Leuchtturmprojekt Solothurn. Marcel Rindlisbacher, Leiter Netze Regio Energie Solothurn

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2 Leuchtturmprojekt Solothurn Marcel Rindlisbacher, Leiter Netze Regio Energie Solothurn

3 Querverbundunternehmen Rund 100 Millionen Umsatz 160 Mitarbeitende Strom, Erdgas/Biogas, Fernwärme, Wasser, Elektro- / Sanitär- / Heizungs- Installationen Negawatt, Contracting, IT Selbständige öffentlich-rechtliche Unternehmung Im Besitz der Stadt Solothurn (100%)

4 Fernwärmenetz Seit 2007 im Bau

5 Am Anfang war die Lücke Investitionsbedarf Heizzentrale: 4-5 Mio. CHF Werkleiterseminar 2013, Felix Strässle, Direktor Regio Energie Solothurn

6 Speicherbedarf für überschüssige Produktion aus Photovoltaik in der Schweiz in 2035 Annahmen für Modellrechnung: Die gesamte PV-Produktion der Monate Juni / Juli wird nicht benötigt (Deckung des Verbrauchs durch Wasserkraft) und saisonal gespeichert = Überschuss Dies entspricht 2.4 TWh 1 in 2035 Erwarteter Lastverlauf in der Schweiz für eine Sommerwoche im Jahr illustrativ Leistung [GW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Photovoltaik- Produktion = Überschuss Stromverbrauch Produktion Lauf- / Speicherkraftwerke 1) Installierte Leistung = 8 GW (Abgeleitet aus Energiestrategie 2050, Variante EE verstärkt im Szenario Politische Massnahmen Bundesrat, Annahme 900 Volllaststunden pro Jahr); 5 Volllaststunden pro Tag; 61 Tage 9

7 Zwischenfazit Nach Lösungen suchen, wie man im Sommer erzeugten Strom in den Winter schieben kann SPEICHER (besonders saisonale Speicher) werden zum Schlüsselthema Gas kann Teil der Lösung sein Autarkie-Wünsche sind vorhanden Stadtwerk können Lösungsbeiträge leisten

8 Lösungsansatz (Pump-) Speicherkraftwerke 2.4 TWh Überschussproduktion bedeutet in (Pump-)Speicherkraftwerken 10 x das Projekt Erhöhung Staumauer Grimselsee 2) (um 23m) Quelle: ex-press.ch oder Erhöhung der Kapazität aller (!) Schweizer Speicherseen (gesamt 8.8TWh 3) ) um 27% Quelle 1 oder Ein Bergtal (20km lang, 2km breit) 60m hoch fluten 4) Quelle: marcopolo.de 1) Alpiq, Grand Dixence, KW Vorderrhein AG 2) zusätzlicher Energieinhalt lt. KWO: 240GWh 3) BFE Schweizerische Elektrizitätsstatistik ) Speichervolumen rd Mio.m 3 Wasser; Annahme: 1 Mio.m 3 = 2 GWh Energieinhalt 12

9 Lösungsansatz Power-to-Gas 2.4 TWh Überschussproduktion bedeutet für Power-to-gas 46 Elektrolyseure zu je 6 MW 1) im Vollbetrieb über 1 Jahr zur Verarbeitung des Stroms Quelle: e.on und rd. 4 Gaskavernenspeicher 2) zur Speicherung des produzierten Wasserstoffs (480 Mio. Nm 3 ) bzw. 1 Gaskavernenspeicher bei Methanisierung 3) des Wasserstoffs Quelle: Tagesanzeiger 1) Maximale Grösse bestehender Versuchsanlagen (D) 2) Speichervolumen 112 Mio. Nm 3 3) Methanisierung: 4 Nm 3 Wasserstoff als Input; 1 Nm 3 synthetisches Methan als Output; höherer Aggregationsgrad des Methans 13

