Power to Gas: Intelligente Konvertierung und Speicherung von Energie in der industriellen Umsetzung

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1 Power to Gas: Intelligente Konvertierung und Speicherung von Energie in der industriellen Umsetzung Q3/2013 ETOGAS GmbH Industriestrasse 6, D Stuttgart, Germany Version 2013Q3v6 - DE

2 ETOGAS entwickelt, produziert und verkauft Power-to-Gas turnkey-anlagen Überblick ETOGAS smart energy conversion Firma 2007 in Salzburg von Gregor Waldstein unter dem Namen SolarFuel gegründet Geschäftszweck ist Entwicklung, Produktion und Verkauf von Power-to-Gas turnkey-anlagen Sitz der Firma ist Stuttgart Finanzierung Kapitalerhöhung B-Runde Ende 2012 erfolgreich abgeschlossen und 6,8 M eingeworben Lead Investor der B-Runde ist Aster Capital (Alstom, Solvay, Schneider Electric, European Investment Fund) Team Produkte Projekte derzeit ~30 Mitarbeiter Geschäftsführende Gesellschafter: Dipl.-Ing. ETH Gregor Waldstein & Dr. oec. HSG Karl Maria Grünauer Kooperation mit Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart und Fraunhofer IWES in Kassel CAPEX-optimierte turnkey-anlagen (Elektrolyse, CO 2 -Methanisierung und Balance of Plant (BoP)) Elektrolyse: Alkalische Druckelektrolysen ~1MW el bis ~100 MW el für dynamischen/intermittierenden Betrieb CO 2 -Methanisierung: funktionsbereite Reaktor-/Katalysatorkombinationen für Konversion von H 2 und CO 2 zu einspeisefähigem Methan α-anlage: Machbarkeit Power-to-Gas Prozess 2009 mit der 25kW el Anlage erfolgreich demonstriert β-anlage: Kommerzielle 6,3 MW el -Anlage für Launch-Kunde Audi AG (eröffnet ) γ-anlage: turnkey-anlagen 1,2 MW el, basierend auf 250kW el P2G Pilot-Anlage in Zusammenarbeit mit ZSW Verschiedenste, erfolgreich durchgeführte Beratungsprojekte zu EE, Energiespeicherung und Power-to-Gas Quelle: ETOGAS

3 Inhalt 1 Idee und Konzept Power-to-Gas 2 ETOGAS: Status der Projekte -3-

4 Mit Power-to-Gas kann erneuerbarer Strom im Gasnetz gespeichert werden für die gesicherte und flexible Nutzung im Mobilitäts-, Wärme- und Stromsektor ETOGAS ist Technologieführer und entwickelt, produziert und verkauft P2G turnkey-anlagen Stromnetz Gasnetz Wind Gas zu Strom Solar Wärme Strom zu Gas Gasspeicher Elektrolyse H 2 H 2 H 2 Industrie Methanisierung CO 2 CH 4 CO 2 Electrizität H 2 SNG Mobilität BEV FCEV CNG-V CNG-V Beispiel = Compressed Deutschland: Natural Gas Vehicle Power-to-Gas FCEV = Fuel erschließt Cell Electric ~200 Vehicle TWh BEV existierender = Battery Electric Vehicle Speicherkapazität im Erdgasnetz Quelle: Specht, Sterner et al. -4-

5 Die deutsche Erdgasnetz-Infrastruktur hat eine Speicherreichweite von 2000 Stunden des Erdgasbedarfs, das Stromnetz nur von ~0,6 Stunden des mittleren Strombedarfs Energieverbrauch und Speicherkapazitäten (Strom, Erdgas, Flüssigkraftstoffe) in Deutschland, 2008 Verbrauch (TWh/a) Speicherkapazität (TWh) Speicher-Reichweite (Stunden) TWh/a 930 TWh h 3, , ,04 2 0,6 2 Quelle: ETOGAS Strom Erdgas Flüssigkraftstoff 1-5-

