Technik und Ziele der 250 kw el -Power-to-Gas-Forschungsanlage

Transkript

1 Einweihung der 250 kw el -Power-to-Gas-Anlage ZSW-Technikum, Industriestr. 42, Stuttgart, Technik und Ziele der 250 kw el -Power-to-Gas-Forschungsanlage ZSW Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Stuttgart in Kooperation mit den Projektpartnern

2 Technik und Ziele der 250 kw el -Power-to-Gas-Anlage -Inhalt - Ziele / Fragen Technik / Kosten Fazit / Handlungsempfehlungen

3 Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G ): Ziele Verstetigung des fluktuierenden Angebots erneuerbarer Energien (EE) Speicherdauer > 1 Woche / saisonale Speicherung Kraftstoff für nachhaltige Mobilität Konvergenz von Stromnetz, Gasnetz und Mobilität Reduktion des Agrarflächenbedarfs für Energiepflanzen

4 Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G ): Ziel = Konvergenz von Stromnetz, Gasnetz und Mobilität Stromnetz Gasnetz Wind Sonne GuD-Kraftwerk / BHKW Strom VERSTROMUNG STROMSPEICHERUNG Untertage- Gasspeicher Gas H 2 Elektrolyse / H 2 -Speicher H 2 CH 4 Methanisierung CO 2 CO 2 CO 2 -Speicher CO 2 Strom H 2 SNG Mobilität Batterie-elektrische Fahrzeuge Brennstoffzellen- Fahrzeuge Mobilität Erdgas- Fahrzeuge SNG: Substitute Natural Gas (Erdgassubstitut)

5 Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G ): Fragen Wie erfolgt Langzeitspeicherung von Energie heute? Welche Speicherkapazitäten sind in Deutschland zur Langzeitspeicherung von EE notwendig? Welche Kraftstoffe sind einfach herstellbar? Welche existierende Infrastruktur ist für die Integration ins existierende Energiesystem nutzbar? Woher kommt das CO 2 für die Methanisierung? Welche technischen Herausforderungen gibt es derzeit? Welche Maßnahmen sind für deren Lösung notwendig? Wann wird Power-to-Gas am Markt verfügbar sein? Unter welchen Bedingungen wird Power-to-Gas ein wirtschaftliches Verfahren sein? Was erwartet die Wissenschaft und Forschung von der Politik?

6 Technik und Ziele der 250 kw el -Power-to-Gas-Anlage -Inhalt - Ziele / Fragen Technik / Kosten Fazit / Handlungsempfehlungen

7 Technische Ziele der P2G kw el -Anlage Aufbau und Versuchsbetrieb der Forschungsanlage Weiterentwicklung der P2G-Technologie / Prozess-Optimierung (Effizienz, Dynamik, intermittierender Betrieb, Gasaufbereitung,.) Transfer von Betriebsstrategien auf 6 MW - Anlage von AUDI / SolarFuel Reduktion der Anlagenkosten (neue Betriebsstrategien bei der Methanisierung, Flexibilisierung der Eduktgasqualität) Vorbereitung der Kommerzialisierung

8 Aufbau der 250kWel-P2G -Anlage im ZSW-Technikum in Stuttgart-Vaihingen Source:

9 Aufbau der 250 kw el -P2G -Anlage: Blockfließbild

10 Aufbau der 250 kw el -P2G -Anlage im ZSW-Technikum in Stuttgart-Vaihingen Methanisierung Gaskonditionierung 1 MW-Stromnetzanschluss Recycle-Gas- Kompressor CO 2 -Lager Gas-Entsorgung Elektrolyse Gas-Lager