10 Stadt Solothurn Bei analogen Annahmen wie für die gesamte Schweiz entsteht in der Stadt Solothurn im Juni / Juli 2035 ein Überschuss von 3.8 GWh aus Photovoltaik-Anlagen Wie kann man 3.8 GWh Strom in Solothurn speichern? 14

11 Stadt Solothurn - Vergleichsgrössen 3.8 GWh Überschussproduktion entsprechen einem Speicherbedarf von Quelle: Fiamm In jedem Wohnhaus der Stadt Solothurn eine Batterie (gesamt rd ) (Nutzbare Speicherkapazität pro Batterie: 21 kwh; tägliches Laden / Entladen im Juni/ Juli = 61mal) oder 1) Elektrolyseur H 2 -Speicher Methanisierung Ein Elektrolyseur mit 2.6 MW Leistung der im Juni/Juli (61 Tage) rund um die Uhr läuft und Speicherung des erzeugten Methans (rd Nm 3 ) z.b. im Röhrenspeicher 2) der RES 1) optimale Kombination wird aktuell durch RES analysiert 2) rd Nm 3 bei 70bar Speicherdruck; heute Speichervolumen 3.4 GWh bzw. rd Nm 3 bei 55bar Speicherdruck 16

12 Unser Gas-Speicher 17

13 Unser Gas-Speicher (Baujahr 2008) 18

14 Das in Bau befindliche Projekt zeigt auf, wie wir aus Strom speicherbares Gas produzieren können, wie daraus wieder Strom und Wärme entsteht, und wie die 3 Netze miteinander verbunden sein können. Werkleiterseminar 2013, Felix Strässle, Direktor Regio Energie Solothurn

15 Das passende Areal ist vorhanden

16 Realisierungsschritt 1b 26

17 Realisierungsschritt 2 27

18 Weitere Realisierungsschritte 28

19 Terminplan Thema Realisierungsschritt 1 Spatenstich Heizzentrale (1a) Bauphase (1a) Inbetriebnahme Heizzentrale Inbetriebnahme Wärmespeicher (1b) Realisierungsschritt 2 Spatenstich Q1 Bauphase Teil II Inbetriebnahme Dez. Optimierung Betriebsregime + Planung Schritt 3 Legende: Spatenstich Bauphasen Testphase/Betrieb

20 Hybridwerk Etappe 2a / Spatenstich

21 Hybridwerk Etappe 2a / Aufrichtefest

22 Erweiterung Projekts

23 Informationen zum Projekt 7 Min-Film zur Vision / Kontakt / Webcam / aktuelle Informationen Das Video finden Sie auch auf youtube

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27 Modell & Facts 3. Beschaffung Elektrolyseur Elektrolyseur Hogen C30 Technologie Protone Exchange Membrane Wasserstoffproduktion 2x 30 Nm3/h Nennleistung 250 kva

28 Bewertung der Einsatzmöglichkeiten Wirtschaftlichkeit* positiv ( ) negativ ( ) Legende S1.1 Stromproduktion - Terminvermarktung S1.2 Stromproduktion - Spotvermarktung S1.3 Stromproduktion - Intradayvermarktung S1.4 Stromproduktion - Eigenverbrauch S2.1 Ausgleichsenergie - positiv S2.2 Ausgleichsenergie - negativ S3.1.1 Regelleistung - SRL positiv S3.1.2 Regelleistung - SRL negativ S3.2.1 Regelleistung - TRL positiv S3.2.2 Regelleistung - TRL negativ S4 Peak Shaving G1.1.1 Gasproduktion - über Stromnetz nicht erneuerbar G1.1.2 Gasproduktion - über Stromnetz erneuerbar G1.2.1 Gasproduktion - über KEBAG nicht erneuerbar G1.2.2 Gasproduktion - über KEBAG erneuerbar G2 Leistungsnomination F1.1 Wärmeproduktion - Heute F1.2 Wärmeproduktion - Engpass KEBAG F2 Redundanz KEBAG * Ohne Kapitalkosten langfristig (> 1 Jahr) mittelfristig (1 Jahr) kurzfristig (sofort) Realisierbarkeit 44

29 Tiefe Einspeisegrenze 5. Voraussetzungen der Gasnetz-Infrastruktur

30 Lösung: Anpassung des Gasnetzes 5. Voraussetzungen der Gasnetz-Infrastruktur

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. So nah - so gut.