6 Wettergetriebene Stromproduktion aus Erneuerbaren Energien wird zur Primärenergiequelle; die Folge sind Überschuss- und Defizit-Situationen Beispiel: Stromerzeugung und Last für einen Zeitraum von zwei Wochen bei 85% EE-Anteil Legende: Last Geothermie Laufwasser Wind (ohshore) Wind (offshore) PV Der zunehmende Anteil der Erneuerbaren Energien in der Stromerzeugung führt dazu, dass immer mehr Überschuss- bzw. Defizit-Situationen bewältigt werden müssen Quelle: BMU Leitstudie % RE scenario (Nitsch, Sterner, Wenzel et al, 2010) -6-

7 Die Nutzung von erneuerbarer Energie über die direkte Lastdeckung hinaus erfordert große Speicherkapazitäten und Speicherzeiten Klassifizierung von unterschiedlichen Speicher-Technologien anhand Kapazität und Speicherzeit Erneuerbare Energie sind volatil und intermittierend Wind- und Solarenergie sind stark volatile Energiequellen. Die Erzeugung tritt bedarfsunabhängig und durch Wetterbedingungen stark fluktuierend auf, welche nicht beeinflusst werden können. Damit erneuerbare Energie gesichert zur Verfügung steht, kann mit Hilfe von Energiespeichern zum Produktionszeitpunkt überschüssige Energie gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt bedarfsgerecht bereitgestellt werden. Im heutigen Energiesystem stellen die fossilen Energieträger wie z.b. Öl und Gas die gespeicherte Energie dar, die bedarfsgerecht bereitgestellt wird Die Stromversorgung ist ein Spezialfall: Stromerzeugung und -Verbrauch müssen stets ausgeglichen sein, damit das Stromnetz stabil arbeitet Elektrizität lässt sich schwer speichern: Die heute existierende Stromspeicherkapazität in Deutschland beträgt nur ca. 0,04 TWh, das entspricht dem mittleren DE-weiten Stromverbrauch von weniger als einer Stunde Storage time Die ETOGAS-Technologie ermöglicht die Speicherung von Energie im TWh-Bereich 1 year 1 month 1 day 1 hour Flywheel Batteries -7- Pumpedhydro Compressed air 1 kwh 1 MWh 1 GWh 1 TWh Storage capacity Hydrogen e-methan Source: ETOGAS, ZSW ETOGAS erschließt mit der Power-to-Gas Technologie für Wind- und Solarenergie die Speicherfähigkeit der bestehenden deutschen Erdgasinfrastruktur von >220 TWh Quelle: ETOGAS

8 Jeder Energiespeicher hat seine eigene systemtypische Frequenz. Zu unterscheiden sind die Vorgänge (i) Überschuss-Nutzung, (ii) Speicherung und (iii) bedarfsgerechte Bereitstellung Das Verhältnis von Energie (E) und Leistung (P) bestimmt die typische Zykluszeit bzw. Frequenz Laden Speichern Entladen P 1 P 2 E verf Überschuss-Nutzung Speicherung Beispiele bedarfsgerechte Bereitstellung Kurzzeit-Speicher Batterien Tagesspeicher Gesicherte Leistung Pumpspeicher Power-to-Gas E/P=1 h E/P=8 h E/P unendlich Kurzzeit-Speicher sind nicht wirtschaftlich einsetzbar für Aufgaben der Langzeitspeicherung und Darstellung gesicherter Leistung zur Überschuss-Nutzung Quelle: ETOGAS -8-

9 In Energiesystemen mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien besteht eine zentrale Herausforderung in der Verwertung von Stromüberschüssen Simulation für ein 100% EE Szenario in 2050: Residuallast [GW], Defizit und Überschüsse Erratische, wiederkehrende Muster Typische Zyklen für Hochdruck/ Tiefdruck- Wetterlagen (Wind, 2-3 Wochen) Deficit (load > RE feed in) Surplus (RE feed in > load) Bei hohen Anteilen Erneuerbarer Energien kann die benötigte Speicherkapazität (mehrere Wochen bei mittlerer Last) nur mit der existierenden Gasspeicherkapazität dargestellt werden Quelle: Fraunhofer IWES -9-

