Power-to-Gas Erfahrungen bei der Erzeugung von regenerativem Wasserstoff mittels Alkali / PEM-Elektrolyse

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1 Power-to-Gas Erfahrungen bei der Erzeugung von regenerativem Wasserstoff mittels Alkali / PEM-Elektrolyse 15. Jahrestreffen Netzwerk Brennstoffzelle und Wasserstoff der EnergieAgentur.NRW Düsseldorf,19. November 2015 René Schoof Head of Energy Storage Technology, E.ON Gas Storage GmbH

2 Gründe für die Energiespeicherung zunehmend variable Erzeugung immer schon variabler Verbrauch

3 Flexibilität aus Erzeugung Netze Strom Speicher Wind/Solar-zu-Strom Gas Wärme Strom-zu-Strom Gas-zu-Strom/Wärme Strom-zu-Gas Kohle-zu-Strom/Wärme Strom-zu-Wärme Verbrauch / Dezentrale Erzeugung Haushalte Mobilität KMU Industrie

4 theoretischer Ansatz Entwicklung der Erzeugung in Deutschland auf 400 GW Installierte Erzeugungsleistung (GW) Bruttostromverbrauch 550 TWh 3,4% EE 634 TWh (33,4 TWh Nettoexport) 25% EE 580 TWh 100% EE Vervierfachung der Kraftwerksleistung 1% Abschaltung bedarf Zubau von 3-4 GW EE. 288 Quelle: BMWi, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik 0 70,6 4,7 13, * Zukunft 2050 Konv. Erzeugung Grundlastfähige EE Sonne+Wind Annahmen Zukunftsszenario: Stromverbrauch stagniert und entspricht der EE-Erzeugung. Volllaststd. Wind + Sonne = h Grundlastfähige EE nur begrenzt ausbaubar. EE: Erneuerbare Energie *) von 2012

5 Minimum Anforderung (MW) Flexibilität bedarf unterschiedlicher Technologien Notwendige & heute schon verfügbare Speichertechnologien für Erzeugung Handel/Netze Endkunde >200 <200 <30 Large-scale Slow-reaction <5 <2 Fast-reaction Other small-scale <1 0 0 <15 sec <30 sec <1 min <1.5 min <5 min <10 min <30 min >30 min Notwendige Reaktionszeit

6 Spezifikationen unterschiedlicher Speichertechnologien in h PSP Power-to-Gas CH 4 Zeit 10 CAES H 2 1 Batterien 0,1 0,01 0,001 Schwungrad DVGW-Project G Energiespeicherkonzepte 1kWh 10kWh 100kWh 1MWh 10MWh 100MWh 1GWh 10GWh 100GWh 1TWh 100TWh Energie

7 Energieinhalt im Vergleich Schiff, t Steinkohle, 540 GWh el Zeit, über die ein 800 MW Kraftwerk versorgt werden kann 35 d Erdgasspeicher: 260 GWh 17 d Wasserstoffspeicher: 84 GWh 5 d PSP Waldeck: total 4,3 GWh 7 6 h CAES Huntorf 0,9 GWh 1,4 h Annahmen: - für Wasserstoff- bzw. Erdgasspeicher kleines Kavernenvolumen von m 3 (=Huntorf), - Wirkungsgrad Erzeugung: 0,6

8 Transportleistung von 1 GW (1000 MW) im Vergleich entspricht der Leistung eines Großkraftwerks oder der Spitzenleistung von 200 Windrädern Überlandleitung Gasleitung (0,6 m Durchmesser)

9 Power-to-Gas verbindet Märkte Zertifikat Strom Stromnetz Elektrolyse H 2 Zertifikat Gas CH 4,Bio CO 2 SNG Erdgasinfrastruktur Strom Wärme Mobilität Industrie Strom Wärme Mobilität Industrie Erdgas & Erneuerbares Gas Erneuerbarer Wasserstoff

10 Umspannwerk Falkenhagen, Einspeisung ins 20 KV-Netz S [MVA] Steigende Einspeiseüberschüsse extreme Leistungsspitzen starke Schwankung der Einspeisung

