AUS STROM WIRD GAS WIE UND WARUM?

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1 Energieapéro Aargau AUS STROM WIRD GAS WIE UND WARUM? Baden, Zofingen, Aarau Prof. Dr. Markus Friedl 21./23./29.

2 Inhalt Was ist Power-to-Gas? Energieversorgung der Schweiz Rolle von Power-to-Gas in der Schweizer Energieversorgung Stand der Technik von Power-to-Gas Vergleich von Mobilitätsformen Chancen und Risiken Business Case IET 2

3 Was ist Power-to-Gas? CO 2 -Quelle Verbrennungsprozess Biogasanlage ARA Atmosphäre Saisonale Speicher O CO 2 O 2 Stromnetz Strom Power Speicher max. 2% Gasnetz Stromnetz Gaskraftwerk (GuD) Strom Power Electrolyse Methanisierung O 2 Wärme direkte Nutzung O Wärme O CO 2 Wärme Power-to-Hydrogen Power-to-Methane 3

4 Was ist Power-to-Gas? CO 2 -Quelle Verbrennungsprozess Biogasanlage ARA Atmosphäre Saisonale Speicher O CO 2 O 2 Methanisierung Stromnetz Strom Power Speicher Electrolyse max. 2% Gasnetz Tankstelle Transport Mobilität O 2 Wärme direkte Nutzung O Wärme O CO 2 1. Die erforderlichen Infrastrukturen und Technologien existieren heute. 2. Produktionskosten synthetisches Methan > Kosten für Förderung von fossilem Methan 3. Emissionen des synthetischen Methans < Emissionen von fossilem Methan. 3. ist erfüllt, wenn der Strom erneuerbar ist. 4

5 Energieversorgung der Schweiz Energieversorgung = Voraussetzung für unseren Wohlstand. Energieversorgung verantwortlich für Klimaerwärmung (87% der inländischen nicht erneuerbaren CO 2 Emissionen der Schweiz) Ziele der Schweiz: Versorgungssicherheit Reduktion Endverbrauch, sparsamere und effizientere Energienutzung 1 Nutzung erneuerbarer Energien, insbesondere einheimische 1 Abschalten der Kernkraftwerke nach Ende ihrer Lebensdauer 2 Reduktion von Treibhausemissionen 3, Einhaltung Paris 1) Neues Energiegesetz ab 1. Januar 2018, 2) Kernenergiegesetz ab 1. Januar 2018, 3) CO2-Gesetz ab 1. Januar

6 Energieversorgung Schweiz Endenergieverbrauch Schweiz 2016, Quelle: Bundesamt für Energie, Gesamtenergiestatistik

7 Energieverbrauch Schweiz Endenergieverbrauch Schweiz 2016, Quelle: Bundesamt für Energie, Gesamtenergiestatistik

8 Energieversorgung der Schweiz Veränderungen in der Zukunft? 1/3 Stromerzeugung AKW fällt weg Massiver Zubau erneuerbare Elektrizität davon sehr viel Photovoltaik Stromüberschuss im Sommer Was machen wir mit fossilem Gas und fossilen Flüssigkeiten? Zahlen für Jahr 2016 Quellen: BFE «Elektrizitätsstatistik 2016» und «Gesamtenergiestatistik 2016», VSG Jahresstatistik Ausgabe

9 Energieversorgung der Schweiz Die zukünftige Energieversorgung kann gesichert werden mit: Gesamtbetrachtung aller Energieformen Massiver Ausbau an Erzeugung erneuerbarer Energien Speichertechnologien: kurzfristig (Supercaps, Batterien, Pumpspeicherkraftwerke) saisonal (Wasserkraftwerk mit Stausee, Power-to-Gas) Zusammenspiel verschiedener Energienetze (Konvergenz der Netze, Sektorkopplung, Flexibilisierung) Überschuss an erneuerbarer Elektrizität im Sommer: Power-to-Gas nutzt diesen Überschuss zur Produktion von erneuerbarem Gas 11

10 Rolle von Power-to-Gas in der Schweizer Energieversorgung 13% des Schweizer CO 2 Ausstosses an 36 Orten Biogasanlage ARA CO 2 -Quelle Verbrennungsprozess Atmosphäre Saisonale Speicher O CO 2 O 2 Strom Power Speicher Stromnetz Electrolyse Methanisierung max. 2% Gasnetz Tankstelle Transport Mobilität O 2 Wärme direkte Nutzung O Wärme O CO 2 Sehr dynamisch, Speicherkapazität < 1 s, Mit erneuerbarem Strom noch dynamischer Träge, Speicherkapazität: 24 Tage, 1.5 Sommermonate, mehrere Monate in D, A, I, Fr 12

11 Stand der Technik O CO 2 O 2 Strom Power Electrolyse CH Methanisierung 4 Transport Mobilität O 2 Wärme Traditionell: Alkalische Elektrolyse Neu: PEM Elektrolyse Zukunft: Hochtemperatur Elektrolyse = SOEC O Wärme Katalytische Methanisierung ca. 300 C, seit 3 Jahren kommerziell verfügbar Biologische Methanisierung kurz vor Markteinführung O CO 2 Kommerziell verfügbar: 20 PKW Modelle Nutzfahrzeuge Lastwagen Bus 13