10 Der Wirkungsgrad ist nur ein Kriterium, um Speichertechnologien zu vergleichen Wirkungsgrad vs. Speicherzeit, Leistungs- vs. Energie-spezifische Investitionskosten ( /kw vs. /kwh) Wirkungsgrad vs. Speicherzeit Leistungs- vs. Energie-spezifische Investitionskosten ( /kw vs. /kwh) Werte für Zeitraum Schwungrad Li-Ion NaS Pumpspeicher (PSW) Speichertyp mechanisch elektrochemisch chemisch Werte für Zeitraum CH 4 +Verstromung (bei Nutzung existierendes Gasnetz & Infrastruktur) H 2 +Verstromung (ohne zusätzliche Kosten für Infrastruktur) Speichertyp mechanisch elektrochemisch chemisch Wirkungsgrad Pb Redox Flow CAES PSW CAES Redox Flow H2 + Verstromung CH4 + Verstromung Pb NaS Li-Ion Schwungrad 0 0 h 4 h 8 h 12 h Speicherzeit Wochen Monate Investitionskosten pro speicherbarer Energie ( /kwh) Quelle: Adaptiert nach Siemens AG (Gaëlle Hotellier) und ISEA/RWTH kw basierend auf elektr. Eingangsleistung 2 ohne Nutzung von Hochtemperatur-Abwärme

11 Die Natur speichert Energie mittels Photosynthese mit einem vergleichsweise sehr geringem Wirkungsgrad Photon-to-Fuel Prozess in der Natur Wirkungsgrad η < 1% Wirkungsgrad η < 50% ges. Wirkungsgrad η < 0,5% Licht (Photonen) O 2 CO 2 Photo-Synthese Biomasse zu Treibstoff C x H y O z Treibstoff (gespeicherte Energie) H 2 O Wasser wird zerlegt zu Sauerstoff & Wasserstoff 12 H 2 O 24 (H) + 6 O 2 H 2 reagiert mit CO 2 : 6 CO (H) C 6 H 12 O H 2 O Der Gesamt-Wirkungsgrad der Herstellung von Treibstoff aus Biomasse ist kleiner als 0,5 Prozent Quelle: ETOGAS

12 Der Wirkungsgrad Strom zu Methan erreicht bis zu 60%* (>80% unter Nutzung der Wärme; das synthetische Gas kann direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden Wirkungsgrad der Wiederverstromung: KWK/Gasturbine ~35-40 bzw. 60% (ohne bzw. mit Wärmenutzung) Reduktion von CO 2 mit H 2 Austauschgas (SNG) Elektrolyse 98.9% 100% 61,6% 11.7% Hochtemperatur-Wärme CO 2 -Komprimierung elektrisch 1.1% 4 H 2 + CO 2 CH H 2 O exoth. H R0 = -164,9 kj/mol 26.7% Niedertemperatur-Wärme Beispiel des Gaszusammensetzung vor und nach Methanisierung [Vol-%], Der Wobbe-Index kann entspr. der Feed-Gas-Zusammensetzung eingestellt werden Edukt-Gase H 2 80% Methanisierung Volumen Reduktion 5:1 95% CH 4 CH 4 -reiches Produktgas (SNG) 2% 3% 20% CO 2 Quelle: ETOGAS / ZSW * Basis: unterer Heizwert Methan ~9,97kWh/Nm 3 (Wasserstoff: 3,00kWh/Nm 3 ) CO 2 H 2

13 Für die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien stellt die Stromversorgung nur 1/5 der Herausforderung dar; Wärme und Mobilität machen zusammen 80% aus Gesamtenergieverbrauch Deutschland 2011 pro Sektor (Summe: 2429 TWh) Elektrizität 21% Niedertemperaturwärme (< 100 C) 33% Kraftstoffe (Mobilität) 30% 16% Hochtemperaturwärme (> 100 C) Quelle: BMWi, ETOGAS

