Ein wirtschaftlicher Beitrag zur Energiewende?

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1 Dr.-Ing. Stefan Haep Dipl.-Ing. Monika Vogt Moritz Ambrosy Dr.-Ing. Ragnar Warnecke (GKS Schweinfurt) Power to Fluid Institut für Energieund Umwelttechnik e.v. Ein wirtschaftlicher Beitrag zur Energiewende?

2 Gliederung 1. Energiewende: Chancen und Risiken 2. Energiewende: EEG-Architektur 3. Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strompreisstabilität 4. Power-to-Fluid: Wasserstoffgewinnung und Methanolsynthese 5. Sensitivität 6. Schlussfolgerung und Ausblick Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 2

3 IUTA Institut für Energie und Umwelttechnik Aerosole & Feinstaub Feldmessungen Ausbreitungsrechnungen Verkehrskonzepte Nanotechnologie Herstellung Messverfahren Sicherheit & Umweltrelevanz Funktionale Oberflächen Adsorption Filtration (Photo-)Katalyse Zahlen & Fakten: Mitarbeiter(innen) ca. 150 Büro-/Laborfläche m² Technikumsfläche m² Projekte ca in Bearbeitung Umsatz 9,4 Mio. Zukünftige Energieversorgung CO 2 -Abtrennung Biomasse-Vergasung H 2 -Technologie Alternative Energieerzeugung Hochtoxische Substanzen Messverfahren & Monitoring-Studien Abscheidung & Zerstörung Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 3

4 Energiewende: Chancen und Risiken Klimaschutz-Index Platzierung Tendenz Anteil an weltweiten energiebedingten CO2- Emissionen Anteil an Weltbevölkerung Kerndaten der zehn größten CO 2 -Emittenten; Quelle GERMANWATCH, Dez Verhältnis Anteil CO 2 - E./Anteil W. Großbritannien ,61% 0,91% 1,77 Deutschland ,59% 1,21% 2,14 Indien ,47% 17,09% 0,32 Südkorea ,78% 0,72% 2,47 Japan ,77% 1,88% 2,01 USA ,91% 4,55% 3,94 Kanada ,80% 0,50% 3,60 Russland ,28% 2,10% 2,51 China ,71% 19,80% 1,20 Iran ,84% 1,08% 1,70 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 5

5 Energiewende: Chancen und Risiken Klimaschutz-Index Platzierung Tendenz Anteil an weltweiten energiebedingten CO2- Emissionen Anteil an Weltbevölkerung Kerndaten der zehn größten CO 2 -Emittenten; Quelle GERMANWATCH, Dez Verhältnis Anteil CO 2 - E./Anteil W. Großbritannien ,61% 0,91% 1,77 Deutschland ,59% 1,21% 2,14 Indien ,47% 17,09% 0,32 Südkorea ,78% 0,72% 2,47 Japan ,77% 1,88% 2,01 USA ,91% 4,55% 3,94 Kanada ,80% 0,50% 3,60 Russland ,28% 2,10% 2,51 China ,71% 19,80% 1,20 Iran ,84% 1,08% 1,70 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 6

6 Energiewende: EEG Architektur Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 7

7 Energiewende: EEG Architektur CC CO 2 CH 4 Chemicals (CCU) O H 2 H 2 KW(K)K H 2 O H 2 CH 4 CH 4 CO 2 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 8

8 Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strompreisstabilität Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 9

9 Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strombedarf Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 13

10 Power-to-Fluid Power-to-Fluid Power-to-H 2 Power-to-Methanol Power-to-Methan Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 14

11 Power-to-Fluid: Wasserstoffgewinnung - Prozessfließbild P V,H 2 P V,H 2 3. H 2 -Nutzung (Gasmotor) T: 20 C p: 350 bar 1. Wasserelektrolyse P Gasmotor T: 25 C p: 1 bar m FW P P,FW T: 25 C p: 1 bar T: C p: 30 bar m Abgas m O2 2. Druckgasspeicher für Wasserstoff P Elektrolyse Q k,elektrolyse Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 17

12 Power-to-Fluid: Analyse der Wasserstoffsynthese nicht berücksichtigt: Prozessinterne Abwärmenutzung H 2 -Nutzung und Tankstelleninfrastruktur Economy of Scale (Kostenreduktion durch Vergrößerung und Wirkungsgradsteigerung) Energie/Stoff-Ströme Vollbetriebsstunden h/anno m³/anno 372 t/anno Dh u,h2 P zu 33,3 MWh/t MWh/anno Preis-/Kostenbasis H 2 [ /t] Wasser [ /m³] 3 Strom [ /MWh] 140 K K K 15a a a Ergebnis E H2 (E O2) Invest. Strom H2O Investitionskosten [ ] 3,7 Mio. 720 MWh/anno 280 MWh/anno Fehlbedarf [ /a] 1,9 Mio. h 53 % Amortisation [a] NIE Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 18