12 Stand der Technik CO 2 -Quelle Verbrennungsprozess Biogasanlage ARA Atmosphäre Saisonale Speicher O CO 2 O 2 Methanisierung Stromnetz Strom Power Speicher Electrolyse max. 2% Gasnetz Tankstelle Transport Mobilität O 2 Wärme direkte Nutzung O Wärme O CO 2 14

13 Stand der Technik Anlagen in der Schweiz (in chronologischer Reihenfolge): Power-to-Hydrogen, 180 kw el, Brugg, Postauto Schweiz Power-to-Hydrogen, 360 kw el, Aarmatt, Regio Energie Solothurn Power-to-Methane, 25 kw el, Rapperswil, IET HSR Power-to-Hydrogen, 180 kw el, Dübendorf, EMPA Power-to-Hydrogen, 15 kw el, Brütten, Umwelt Arena Schweiz Power-to-Hydrogen, 100 kw el, Villingen, PSI Power-to-Hydrogen, 180 kw el, Aarau, Energy, IBAarau und Coop Power-to-Methane, Werdhölzli Zürich, PSI und Energie 360 Methanisierung, Villingen, PSI Bald: Power-to-Methane, 10 kw el, Rapperswil, IET HSR Bald: Methanisierung, Aarmatt, Regio Energie Solothurn Weitere Anlagen in MW-Grösse werden diskutiert z.b. Power-to-Methane, 2 MW el, Dietikon, Limeco z.b. Power-to-Methane, n MW el in Island, Transport in CH, Nordur 15

14 Vergleich unterschiedlicher Mobilitätsformen Vor- und Nachteile der Mobilität mit Methan gegenüber der Elektromobilität Vorteile: Betankungszeit Einsatzradius Graue Energie Speicherbarkeit Flexibilität Synthetische Treibstoffe Nachteil: Effizienz Wasserstoff Methan Flüssige Treibstoffe Produktion einfach kompliziert Verwendung kompliziert einfach Automodelle 2 PKW 23 PKWs viele LKW, Bus Infrastruktur keine existierend 16

15 Chancen von Power-to-Gas Verbindet Strom- und Gasnetz Erbringt im Stromnetz eine Dienstleistung (Sekundärregelleistung) im Zusammenspiel mit kurzfristigen Speichern Wird betrieben, - wenn viel erneuerbarer Strom im Netz - wenn Strom günstig ist. Erlaubt es, den Anteil erneuerbares Gas im Gasnetz deutlich zu erhöhen. - Biomasse ist ein knappes Gut. - Ziel der Gaswirtschaft bis 2030: 30% erneuerbar im Wärmemarkt - Transport und Mobilität erneuerbar (als Ergänzung zu Elektromobilität) Power-to-Gas ist eine neue Technologie, die nahe an der Rentabilität ist. Weltweit führend in Power-to-Gas sind Deutschland, Schweiz und Dänemark Neue Arbeitsplätze 17

16 Risiken Infrastruktur, die nicht Stunden pro Jahr betrieben wird. Politische Randbedingungen: Power-to-Gas Anlagen bezahlen Netznutzungsentgelt, Pumpspeicherkraftwerke nicht. Erneuerbare Treibstoffe sind von der Mineralölsteuer befreit. Preis für Ausstoss von CO 2. 18

17 Perspektiven Investition Betriebszeit pro Jahr Rentabilität Betrieb & Unterhalt Wert des Gases inkl. Mineralölsteuer Kosten für Elektrizität mit Netznutzungsentgelt Zutaten für einen funktionierenden Business-Case: Erneuerbare Elektrizität am Standort Leistungsgrösse mindestens 1 MW mehr als 5000 Stunden Betriebszeit pro Jahr Einnahmen aus der Dienstleistung, das Stromnetz zu stabilisieren Einnahmen aus dem Verkauf von CO 2 -neutralem Gas «Swiss Made» für Mobilität Förderung z.b. als P&D Anlage des BFE 19

18 HSR - IET 20 Prof. Dr. Markus Friedl, CAS EBB, 1. Dez. 2017

19 Power-to-Gas Team Friedl Meier Ruoss Schmidlin Moebus Gorre de Sousa Angst Lydement Steiner 21

20 Pilot- und Demonstrationsanlage Power-to-Gas HSR 22

21 High Efficiency Power-to-Gas Pilot (HEPP) Steering Committee aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft 23

22 Zusammenfassung Power-to-Gas nutzt bestehende Infrastruktur und bestehende Technologien. Power-to-Gas kann eine wichtige Rolle spielen in einer nachhaltigen Energieversorgung (Strom, Wärme, Brenn- und Treibstoffe) in einer nachhaltigen Mobilität. Das IET treibt Power-to-Gas in der Anwendung voran. 27

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