14 Es gibt ein weites Einsatzspektrum des erneuerbaren Gases Beispiele von verschiedenen CO 2 -neutralen Pfaden (ggfs. Verflüssigung von Methan zu LNG) Solarenergie / PV Windenergie Wasserkraft etc Pipelines / Gasspeicher Power to Gas erneuerbarer Wasserstoff und Methan Personenverkehr (Langstrecke) Schiffe / Flugzeuge Transport / LKWs Gas to Power: Gasturbine / BHKW Wärme Kühlung Chemische Industrie Quelle: ETOGAS

15 Power-to-Gas eröffnet die Perspektive eines nachhaltigen Transportsektors Szenarien für Energieverbräuche im Straßenverkehr und Potentiale herkömmlicher Biokraftstoffe (2025) TWh Shell- Trendszen. (2009/10) BMU- Szenario (2011A) 556 ifeu TREMOD- Trendszen. (2012) 500 WWF- Ref.szen. (2009) Diesel Benzin andere Biodiesel Bioethanol Biomethan Lücke 41 Potential konventioneller biogener Biotreibstoffe (Zeddis 2010) Ø 530 Das Mengenpotenzial herkömmlicher Biokraftstoffe ist stark begrenzt Die Energiewende im Verkehr kann nur gelingen, wenn die bisherige Fokussierung auf Agrarbiokraftstoffe durch die Hinzunahme von synthetischen Kraftstoffen aus erneuerbaren Energien ergänzt wird Power-to-Gas ist eine Schlüsseltechnologie für erneuerbare Langstreckenmobilität Quelle: dena Hintergrundpapier Energieträger und Energieverbrauch im Straßenverkehr bis 2025, April 2013

16 Die Flexibilität der Überschussverwertung durch Power-to-Gas ist dreidimensional Flexible Nutzung des Gases bezüglich (i) Ort, (ii) Zeit und (iii) Energiesektor woanders Ort hier jetzt später Wärme Mobilität Strom -16- Energie- Sektor Zeit Quelle: ETOGAS

17 Inhalt 1 Idee und Konzept Power-to-Gas 2 ETOGAS: Status der Projekte -17-

18 ETOGAS bringt die P2G-Technologie vom Labor ins Feld Historische Schritte : 25 kw el α-anlage, 6 MW el β-anlage und 250 kw el Pilot-Anlage ( ) mit ZSW β α Werlte α Audi AG, 2013 γ IWES 2012 Morbach Bad Hersfeld 2009 Alpha-Anlage juwi, kw, ZSW 2012 neu Stuttgart ETOGAS / ZSW ,2 MW gamma plant Quelle: ETOGAS -18-

19 α ETOGAS GmbH Mit der 25kW el α-anlage wurde die Machbarkeit des P2G-Prozesses (inklusive CO 2 -Gewinnung aus der Luft) demonstriert; sie ist seit November 2009 erfolgreich in Betrieb Überblick Die grundlegende Machbarkeit wurde in einer Pilotanlage erfolgreich demonstriert Schem. Ansicht der containerbasierten Anlage links: Elektrolyse & Methanisierung rechts: Elektrodialyse zur CO2 Gewinnung aus Luft Sogar ohne jede Optimierungsmaßnahme wurde ein Wirkungsgrad von 40% für das Power-to-Gas System nachgewiesen Die Umgebungsluft dient als CO2-Quelle Der Prototyp wurde zusammen mit dem Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) erstellt Das Produkt ist DVGW- und DIN-konformes (synthetisches) Erdgas und kann direkt verwendet werden, z.b. um ein Erdgasfahrzeug zu betanken Quelle: ETOGAS -19-

20 α ETOGAS GmbH Das Konzept Windenergie im Gastank ist bereits heute einsatzbereit Füllung eines VW CNG-Serienfahrzeugs mit der alpha-anlage in Stuttgart Quelle: ETOGAS -20-

21 α ETOGAS GmbH Die Direktmethanisierung von Rohbiogas wurde erfolgreich in der Alpha-Anlage demonstriert Gasbeschaffenheit während der Methanisierung von Rohbiogas, 2012/2013 Quelle: ETOGAS, IWES -21-

