Power to Gas: Eine zukunftsweisende Innovation für integrierte Energieversorger?

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1 Power to Gas: Eine zukunftsweisende Innovation für integrierte Energieversorger? Dr. Willem Schoeber, Mitglied des Vorstandes der EWE AG Berlin, 13. Juni 2012 Agenda TOP 1 Energiekonzept der Bundesregierung und Folgen für das Stromnetz TOP 2 Speicherung und Power to Gas TOP 3 Projektbeispiel Werlte: Power to Gas TOP 4 Fazit 2 1

2 Präsent an 80 Standorten garantiert EWE NETZ einen hohen Netzstandard Quelle: EWE NETZ, Bereits heute stammen 50 % des Stroms aus Erneuerbaren Energien im EWE Verteilnetz EEG-Energieträger: Wind, Sonne, Biomasse, Wasser und Gase (0,4 und 20 kv-netz) [Mrd. kwh] 13,63 13,44 14,14 14,14 EEG Anteil: 53,1% 6,24 6,16 6,23 7,51 durchgeleitete Strommenge EWENETZ * * vorläufige Werte Quelle: EWE NETZ,

3 Einspeisemanagement: Reduzierung der Einspeiseleistung bei EWE NETZ und Anteil an eingespeister EEG-Menge Anzahl der Eingriffe Anteil der abgeregelten Arbeit in Promille* Anforderung aus vorgelagerten Netzen EWE NETZ Einsätze des Einspeisemanagements Anforderung aus vorgelagerten Netzen in Promille EWE NETZ Einsätze des Einspeisemanagements in Promille *: abgeregelte Arbeit: geschätzte Mengen Quelle: EWE NETZ, Stromversorgung früher: Vom Großkraftwerk zum Kunden 380 kv Großkraftwerke 220/110 kv EWE NETZ GmbH Industrie-/Gewerbeanlagen 20 kv 0,4 kv Industrie-/Gewerbeanlagen Haushalt Haushalt Haushalt Quelle: EWE NETZ,

4 Stromversorgung heute: 380 kv Großkraftwerke OWP Riffgat Offshore-Windpark 220/110 kv EWE NETZ GmbH BGA Werlte Bottleneck 20 kv Industrie-/Gewerbeanlagen Windpark PV-Anlagen BHKW 0,4 kv Industrie-/Gewerbeanlagen Windkraftanlage Biogasanlagen Haushalt Haushalt Haushalt mit BHKW mit PV PV-Anlagen Quelle: EWE NETZ, EWE, Bis 2015 investieren wir voraussichtlich über 100 Mio. Euro in den EEG-bedingten Netzausbau [in Mio. ] Investitionen Prognose

5 Ausgleichsmöglichkeiten für Überschuss von regenerativem Strom 1. S Installierte ( ) und verfügbare Leistung der Erneuerbaren (Wind & PV) Netzausbau Loadmanagement Verteilungsfunktion der Erzeugungsleistung bei zunehmenden EE Netzkapazität Absatzkurve 1. Strombedarf, Differenz der Jahresarbeit ist über konventionelle KW zu decken 2. Loadmanagement kommt an Grenzen 3. Grenzen des Netzausbaus sind erreicht (ggf. temporär) 4. Überproduktion: Abschaltung von EE-Anlagen und Entschädigung an Betreiber 5. Kappung der Spitzen = die nicht 1 bedarfsgerechte EE-Erzeugung wird über Speicher und spätere bedarfsgerechte Stromerzeugung ausgeglichen 6 6. Die nicht bedarfsgerechte EE- Erzeugung wird über Speicher im 8760 VBh Grundlastbereich ausgeglichen Mit dem der Option zur Abschaltung von rd. 5% EE-Arbeit (Spitzenkappung) kann die Kapazität der Stromnetze (Mittelspannung) verdoppelt werden. Quelle: DVGW 2011, EWE 9 Stromversorgung morgen: incl. Last- und Speichermanagement Großkraftwerke 380 kv OWP Riffgat Offshore-Windpark 220/110 kv EWE NETZ GmbH BGA Werlte Bottleneck 20 kv Industrie-/Gewerbeanlagen Windpark PV-Anlagen BHKW 0,4 kv Industrie-/Gewerbeanlagen WindkraftanlageBiogasanlagen Haushalt Haushalt Haushalt mit BHKW mit PV PV-Anlagen Speicher und Netzausbau in den Verteilnetzen (jeweils auf einer Spannungsebene) reduziert den Netzausbau in den vorgelagerten Netzen! Quelle: EWE NETZ, EWE,

