Nutzung von Windenergieüberschüssen durch Einsatz von Wasserstoffspeichern

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1 Energiekonferenz TH Nürnberg & N-Ergie Nutzung von Windenergieüberschüssen durch Einsatz von Wasserstoffspeichern Analyse der potentiell zur Verfügung stehenden Überschüsse aus Windenergie und Beurteilung von Wasserstoffspeichern als mögliche Lösung zur Deckung des Speicherbedarfs Referent: Kontakt: Carolin Heiter

2 Gliederung 1. Forschungsanlass und Zielsetzung 2. Elektrolyseverfahren a. Beschreibung b. Vergleich c. Pilotprojekte 3. Vergleich Stromverbrauch - Windenergie a. Szenario 2030 b. Aktuelle Situation 4. Analyse von Überschüssen und Defiziten aus Windenergie 5. Ausblick 6. Literatur und Quellenverzeichnis Carolin Heiter 1

3 Forschungsanlass und Zielsetzung Forschungsanlass: Erreichen eines Windenergieanteils von 38,7 % bis 2030 Abregelung von WEA (Einspeisemanagement) Zielsetzung: Ermittlung des Windenergieverlaufs für 2017 und 2030 Analyse von Überschüssen und Defiziten Untersuchung von Wasserstoffspeichern als Option zum Ausgleich von Defiziten Beurteilung der Wasserelektrolyseverfahren in Hinblick auf regenerative Energieträger Analyse von Defiziten und Überschüssen Analyse der Elektrolyseverfahren Quelle Monitoringreferat der Bundesnetzagentur Quelle eigene Darstellung Carolin Heiter 2

4 Elektrolyseverfahren Alkalische Elektrolyse Polymerelektrolyt-Elektrolyse protonenleitende Membran (PEM) 2H 2 O + 2e H 2 + 2OH polymerer Festelektrolyt (SPE) 2OH 1 2 O 2 + H 2 O + 2e H 2 O 1 2 O 2 + 2H + + 2e 2H + + 2e H 2 Hochtemperatur-Wasserdampf-Elektrolyse (HTES) Verwendung keramischer Festelektrolyte (SOEL) Spaltung von Wasserdampf statt Wasser H 2 O + 2e H 2 + O 2 O 2 2e O 2 Quellen - Kurzweil & Dietlmeier, 2015 und Sterner & Stadler, Carolin Heiter 3

5 Vergleich der Elektrolyseverfahren Welches Verfahren eignet sich in Kombination mit regenerativen Energieträgern? Alkalische Elektrolyse Polymerelektrolyt-Elektrolyse Hochtemperatur-Wasserdampf- Elektrolyse Kostengünstigste und am längsten erprobte Technologie Wird bei Anlagen im Megawatt- Bereich eingesetzt Betrieb im unteren Teillastbetrieb kritisch Quellen - Kurzweil & Dietlmeier, 2015 und Sterner & Stadler, 2017 Aktuell fast nur Anwendung im kleinen Leistungsbereich Sehr gute Teillastfähigkeit Hohe Werkstoffkosten Eher in geringem Maß erforscht Ungeeignet für intermittierenden Betrieb aufgrund der entstehenden mechanischen Belastungen Technisch am besten geeignet ist somit die PEM-Elektrolyse Carolin Heiter 4

6 Pilotprojekte zur Wasserstoffspeicherung in Deutschland Energiepark Mainz Überschüsse aus angrenzendem Windpark 3 PEM-Elektrolyseure je 2 MW Spitzenleistung Sektoren: Industrie, Wasserstofftankstelle, Haushalte Ziel: Erneuerbare Energien regelbar machen Quelle Carolin Heiter 5

7 Vergleich Stromverbrauch potentiell verfügbare Windenergie Quelle eigene Darstellung Carolin Heiter 6

8 Vergleich Stromverbrauch vorhandene Windenergie Windenergie aktuell, 627 bestehende WEA Stromverbrauch nach Zielsetzung für 2030, 38,7 % Windanteil Aktueller Stromverbrauch, 9,7 % Windanteil Quelle eigene Darstellung Quelle eigene Darstellung Carolin Heiter 7

9 Überschüsse und Defizite in [kw] Analyse von Überschüssen und Defiziten aus Windenergie Jahresüberschuss: 4044 GWh Verlauf von Überschüssen und Defiziten aus Windenergie (Szenario 2030) Jahresdefizit: 2180 GWh Stromverbrauch EMN 2017: GWh Anteil Windenergie 2030: 9453 GWh Nov. 16 Jan. 17 Mrz. 17 Apr. 17 Jun. 17 Aug. 17 Sep. 17 Nov. 17 Dez. 17 Feb. 18 Quelle eigene Darstellung Überschüsse Defizite Carolin Heiter 8

10 Ausblick Sind Wasserstoffspeicher eine Option für die EMN? Momentane Situation: Viele Standorte mit geringer Anzahl an WEA Einspeisung von Überschüssen gefährdet selten die Netzstabilität Wenige große Windparks Klimaziel 2030/2050: Starke Überschüsse in 2030/2050 Langzeitspeicher benötigt Carolin Heiter 9

11 Literatur und Quellenverzeichnis Kurzweil, Peter; Dietlmeier, Otto K. (2015): Elektrochemische Speicher. Superkondensatoren, Batterien, Elektrolyse-Wasserstoff, rechtliche Grundlagen. Wiesbaden: Springer Vieweg. Online verfügbar unter Sterner, Michael; Stadler, Ingo (Hg.) (2017): Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration. 2. korrigierte und ergänzte Auflage. Berlin: Springer Vieweg. Online verfügbar unter Carolin Heiter 10

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Name: Carolin Heiter Mail: Tel.: Carolin Heiter 11

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