22 ETOGAS bringt die P2G-Technologie vom Labor ins Feld Historische Schritte : 25 kw el α-anlage, 6 MW el β-anlage und 250 kw el Pilot-Anlage ( ) mit ZSW β α Werlte α Audi AG, 2013 γ IWES 2012 Morbach Bad Hersfeld 2009 Alpha-Anlage juwi, kw, ZSW 2012 neu Stuttgart ETOGAS / ZSW ,2 MW gamma-anlage Quelle: ETOGAS -22-

23 β ETOGAS GmbH Die Audi AG ist ETOGAS Launch-Kunde und demonstriert die komplette Verfahrenkette nachhaltiger erneuerbarer Langstreckenmobilität von der Windenergie zum e-gas Fahrzeug Prozesskette im Audi e-gas -Projekt zusammen mit ETOGAS Quelle: AUDI -23-

24 β ETOGAS GmbH Für die Audi AG hat ETOGAS in Werlte die weltgrößte P2G-Anlage errichtet Die 6 MW el -Anlage wird jährlich min t e-gas produzieren und dafür 2800 t CO 2 aus einer Abfall-Biogasanlage nutzen Strombezug Elektrolyse - alkalisch - atmosphärisch Methanisierung - Röhrenreaktor - gekühlt durch Salzschmelze CO 2 -Quelle - aus Gasaufbereitung -24- Wärmemanagement- - Kopplung mit Abfall-Biogasanlage Gasnetz -L-Gas Quelle: AUDI, ETOGAS

25 β ETOGAS GmbH Die weltgrößte Power-to-Gas-Anlage von ETOGAS Elektrolyseure der e-gas-anlage (3 Elektrolyseure mit je 2 MW elektrischer Eingangsleistung) Quelle: ETOGAS -25-

26 β ETOGAS GmbH Die weltgrößte Power-to-Gas-Anlage von ETOGAS Methanisierungsreaktor der e-gas-anlage (Höhe ~12m ohne Rahmen) Quelle: ETOGAS -26-

27 β ETOGAS GmbH Die 6,3 MW-Anlage in Werlte wurde am 25. Juni 2013 offiziell eröffnet Einweihung Hr. Hollerweger (Leiter Entwicklung Gesamtfahrzeug, Audi) und Hr. Flasbarth (Präsident des Umweltbundesamtes) eröffnen die e-gas-anlage Source: ETOGAS Quelle: AUDI, ETOGAS -27-

28 β ETOGAS GmbH Die AUDI/ETOGAS-Anlage wird den Betrieb im 3. Quartal 2013 aufnehmen; sie wird intermittierend erneuerbaren Strom beziehen und erneuerbares Methan ins Gasnetz einspeisen Status der Anlage, April 2013 Elektrolyse-Halle Einer der drei 2 MW-Elektrolyseure Methanisierungsreaktor Quelle: ETOGAS, AUDI -28-

29 β ETOGAS GmbH Der VW-Konzern setzt auf Power-to-Gas als Lösung für CO 2 -effiziente Langstreckenmobilität AUDI stellt auf dem Genfer Automobilsalon im März 2013 den A3 g-tron vor Rupert Stadler, Vorstandsvorsitzender AUDI AG: [ ] Es ist nicht nur für sich genommen effizient, sondern es berücksichtigt den gesamten Weg von der Energiequelle bis hinein ins Auto. Und herausgekommen ist der Audi A3 g-tron und der CO 2 -neutrale Kraftstoff, das Audi e-gas. [ ] Damit lösen wir eine der größten Herausforderungen beim Einsatz alternativer Energien. Quelle: AUDI -29-

30 β ETOGAS GmbH Ein e-gas Fahrzeug ist genauso umweltfreundlich wie ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug geladen mit Windstrom Beispiel einer Lebenszyklus-Analyse: Kompaktklassefahrzeug mit km Fahrleistung CO 2 -äquiv. [g/km] CO 2 -Emissionen well-to-tank CO 2 -Emissionen tank-to-wheel CO 2 -Emissionen Fahrzeugherstellung <30 Benzin (fossil) Erdgas (fossil) BEV (EU-Elektrizitätsmix) BEV (Windstrom) Bio-Methan (Mais) e-gas (Windstrom) Quelle: AUDI -30-