6 Die Speicherung von chemischer Energie weist die größten Potenziale und Langfristigkeit auf. Discharge time [h] CAES: PHS: H 2, SNG: Compressed Air Energy Storage (Druckluftspeicherkraftwerk) Pumped Hydro Storage (Pumpspeicherwerk) Wasserstoff, Synthetic Natural Gas (Die Untertage-Ausspeicherung beinhaltet die Rückverstromung in Gas- und Dampfkraftwerken) im Kurzfristbereich ist der Einsatz von Batterien und PtG bei Nutzung der heutigen Technologien wirtschaftlich gegenüber einem Netzausbau nicht darstellbar. im Langfristbereich ist der Einsatz von PtG eine Alternative Quelle: Forschungszentrum Jülich 11 Wirkungsgrade möglicher Speichertechnologien I Stromtransport incl. Pumpspeicher Power-to-Gas H 2 Power-to-Gas CH 4 Strompfad hat erst im Ferntransport Effizienzverluste Wasserstoffzumischung effizienter als Methanisierung, Option zur stofflichen Nutzung (Chemische Nutzung, Erdölraffinerien, Flüssige Kohlenwasserstoffe) und weiterhin Verwendung in Brennstoffzellen, Gasturbinen sowie Basis für die Methanisierung CH 4 als Multitalent für Transport und Speicher, insbesondere bei einem Wärmekonzept Quelle: DBI,

7 Wirkungsgrade möglicher Speichertechnologien II Stromtransport ohne Speicherung 90,3 % - Power-to-Gas H 2 69,9 % GuD (η* = 54,1 %) 37,82 % Power-to-Gas CH 4 56,1 % GuD (η* = 54,1 %) 30,4 % E-Heizung (η = 100 %) 90,3 % Li-Ion-Akku (η = 90 %) + E-Motor (η = 80 %) 65,0 % Brennwertkessel (η* = 99 %) 69,2 % BSZ (H 2+O 2-PEM η el = 60 %) + E-Motor (η = 80 %) 33,6 % Brennwertkessel (η* = 99 %) 55,5 % Gasmotor (η = 35 %) 19,6 % *: Auf Brennwert bezogen Quelle: DBI, EWE Lokale Verwendung im Wärmemarkt Ziel: zeitliche Entkopplung von Angebot und Nachfrage (kein Langfristspeicher) lokale saisonale Strom -speicher beim Endkunden in Form von Nachtspeicheröfen => Windstromspeicheröfen Gasthermen mit größerem Warmwasserspeicher mit Elektroheizung ergänzen Betrieb der Gastherme in der übrigen Zeit mit EE-Gasen Nutzung von PtG incl. Methanisierung bei Biogasaufbereitungsanlagen, sofern hier die entstehende Prozesswärme genutzt werden kann und die Kosten deutlich gesenkt werden können (Invest derzeit rd /kw el der Elektrolyse) Übrigens: kein KWK ohne Wärmespeicher! 14 7

8 CO 2 Quellen in Deutschland für eine Methanisierung CO 2 -Emissionen in Deutschland [Mio. t/a] C. Herstellung von Metall B. Chemische Industrie A. Mineralische Produkte 4. Übrige Feuerungsanlagen 3. Verkehr 2. Verarbeitendes Gewerbe 1. Energiewirtschaft rd. 50 Mio. t CO 2 oder rd. 46 GW el Elektrolyse Quelle: Umweltbundesamt, Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen, 2012 Die Herausforderung für eine Methanisierung ist nicht die CO 2 -Verfügbarkeit (nach Aufbereitung der Abgase) sondern der räumliche und zeitliche Anfall 15 Nordsee geplante Offshore Windparks ( > 20 GW el ) Offshore WP riffgat 16 8

9 Windpark Riffgat (108 MW el ) Bestehende Erdgasspeicher (Kavernen) Im Nordwesten befinden sich an den Stromtransportleitungen zahlreiche Kavernenspeicher EWE- Gaskavernen Jemgum & Nüttermoor Mit der Technologie Power to Gas kann hier in der 100-er-MW-Klasse Wasserstoff erzeugt und gespeichert werden Bei fehlenden/zu knappen EE kann mittels eines power peaker Strom erzeugt werden und über die freien Kapazitäten im Stromnetz transportiert werden. Quelle: riffgat, EWE Einspeisung von synthetischen Gasen H 2 -Direkteinspeisung Einsatz von Elektrolyseuren im großen Leistungsbereich (> 100 MW el, d.h. rd m³/h H 2, große Onshore und Offshore Windpark) keine Methanisierung und CO 2 -Quelle erforderlich Einspeisung von H 2 in Gastransportnetze oder in Kavernen I.d.R. Zusatzgas bei dem das Gasgemisch erst im Gasnetz die Anforderungen G 260/262 einhält Vorgabe des einzuspeisenden H 2 Volumenstromes (= Betrieb des Elektrolyseures) durch den Gasnetzbetreiber Methanisierung Einsatz von Elektrolyseuren im mittleren und großem Leistungsbereich (> 5 MW el ) anschließende Methanisierung unter Nutzung von CO 2 -Quellen (bei 100 MW el rd m³/h) Einspeisung von EE-Methan in Gasverteilungsnetze (bzw. regionale HD- Leitungen) mit ggf. begrenzter Kapazität I.d.R. Austauschgas bei dem das EE- Methan bereits die Anforderungen G 260/262 einhält Vorgabe für den Betrieb des Elektrolyseures durch das Stromnetz 18 9

