erdgasfahrzeugen darf der Anteil des Wasserstoffs im Kraftstoff maximal 2 Volumenprozent betragen (ECE R 110). Die Vergütung für die Rückverstromung richtet sich nach der EEG-Vergütung der ursprünglichen Stromquelle. Die DIN EN 437 gilt für alle Gasgeräte, die in der öffentlichen Gasversorgung betrieben werden, und schreibt für die Gruppe Erdgas H ein Prüfgas mit einem H 2 -Anteil von 23 Prozent vor. 18 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 19

11 Strategieplattform Power to Gas. Positionen der Strategieplattform. Um den Einsatz und die Weiterentwick- fahrungen. In regelmäßigen Workshops Die Power-to-Gas-Technologie ist aus Methan und Wasserstoff, die auf Basis lung der Systemlösung Power to Gas zu werden die wichtigsten Fragestellungen zur technologischer Sicht heute einsatz- von erneuerbarem Strom erzeugt wur- unterstützen, hat die Deutsche Energie- Weiterentwicklung und Markteinführung fähig. Die Weiterentwicklung und Opti- den, sind auf die Biokraftstoffquote und Agentur (dena) die Strategieplattform der Systemlösung Power to Gas diskutiert. mierung von Verfahren, Komponen- ab 2015 auf die Treibhausgasminde- Power to Gas initiiert. Hierzu zählen technologische Aspekte (z. B. ten und Anlagenkonzepten wird von rungsquote mit dem Vierfachen ihres zu Elektrolyseverfahren), die Ausgestaltung Unternehmen und Wissenschaft konti- Energiegehalts anzurechnen. Dadurch Zusammen mit Partnern aus Wirtschaft, geeigneter Rahmenbedingungen oder der nuierlich vorangetrieben, sofern die wird die Marktverbreitung von erneuer- Verbänden und Wissenschaft werden die Be- Aufbau zukunftsfähiger Geschäftsmodelle. Rahmenbedingungen für eine Markt- barem Gas in der Mobilität unterstützt. deutung von Power to Gas für die Nutzung Für alle Partner der Strategieplattform einführung geschaffen werden. erneuerbaren Stroms analysiert und die Power to Gas steht stets die gleichberech- Um die großtechnische und vor allem auch Rahmenbedingungen für die Nutzbarma- tigte Entwicklung aller Nutzungspfade Die Power-to-Gas-Technologie trägt als wirtschaftliche Machbarkeit der System- chung der Systemlösung für den wirtschaft- von Power to Gas im Vordergrund. Systemlösung dazu bei, die energiepoli- lösung Power to Gas unter Beweis zu stellen, lichen und großtechnischen Einsatz defi- tischen Zielstellungen für die Nutzungs- ist es aus Sicht der Partnerinstitutionen der niert. Darüber hinaus tritt die Plattform mit Diskutieren Sie Power to Gas in der Xing- bereiche Mobilität, Industrie, Wärmever- dena-strategieplattform Power to Gas ziel- der Politik in den Dialog und informiert die Gruppe der Plattform: sorgung und Stromerzeugung zu errei- führend und notwendig, den verstärkten Zu- Öffentlichkeit über die innovative System- chen. Power to Gas bietet somit die Chance, bau von Anlagen in den kommenden zehn lösung Power to Gas. um von der Stromwende hin zu einer Jahren anzustreben und mit einer konkreten Informative Videos zu Power to Gas finden Energiewende zu gelangen. Zielsetzung zu verknüpfen. Ziel ist es, bis zum In der Strategieplattform bündeln die Part- Sie im Youtube-Kanal der Plattform: Um eine Markteinführung zu ermögli- Jahr 2022 Power-to-Gas-Systeme mit einer ner ihre vielfältigen Kompetenzen und Er- chen, ist eine rechtliche Einordnung von Leistung von insgesamt MW in Deutsch- Power-to-Gas-Systemen als Nicht-Letzt- land zu installieren und zu betreiben. verbraucher zwingend notwendig. Sie nehmen nicht ins Stromsystem integrierbare Strommengen auf und wandeln diese in einen speicherbaren chemischen Energieträger um. Dieser wird dann erst über Rückverstromung oder über den Einsatz in anderen Verbrauchsbereichen einem Letztverbrauch zugeführt. Positionspapiere der Strategieplattform Power to Gas und ihrer Partner finden Sie hier: positionen 20 Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife. 21

12 Glossar. Impressum. DVGW ƒ Deutscher Verein des Gas- und Oxyfuel-Verfahren ƒ Verbrennungsver- Herausgeber. Redaktion. Wasserfaches e. V. fahren mit hohem Sauerstoffanteil Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) Energiesysteme und Nadia Grimm, Stephan Hohmeier, ECE-Regelungen ƒ International verein- PEM-Elektrolyse ƒ Polymer-Elektrolyt- Energiedienstleistungen Jeannette Uhlig, Andreas Weber, barte, einheitliche technische Vorschriften Membran-Elektrolyse oder Proton-Exchange- Chausseestraße 128 a Immo Zoch für Kraftfahrzeuge Membrane-Elektrolyse Berlin Elektrolyse ƒ In dem bei Power to Gas ein- SNG ƒ Substitute Natural Gas, synthetisch Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Druck. trigger.medien.gmbh, Berlin gesetzten Verfahren der Wasserelektrolyse erzeugtes Methan, welches dem fossilen info@dena.de wird Wasser mithilfe elektrischen Stromes Erdgas in seinen brenntechnischen Eigen- Internet: Stand. in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. schaften sehr ähnlich oder gleich ist 12/2013 in situ ƒ Mehrere Reaktionen im gleichen Reaktor Speichergas ƒ Jedes Gas, das keine erneuerbare Energie ist, aber zum Zweck Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem Zustimmungsvorbehalt der dena. Kavernenspeicher ƒ Gesolter Speicherhohlraum in unterirdischen Salzformationen KWK ƒ Kraft-Wärme-Kopplung der Zwischenspeicherung von Strom aus erneuerbaren Energien ausschließlich unter Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird Sämtliche Inhalte wurden mit größtmöglicher Sorgfalt und nach bestem Wissen erstellt. Die dena übernimmt keine Gewähr für die Aktualität, Richtigkeit und Vollständigkeit der bereitgestellten Informationen. Für Schäden materieller oder immaterieller Art, die durch Nutzung oder Nichtnutzung der dargebotenen Informationen unmittelbar oder mittelbar verursacht werden, haftet die dena nicht, sofern ihr nicht nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges Verschulden zur Last gelegt werden kann. 23

13 Diskutieren Sie Power to Gas in der Xing-Gruppe der Plattform: Informative Videos zu Power to Gas finden Sie im Youtube-Kanal der Plattform: Weitere Informationen zu Power to Gas finden Sie auf der Internetseite der Strategieplattform: Partnerinstitutionen der Strategieplattform Power to Gas: Verband kommunaler Unternehmen e.v. Herr Professor Dr.-Ing. Michael Sterner (Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg) ist persönliches Mitglied der Strategieplattform Power to Gas.