31 β ETOGAS GmbH AUDI mit ETOGAS unter den Top 50 Disruptive Companies seit 05/2013: ETOGAS Quelle: MIT Technology Review -31-

32 ETOGAS bringt die P2G-Technologie vom Labor ins Feld Historische Schritte : 25 kw el α-anlage, 6 MW el β-anlage und 250 kw el Pilot-Anlage ( ) mit ZSW β α Werlte α Audi AG, 2013 γ IWES 2012 Morbach Bad Hersfeld 2009 Alpha-Anlage juwi, kw, ZSW 2012 neu Stuttgart ETOGAS / ZSW ,2 MW gamma plant Quelle: ETOGAS -32-

33 γ ETOGAS GmbH Die 250kWel-Pilotanlage wurde auf einem ehem. Gasspeicher-Gelände der EnBW in Stuttgart-Vaihingen errichtet Standort der Anlage mit Gasspeicher im Vordergrund Besuch von Bundesumweltminister Altmaier und Ministerpräsident Kretschmann im Sept gefördert durch Standort der P2G-Pilotanlage Quelle: ZSW, ETOGAS -33-

34 γ ETOGAS GmbH Die 250kW el -Pilotanlage wurde auf einem ehem. Gasspeicher-Gelände der EnBW in Stuttgart-Vaihingen errichtet Anlagendesign der Methanisierung (links nach rechts): Gas-Separation, Reaktor Typ 1, Reaktor Typ 2 Quelle: ZSW -34-

35 γ ETOGAS GmbH Die 250kW el -Pilotanlage wurde auf einem ehem. Gasspeicher-Gelände der EnBW in Stuttgart-Vaihingen errichtet 280kW Elektrolyse-System Quelle: ZSW -35-

36 Development status of AEL: Status of the Project Hysolar Technology state, 1995:Electrolyser with direct matching of a PV installation during intermittent operation source: ZSW -36-

37 Umsetzung von AEL seit 1988 zur Entwicklung von innovativen Wasserelektrolyseuren bei METKON SA (CH), ALYZER DIVISION Examples of cell stacks ( ) 0,5 m² x 144 cells 10 bar rated 60 kw 0.5 m 2 x 144 cells 10 bar Installation in Saudi Arabien Hysolar Projekt Quelle: etogas, ZSW, Metkon Alyzer niebüll_13_6_2013.pptx -37-

38 γ ETOGAS GmbH neu 2013: Neues 1,2 MW el ETOGAS Elektrolyse-Modul für autonomen Betrieb Elektrolyseur, Kühleinheit und Transformator sind containerbasierte Einheiten Kühleinheit Transformator Stack-Modul mit integrierter Leistungselektronik Quelle: ETOGAS -38-

39 γ ETOGAS GmbH Die neuen 1,2 MW ETOGAS Gamma-Anlagen sind modular aufgebaut und wegen der intermittierenden Fahrweise auf minimale Investitionskosten hin optimiert γ-generation neu CO 2 -Quelle - Direkt-Methanisierung von Rohbiogas Methanisierung - Plattenbauweise - Kühlung mit Druckwasser Strombezug - Netzgekoppelter Betrieb für EE- Überschussverwertung - Direkte Kopplung WKA/PV - Regelenergie Gasnetz -H-Gas Elektrolyse - alkalisch -Druck Wärmemanagement - standardisiert Quelle: ETOGAS, Grundfläche ~30m x 30m -39-