13 Power-to-Fluid: Methanolsynthese - Prozessfließbild PV,H 2 P 0 Rührer 4. Methanolsynthese T: 265 C p: 80 bar T: 20 C p: 12,5 bar T: 20 C p: 1 bar T: ~265 C p: 80 bar T: 90 C p: 80 bar T: 90 C T: 70 C T: 170 C p: 3 bar p: p: 81 bar bar 5. CH 3 OH-Konditionierung 6. Tanklager für Methanol P V,CO2 2. CO 2 -Gaswäsche 3. Alkalische Wasserelektrolyse T: 15 C p: 8 bar T: 80 C p: 1 bar T:53 C p: 1 bar 1. RG-Konditionierung T: 40 C p: 1 bar T: C p: 1 3 bar T: C p: 1 3 bar T: 100 C T: C p: 30 bar P P,FW T: 65 C p: 1 bar T: 40 C p: 1,05 bar P Elektrolyse T: 63 C T: 53 C T: 110 C P V,RGein P P,Waschmittel Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 19

14 Power-to-Fluid: Analyse der Methanolsynthese nicht berücksichtigt: Prozessinterne Abwärmenutzung und Komponentenwirkungsgrade Nutzung des Methanols Economy of Scale Energie-/Stoffströme Vollbetriebsstunden h/anno t/anno m³/anno t/anno Dh u,ch3 OH P zu 5,53 MWh/t MWh/anno Preis-/Kostenbasis CO 2 -Zertifikat [ /t] 10 CH 3 OH [ /t] 390 Wasser [ /m³] 3 Strom [ /MWh] 140 K K K 15a a a Ergebnis ECO2 EMethanol Investitionskosten [ ] 8,7 Mio. Invest. Wasser Strom MWh/anno MWh/anno Fehlbedarf [ /a] 2,7 Mio. h 44 % Amortisation [a] NIE Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 20

15 Power-to-Fluid: Wirtschaftlichkeit Abhängig von: 1. aktuellem Marktpreis für elektrischen Strom, Methanol bzw. H 2 2. Entwicklung CO 2 -Zertifikatepreis 3. Subventionen bzw. Förderung insbesondere der Investitionen 4. Wärmenutzungsgrad und Vergütung für Fernwärme 5. Auslastung von Elektrolyse bzw. CO 2 -Wäsche und Methanolsynthese Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 21

16 Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Paramater CO2-Zertifikat Erlös Kosten Gewinn Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 3,7 Mio. Sensitivität auf Strompreis Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität Erlös Kosten Gewinn Ab einem Strompreis von ca. 55 /MWh (5,5 ct/kwh) wird ein positiver Erfolg erzielt Industrieller Strompreis lag 2012 bei durchschnittlich 14,9 ct/kwh Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 22

17 Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 3,7 Mio. Paramater CO2-Zertifikat Erlös Kosten Gewinn Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität Ab einem Strompreis kleiner als 38 /MWh (3,8ct/kWh) amortisiert sich die Anlage innerhalb von 10 Jahren Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 23

18 Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis und Neuberechnung der Investitionsrechnung H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 0 Mio Sensitivität auf Strompreis ohne Investitionskosten Paramater CO2-Zertifikat Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Erlös Kosten Gewinn Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität Erlös Kosten Gewinn Trotz unentgeltlicher Anlage wird ein positiver Erfolg erst ab einen Strompreis von ca. 62 /MWh (6,2ct/kWh) ausgeschüttet Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 24

19 Sensitivität Methanolsynthese Veränderung des CO 2 Zertifikatpreises H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960 h/a Methanolpreis: 390 /t Strompreis: 140 /MWh Investitionskosten: 8,7 Mio. Paramater CO2-Zertifikat Sensitivität auf Trotz Zertifikatpreis großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Erlös Kosten Gewinn Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität Erlös Kosten Gewinn Marginale Veränderung des Erfolgs Der Zertifikatpreis müsste bei ca. 899 liegen, damit ein positiver Erfolg erzielt wird Die Sensitivität der Methanolsynthese auf den Zertifikatpreis ist gering Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 25

20 Schlussfolgerung und Ausblick Wirtschaftlich attraktiv ist derzeit noch kein Verfahren Die Verfahren sind noch in der Entwicklung Größter Einfluss auf Wirtschaftlichkeit hat der Strompreis CO 2 -Zertifikatpreise haben geringen Einfluss auf Methanolsynthese Wasserstoffsynthese schneller rentabel als Methanolsynthese Wirtschaftlichkeit kann nur durch Subventionen und/oder Erhöhung des Prozesswirkungsgrades erreicht werden Prozesswirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit hängen von lokalen Möglichkeiten der Abwärmenutzung ab Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 26

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen oder Anregungen? Dr.-Ing. Stefan Haep Tel.: / haep@iuta.de Dipl.-Ing. Monika Vogt Tel: / vogt@iuta.de Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 27