11 Ergebnisse der 250 kw el -P2G -Anlage: Aktueller Arbeitsstand Elektrolyse Wichtige technische Daten der Elektrolyseanlage aus der Messung während Inbetriebnahme: Betriebsdruck: 6 11bar a für 100% Liefermenge DC-Maximalleistung: 295 kw bei 430 ma/cm 2 Max. Wasserstoffabgabemenge: 65 Nm 3 /h Kaskadierter Betrieb ab 10 % der Anlagenleistung Sofortiger Lastabwurf ohne Standby-Betrieb Rohgasreinheit: 0,11 Vol.-% H 2 in O 2 (P N ) Produktgasreinheit: 2 ppm v O 2 in H 2 Realisierungsstand: Fertigstellung: Final Acceptance Test (FAT): Inbetriebnahme ZSW: Elektrolyseblock A = 1000 cm 2 i = 430 ma/cm 2 P = 80 kw max.

12 Wichtige technische Daten der Methanisierung: Zwei Festbettreaktorkonzepte betreibbar in unterschiedlichen Konfigurationen Katalysatorfüllmenge je ca. 50 l T Reaktor : C / P abs : < 16 bar Verschiedene Kühlkonzepte (Druckwasser/Dampf und Salzschmelze) Produktgasleistung bis 15 m 3 CH4 /h Realisierungsstand: Funktionstests Ergebnisse der 250 kw el -P2G -Anlage: Aktueller Arbeitsstand Methanisierung Abnahme nach Betriebssicherheitsverordnung Inbetriebnahme der Teilsysteme

13 Kostenschätzung Elektrolyse / P2G -Gesamtanlage /kw > 8 cent/kwh H2 (4000 h/a; ohne Stromkosten) 4000 < 2 cent/kwh H2 (4000 h/a; ohne Stromkosten) 2000 Ziel Gesamtanlage Entwicklungsbeginn P2G-Anlagen Ziel Elektrolyse t

14 Technik und Ziele der 250 kw el -Power-to-Gas-Anlage -Inhalt - Ziele / Fragen Technik / Kosten Fazit / Handlungsempfehlungen

15 Fazit: Optionen für die (saisonale) Langzeitspeicherung von Energie durch chemische Energieträger Wasserstoff (H 2 ) Erdgassubstitut (CH 4, SNG) Flüssige Kohlenwasserstoffe Chemische Energieträger werden auch in einem zukünftigen Energiesystem für den Strom-, Wärme- und Mobilitätsmarkt benötigt! Für die Energie-Langzeitspeicherung existiert hierzu keine Alternative!

16 Fazit: Kombination Biomassenutzung/P2G Reduktion des Agrarflächenbedarfs für Erneuerbare Kraftstoffe Agrarflächenbedarf für 100%-Biokraftstoffquote ist nicht ausreichend. Biomasse enthält erneuerbaren Kohlenstoff und ist somit prädestiniert für die Erzeugung C-basierter Kraftstoffe. Die Kombination Biomasse/P2G eröffnet eine 2- bis 3-fach höhere Ausbeute an Kraftstoffen im Vergleich zur alleinigen Nutzung der Biomasse. Flächenlimitierung gilt nicht für P2G! Biomasseressourcen sollten sinnvoll, d.h. in Kombination mit P2G eingesetzt werden!

17 Fazit: P2G -ROADMAP 2015: kommerzielle P2G -Anlagen 2007: P2G -Konzept 2009: P2G 25 kw 2012: P2G 250 kw 2013: P2G 6000 kw (AUDI / SolarFuel)

18 Handlungsempfehlungen: Mögliche Anreizmechanismen Verzicht auf Letztverbraucherabgaben für Pilotanlagen über die gesamte Betriebszeit Vorschlag EU: Erneuerbare Kraftstoffe der 2. Generation aus Reststoffen und erneuerbare, nicht-biogene Kraftstoffe werden mit Faktor 4 auf die EE-Kraftstoffquote angerechnet [COM (2012) 595 final, ]

19 Dank an P2G -Team! Dank an BMU für Finanzierung! kommerzielle P2G -Anlagen P2G -ROADMAP P2G 250 kw