40 Massstabsvergleich Audi Anlage Werlte 6 MW mit 1.2 MW Anlage -40-

41 Durch Direkt-Methanisierung mit Hilfe der ETOGAS 1,2 MW el PtG Gamma Anlagen wird eine Flexibilisierung von bestehenden Rohbiogasanlagen und BHKWs ermöglicht Blockschaltbild des Konzepts PtG & BHKW und smarte Rohbiogasweiche Kombination PtG Anlage & BHKW Stromnetz 250 kw el 1,2 MW el gesicherte Wärmeversorgung unabhängig vom Betriebsmodus BHKW PtG Wärmemanagement Rohbiogasanlage Intelligente Rohbiogasweiche Wärmenetz Mess- und Einspeisestation Gasnetz Legende Elektrizität Methan Rohbiogas Wärme Stellt negative regelbare Energie zur Verfügung gesicherte Stromvermarktung an PtG Anlage bei hoher EE-Einspeisung und/oder niedrigen Börsenpreisen macht BHKW-Einspeisung flexibel steuerbar PtG-Anlage und BHKW sind wechselseitig in Betrieb 1) Modus A: Stromvermarktung an PtG-Anlage zu garantiertem Mindestpreis bei hoher EE- Einspeisung / niedrigen Börsenpreisen und Verwertung von Rohbiogas. BHKW ist in Standby negativer Hub stromseitig (Nennleistung PtG- Anlage 1200 kw el ) und positiver Hub gasseitig (Gas-Nennleistung PtG Anlage 1.3 MW th bzw. 130 Nm 3 /h) 2) Modus B: Betrieb BHKW mit Rohbiogas zur Einspeisung von Strom. PtG-Anlage ist in Standby positiver Hub stromseitig durch Nennleistung BHKW in Höhe von 250 kw el Quelle: ETOGAS, 1) Vereinfachung: 50% Methan, 50% CO 2 im Rohbiogas 2) Methanisierung Rohbiogas von ETOGAS in Bad Hersfeld im Langzeitbetrieb erprobt und in Werlte und Morbach getestet -41-

42 Grundsatzverschaltung PtG Anlage mit Kläranlagenkopplung Direktmethanisierung von Klärgas in Festbettreaktoren zur Wärmeauskopplung, Sauerstoff-/Wärmenutzung Wärme Wärme Wärme Quelle: Gill/Etogas

43 Fahrplan gerechte Stromerzeugung aus WKA plus PtG Anlage Power to heat P flex = 0-1 ct/kwh PtG Energiebezug aus WKA WKA Zuschuss Ptg Anlage aus Mehrertrag WKA P plan = Industriestrompreis/2 ct/kwh Quelle: etogas WKA Stromband Für hohe Preisvergütung

44 Integrated Storage-power device based on renewable methane by using existing turbine infrastructure and oxyfuel processes with natural gas or SNG methan Electricity network Wind PV Power O 2 Tank electricity O 2 gasturbin e OxiFuel * Gasboiler CH 4 heat CO 2 Tank CO 2 Decentralized chp Long range mobility heating Gas network O 2 CO 2 CO 2 Elektrolysis/H 2 Tank CO 2 Tank H 2 CO 2 Methana tion H 2 CH 4 sourcee: Rieke, etogas et al. -44-

45 Anwendungen für SolarFuel Konvertierungsanlagen im Strommarkt Verschiedene business Modelle in den jeweiligen Märkten werden adressiert: heute und morgen Überschussener gie EE Ausbau wird zu Zeiten mit hohen Energieüberschüssen im Strommarkt führen Benutzungsstunden werden lt. Analysen/Studien eher < h nicht überschreiten Herausforderung an jede Speicher-/Integrationstechnologie: Hohe Investkosten mit geringer Auslastung Politik/Gesellschaft wird Verschmelzen von Peak shaving/stabilitäts-/kapazitätsmärkten forcieren, um sichere, ergänzende Energieversorgung mit hohen volatilen EE sicher zu stellen. Gespräche mit BNA, BMWi (workshop BNA: u.a. im ) Markt von morgen Stabilitätsmarkt Regelenergie Heutiger Markt für bc SF Anlagen als Eintrittsmarkt Prognoseausgleich BKV; Direktkopplung EE Anlagen Abschaltung von konventionellen Kraftwerken und forcierter EE Ausbau wird zu hohem Bedarf zur Sicherstellung von Stabiltitätsanforderungen im Stromsystem durch Regelenergie führen SolarFuel Anlagen sind hoch dynamisch als intelligente Last im Regelenergiemarkt einsetzbar Durch Einsatz als Systemdienstleistungen erbringen diese SF Anlagen einen Nutzen dem Stromnetz und ermöglichen attraktive Bezugsmöglichkeiten Strom auch mit EE Charakter (Zertifizierungsprozess EE-Regelenergiebezug SRL durch TÜV Süd angestossen, Gespräche BNA, BMWi, BMU, DENA etc.), PRL mittelfristig ebenso adressierbar Lieferverpflichtung BK Strom wird durch hohen Anteil Strom aus volatilen Quellen vor neue Aufgaben gestellt. SF Anlagen helfen gesicherte Bezugslieferung für BKV zu ermöglichen und Kontrahierungsmengenrisiken zu mindern (Trade-Knowhow als DL Kooperation) Grünstromprivileg EE 2012 mit hohen Anteilen volatiler EE aus Wind. PV erfordert Absicherungsstrategien Flexibilisierung von Biogas-BHKW Anlagen über Gaseinspeisefunktion SF Anlagen Wind-/PV Direktkopplung im Verteilnetz mit SF Anlagen ermöglicht Optimierung Netzausbau- /Integrationsdienstleistungen Markt von morgen Quelle: SolarFuel