11 Beispiel: Projekt WindGas Falkenhagen Eckdaten Elektrische Leistung: 2 MW el Wasserstofferzeugung: 360 m³/h Einspeisung in das Erdgasnetz der ONTRAS Gastransport Baubeginn: ; Inbetriebnahme Eigentümer ist E.ON Gas Storage Ziele Demonstration der Prozesskette Optimierung des Betriebskonzepts (variierende Windenergie / Einspeisung) Erfahrungsgewinn bei: Technik, Kosten, Genehmigung, Handel Kooperationspartner:

12 Beispiel: Projekt "WindGas Falkenhagen" Erste WindGas-Produkte auf dem Markt Produktbeschreibung Kundensegment: Endkunde Regionaler Fokus: Deutschland Zusammensetzung: 10% WindGas, 90% Erdgas Anwendung: Erneuerbares Gas zum Heizen und Kochen Link: Produktbeschreibung Kundensegment: Großhändler Regionaler Fokus: Schweiz Zusammensetzung: 100% WindGas Anwendung: Erneuerbares Gas zum Heizen, Kochen und für die Industrie Kooperation im Falkenhagen Projekt Link:

13 Eingesetzte Technik - 6 Hydrogenics HySTAT 60 Wasserelektrolyseure - 6 x 330 kw Leistungsaufnahme, 6 x 60 Nm³/h H2 ; 10 barg Ausgangsdruck - H2-Verdichter Fabrikat Hofer, Enddruck 55 barg, 252 Nm³/h, Membranverdichter - H2-Verdichter Fabrikat Idro Meccanica, Enddruck 55 barg, 252 Nm³/h, Kolbenverdichter

14 Reale Betriebskurven Falkenhagen 14

15 Beispiel: Projekt WindGas Hamburg Eckdaten Förderprojekt des BMVDI Elektrische Leistung: 1 MW el (Stack) Wasserstofferzeugung: 265 m³/h Einspeisung in das lokale Erdgasnetz Offizielle Inbetriebnahme: 2015 Ziele Einsatz der hoch effizienten "Proton Exchange Membrane" Elektrolyse (PEM) Fördermittelgeber & Partner Demonstration in der E.ON Energieinfrastruktur Geschäftsmodellentwicklung

16 Beispiel: Power-to-Gas für die Kraftstoffherstellung heute morgen Öl Fossile Energie Erdgas CH 4 H 2 Wasser- stoff Raffinerie Wasser- stoff Grüner H 2 CH4 H 2 Fossile Energie Erdgas Strom Erneuerbare Energie Erneuerbare Energie Bio- Ethanol Wasserstoff masse Ethanol E5 / E10 Zertifikat Produkt Zertifikat Speichereffekt = Integration Erneuerbarer Energien

17 Beispiel: Power-to-Gas für die Industrie heute morgen Fossile Energie Fossile Energie Fossile Energie Erneuerbare Energie Strom Erdgas Erdgas Strom Chem. Industrie Zertifikat H 2 H 2 Wasserstoff Grüner Wasserstoff Produkt Speichereffekt = Integration Erneuerbarer Energien

18 Voraussetzungen für Energiespeicherung Grundsätzliche Anerkennung der Energiespeicherung als neues 4. Element der Energiewirtschaft = kein Endverbraucher sondern Transformationstechnologie Technologieoffener Rechtsrahmen = Power-to-Power, Power-to-Gas, Power-to-Heat = Wettbewerb Reduktion der Investitionskosten = Kostenreduktion Befreiung von Umlagen = keine Belastung von Innovation im Vorfeld der Wirtschaftlichkeit Direktvermarktung = Kundeninteresse

19 Europäische Diskussionen Grüner Wasserstoff als Advanced Biofuel im Mobilitätssektor (FQD, RED) Definition Energiespeicher Eigentumsfrage Energiespeicher Wasserstoffbeimischung im Erdgasnetz

20 Summary Zur Integration des wachsenden Anteils Erneuerbarer Energien werden Netzausbau und demand-side-management und flexible Erzeugung und Speicher benötigt. Verschiedene Speichertechnologien liefern unterschiedliche Dienstleistungen. Energiespeichertechnologien können die Märkte für Strom, Wärme und Gas verbinden. Speicherlösungen werden zur Integration der Erneuerbaren Energien benötigt sie werden in den Markt kommen, wenn der regulatorische Rahmen auch Flexibilitätsoptionen berücksichtigt. Eine gute Basis für die öffentliche Akzeptanz von Energiespeichern ist gegeben.

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! René Schoof Head of Energy Storage Technology, E.ON Gas Storage GmbH