10 Projektbeispiel Werlte: Power to Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Quelle: EWE, Projektbeispiel Werlte: Power to Gas Projektschritte 11/10: Audi Vorstand beauftragt Vorstudie zu e-gas Grundsatzentscheidung Audi für TCNG-Modelle in Volumenbaureihen 12/10: Entscheidung für Investition in Offshore-Windkraftanlagen 01/11: Erstmalige Produktion von e-gas im Auftrag von Audi am Standort Werlte mit einer Laboranlage von SolarFuel (ZSW) 07/11: Anlagenplanung und Genehmigungsplanung gestartet 05/13: Einspeisung e-gas ins Netz Der Weg zum e-gas Projekt Eckdaten der industriellen Umsetzung Betrieb der e-gas Anlage mit 5 / 6,3 MW el und rd. 350 m³/h Methan (e-gas) erfolgt durch Audi. Bereitstellung von bis zu 320 m³/h CO 2 aus der Biogasanlage Werlte erfolgt durch die EWE ENERGIE Einspeisung von e-gas erfolgt durch EWE NETZ CO 2-neutraler Betrieb von A3 TCNG-Fahrzeugen Partner Quelle: Audi,

11 Projektbeispiel Werlte: Power to Gas Als geeigneten Standort hat Audi im Nordwesten Deutschlands Werlte ausgewählt Status: Entwurf WerlteEntscheidung für Werlte Werlte wegen: Räumlicher Nähe zu Offshore-Windparks Nähe zur CO2-Quelle (Biogasanlage) vorhandener Infrastruktur Quelle: Audi, Projektbeispiel Werlte: Power to Gas Anlagentest der Versuchsanlage in Werlte (L-Gas) H2 CO2 O Quelle: ZSW :00 y_co2, y_h2, y_o2 [Vol-%] y_ch4 [Vol-%] CH :00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 Dauer [hh:mm] Werlte Quelle: EWE,

12 Agenda TOP 1 Energiekonzept der Bundesregierung und Folgen für das Stromnetz TOP 2 Speicherung und Power to Gas TOP 3 Projektbeispiel Werlte: Power to Gas TOP 4 Fazit 23 Fazit I Erneuerbare Energien haben jetzt schon in manchen elektrischen Verteilernetzen einen Anteil von über 50% an der transportierten Arbeit Das Abschneiden von Produktions-/Lastspitzen ist eine wirtschaftliche Alternative, um die Netzkapazität erheblich zu steigern Die Speicherung ist eine alternative Nutzung solcher Spitzen, auch in den elektrischen Verteilnetzen Aus der Perspektive Gesamtwirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit sind dezentrale Wärmespeicher und E-Mobilität interessante Optionen Chemische Speicherung von Wasserstoff oder Methan kann grundsätzlich die Verwertung von großen Energiemengen ermöglichen Die Verwertung von Wasserstoff ist im allgemeinen aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht der Methanisierung vorzuziehen 24 12

13 Fazit II Es sollten Schritte eingeleitet werden, die eine Erhöhung des erlaubten Wasserstoffgehalts im Erdgasnetz und in den Erdgasanwendungen auf z.b. 10% zum Ziel haben, um Energieverluste durch die Methanisierung zu vermeiden Die Methanisierung ist eine nachrangige, aber immerhin eine Möglichkeit, sonst unverwertbaren Strom zu nutzen. In dezentralen Anlagen mit einer Wärmeverwertung aus der Methanisierung (z.b. Biogasanlage) reduziert sich der Energieverlust erheblich. Speicherung ist nur dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn ihre spezifischen Kosten (incl. der Umwandlung) niedriger sind als die der Produktion. Davon ist Power to Gas noch sehr weit entfernt. 25 Fazit III Focus der EWE - positive Begleitung von Demonstrationsvorhaben (e-gas Projekt von Audi) - Durch einen aktiven Stromnetzausbau / Netzsteuerung in elektrischen Verteilnetzen wird der Bedarf für Power to Gas zeitlich verschoben - Chancen von erhöhten Wasserstoffgehalten im Erdgasnetz werden ergebnisoffen geprüft (Einspeisung von H 2 bevorzugt in Transportnetze und Langzeitspeicherung in Kavernen mit power peaker ) 26 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. EWE Aktiengesellschaft Dr. Willem Schoeber Donnerschweer Straße Oldenburg Tel /