46 Entwicklung SRL Markt 2012/2013 als Strombezugsmodell für PtG-Biogass BHKW Quelle: ETOGAS -46-

47 Das Konzept PtG & BHKW und smarte Rohbiogasweiche kann vom Stromhändler als Hedging-Instrument gegen fallende Börsenpreise eingesetzt werden und bietet einen jährlichen Profit von ~255 k pro MW PtG Leistung Beispiel-Rechnung des jährlichen Profits durch Hedging für die Kombination (normiert auf 1MW el PtG & 0,21 MW el BHKW) Das Konzept PtG & BHKW und smarte Rohbiogasweiche nutzt Zeiten mit hoher Einspeisung Erneuerbarer Energien und dadurch fallenden Börsenpreisen aus, um Grünstrom zu Erneuerbares SNG zu verwerten und dieses zu zeitlich gleichbleibend hohen Werten im Verkehrssektor zu vermarkten. Dadurch ergibt sich eine Absicherung des Strom-Vermarktungsportfolios gegen niedrige Börsenpreise. Vorteile entstehen durch Börsenpreis Strom 45 /MWh 5920 Stunden p.a. Vermarktung von Grünstrom an PtG Anlage statt an Börse zum gesicherten Preis von 59 /MWh Kraftwerksbetreiber: Deckungsbeitrag aus Betrieb Betrieb PtG Anlage 109 /h 39 /h 65 /h 5 /h Erlöse Biomethan 1 Deckungsbreitrag aus Betrieb der PtG Anlage 2 Deckungsbreitrag aus Betrieb des BHKWs 31 /h Rohbiogas 6 /h O&M 59 /h Strom Kosten Erneuerb. SNG 13 /h Profit Nutzwärme 13 /h x 5920 h p.a. = pro Jahr 3 Vorteil durch gesicherte Grünstrom-Vermarktung an PtG- Anlage zum gesicherten höheren Preis ggb. Börsenpreis 4 Vorteil durch Stromvermarktung nur zu Zeiten hoher Börsenpreise Energiehändler: Vorteil aus gesicherter Stromvermarktung 1 Stromvermarktung an PtG Anlage 22 /h 3 59 /h x 5 /h 5920 h p.a. Gesicherte Vermarktung Strom an PtG Anlage Herkunftsnachweis 32 /h Benchmark: Stromvermarktung an Börse 22 /h Profit = pro Jahr Börsenpreis Strom > 45 /MWh 2840 Stunden p.a. Nutzung der Stunden mit hohen Preisen an der Börse zur Stromdirektvermarktung 45 /h 40 /h 5 /h Erlöse 31 /h 1 /h Kosten Stromeinspeisung BHKW Rohbiogas O&M Betrieb BHKW 13 /h Profit Nutzwärme 13 /h x 2840 h p.a. = pro Jahr /h Direktvermarktung BHKW Strom an Börse zu Zeiten >45 /MWh Stromvermarktung BHKW 8 /h Benchmark: Stromvermarktung ganzjährig 4 /h Profit 4 /h x 2840 h p.a. = pro Jahr Quelle: ETOGAS EPEX-Spot Daten

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