32 Power-to-Gas Technologie im Entwicklungsstadium: Pilotanlagen bestehen insbesondere in Deutschland Die Umwandlung des Stroms in Wasserstoff (H 2 ) bzw. synthetisches Methan (CH 4 ) ermöglicht die langfristige Speicherung von Strom ( saisonale Speicherung ) Einspeisung in das Gasnetz bzw. Speicherung in (Gas-)Speichern (Kavernen-, Röhrenspeichern) Quelle: e.on Funktionsweise Wasser wird unter Einsatz von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten (Elektrolyse); weitere Reaktion mit Kohlendioxid zu synthetischem Methan möglich Wirkungsgrade 1) - Strom zu H 2 : 54-77% zu CH 4 : 49-65% - Strom zu H 2 zu Strom: 34-44% zu CH 4 zu Strom: 30-38% - Strom zu H 2 zu WKK 2) : 48-62% zu CH 4 zu WKK 2) : 43-54% Einzige Speichertechnologie zur saisonalen Verschiebung von Überschusserzeugung 1) Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung von Windgas 2) Wärme Kraft Kopplung (Wärme und Strom)

33 Mögliche Gas-Speicherkapazitäten in der Schweiz Röhrenspeicher 1) in der Schweiz; Speichervolumen in Nm Volketswil (ZH) Urdorf (ZH) Eymatt (BE) Etziken (SO) Heimberg / Thun (BE) Allschwil (BL) Suhr / Aarau (AG) Altwyden / Burgdorf (BE) Lugano (TI) Wohlen (AG) Oberbuchsiten (SO) gesamt Gesamtes Speichervolumen = 3 Mio. Nm 3 bzw. rd. 30 GWh Dies entspricht dem Jahresverbrauch von Haushalten 2) 1) Internet Research 2) Jahresverbrauch = kwh bzw Nm 3 Quelle: Tagesanzeiger Kavernenspeicher Projekt Kavernenspeicher max. 112 Mio. Nm 3 bzw. 1.1 TWh Speicherkapazität Dies entspricht dem Jahresverbrauch von Haushalten 2)

34 Quelle: Energieszenarien des Bundes 2050, Prognos 2012 Energiemix des Massnahmenpaketes 50

35 Die Energiewende: darum geht es. Versorgungssicherheit Technische Sicherheit Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit Quelle: BFE

36 Überblick Speichertechnologien für Strom Speichertechnologien Typische Dauer der Stromspeicherung Kurzfristig (Sek. / Min.) Mittelfristig (Stunden / Tage) Langfristig (Wochen / Monate) Elektrische Speicher - Supraleitende, magnetische Speicher - Doppelschichtkondensatoren Mechanische Speicher - Schwungmassespeicher - Pumpspeicherkraftwerke - Druckluftspeicherkraftwerke Elektrochemische Speicher - Blei-Säure-Batterie - Lithium-Ionen -Batterie - Redox-Flow-Batterien - Natrium-Schwefel-Batterien - Natrium-Nickelchlorid-Bat. Chemische Speicher (Power-to-gas) - Power-to-gas (Umwandlung Strom in Wasserstoff / synthetisches Methan; Speicherung z.b. in Leitungsnetzen, Kavernen-/ Röhrenspeichern) Kurzfr Tages Saiso

37 Prinzip der Netzkonvergenz 53

38 Areal mit grossem Potenzial 4. Netzkonvergenz als Voraussetzung

39 Areal mit grossem Potenzial 4. Netzkonvergenz als Voraussetzung

40 Areal mit grossem Potenzial 4. Netzkonvergenz als Voraussetzung

41 Areal mit grossem Potenzial 4. Netzkonvergenz als Voraussetzung