Power-to-Gas: mehr als nur Speicher. Dr. rer. nat. Gerald Linke, DVGW Bonn, 2. Juli 2014

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1 Power-to-Gas: mehr als nur Speicher Dr. rer. nat. Gerald Linke, DVGW Bonn, 2. Juli 2014

2 Überblick über die Forschung im Cluster Power-to-Gas Rückblick Anlagenkonzepte und Betriebsoptimierung Wasserstofftoleranz der Erdgasinfrastruktur (Theorie & Praxis) Einfluss von Wasserstoff auf die Energiemessung Untersuchungen zur Methanisierung Wirtschaftlichkeit und Systemanalyse (Technoökonomische Studie) Ausblick Power-to-Gas und Erdgas-Mobilität Chemische Speicherung erneuerbarer Energie in Porenspeichern Road Map Wasserstoffeinspeicherung und Alternativen 2

3 Netz- und Anlagenbezug der Untersuchungen Elektrolyse H 2 Anlagenkonzepte Wasserstofftoleranz Energiemessung Methanisierung Wirtschaftlichkeit Mobilität Porenspeichern Road Map CH 4,Bio CO 2 SNG Strom Wärme Mobilität Industrie Mobilität Industrie Erdgas und erneuerbares Gas Erneuerbarer Wasserstoff 3

4 Entwicklungen der regulatorischen Rahmenbedingungen von Power-to-Gas während der Laufzeit des Clusters Anschubfinanzierung nach 118 Abs. 6 EnWG Nach dem 31. Dezember 2008 neu errichtete Anlagen zur Speicherung elektr. Energie, die ab dem 4. August 2011, innerhalb von 15 Jahren in Betrieb genommen werden, sind für einen Zeitraum von 20 Jahren ab Inbetriebnahme ( ) von den Entgelten für den Netzzugang freigestellt. ( ) EEG-Umlage-Befreiung für Stromspeicher, 37 Abs. 4 EEG Für Strom, der zum Zwecke der Zwischenspeicherung an einen elektr., chemischen, mechanischen oder physikalischen Stromspeicher geliefert oder geleitet wird, entfällt [die EEG-Umlage], wenn dem Stromspeicher Energie ausschließlich zur Wiedereinspeisung von Strom in das Netz entnommen wird. Netzzugangsverordnung Einspeiser von Wasserstoff und synthetischem Methan, die gem. 3 Nr. 10c EnWG mittels Wasserelektrolyse und Methanisierung mit Strom und Kohlenstoffoxiden aus erneuerbaren Energien hergestellt wurden, genießen die Privilegierungen des Teils 6 der Gasnetzzugangsverordnung. 4

5 Für die Integration von erneuerbarem Wasserstoff oder Methan in das Erdgasnetz spricht die vorhandene Infrastruktur Daten & Fakten Speicherkapazitäten verschiedener Systeme Strom Erdgas Verbrauch TWh/a Mittlere Leistung GW Speicherkapazität TWh 0, Speicherreichweite h 0,

6 Hinter P2G verbergen sich heute vielfältige Geschäftsideen und im Aufbau befindliche Systemdienstleitungen EON (Falkenhagen) P2G: Speicherung von Überschussstrom P2G zum De-bottle-necking eines Verteilnetzes RWE (Niederaußen) Krajete, Viessmann AUDI, EWE (Werlte) CO 2 H 2 Power-to-Gas CH4 P2G als Grundstoff für die biologische Methanisierung thüga (Frankfurt) Windprojekt (Werder/Kessin) P2G um einen emissionsarmen Antriebsstoff zu generieren P2G für das Recycling von CO 2 P2G für grünes Erdgas P2G für Inselbetrieb (Autarkie) 6

7 Wasserstoffeinspeisung: Überblickmatrix für Elemente im Gastransport, der Gasspeicherung, M&R Es liegen Limitierungen bei Turbinen und Untertagespeichern vor. 7

8 Wasserstoffeinspeisung: Überblickmatrix für Elemente in der Gasverteilung und Gasanwendung: Oberhalb von 2% gibt es Limitierungen Grundsätzlich führen große Gasbeschaffenheitsschwankungen zu Problemen Es werden hierzu Feldversuche zur H 2 -Einspeisung (2%,,10%) in einem Verteilnetz in Norddeutschland durchgeführt 8

9 Im Bereich der Energiemessung wird die Wasserstoffeinspeisung beherrschbar sein Die Zähler sind für 10% Wasserstoff (und mehr) tauglich Prozess- Chromatographen für > 5% H 2 sind in der Zulassung möglicher H 2 Anteil in [mol%] EnCal 3000 e-gas EnCal 3000 e-gas EnCal 3000 Quad EnCal 3000 Quad PGC 9302 PGC 9303 PGC 9304 SAM-COMPLETE 14K zugelassen (He) zugelassen (He+Ar) beantragt (He) beantragt (He+Ar) geplant (He) geplant (He+Ar) Neue Reko- Systeme für Verteilnetze sind im Feld erprobt SmartSim 9

10 Untersuchung der Vor- und Nachteile der Methanisierung Biomasse BIO CH 4 BIO CH 4 CO 2 Methanisierung SYN THESE CH 4 BIO SNG CH 4 grünes Erdgas H 2 H 2 H 2 Direkt- CH 4 Einspeisung CH 4 Wärme Mobilität Industrie 10

11 Der DVGW hat für kleinere Methanisierungsanlagen ein optimiertes Anlagenkonzept entwickelt z.b. ein Layout für eine small-scale-methanisierungsanlage (10 MW, katalytisch, mit einer Effizienz von 72% durch optimierte Integration der anfallenden Prozesswärme und mit Kosten von 200 /kw bzw. 75 /kw für größere Anlagen) 11

12 Neben der katalytischen Methanisierung liefert die biologische Methanisierung erste vielversprechende Laborergebnisse Konzept von Viessmann (100 l/h) Links: 10 I Test-Reactor (Prof. Krajete) produziert 150 l Methan pro h, d.h. 1.5 KW. Rechts: 600 l Reaktor 12

13 Bei den Wirtschaftlichkeitskalkulationen ist die Methanisierung leicht benachteiligt, wobei aber die Netz-Anpassungsmaßnahmen des Wasserstoffpfades i.a.r. unberücksichtigt bleiben 13

14 Besonders im Mobilitätssektor besteht ein hohes Dekarbonisierungspotenzial durch den Einsatz von Erdgas und Power-to-Gas 244 Mio Fahrzeuge in der EU-27 verursachen 600 Mio t CO 2 jährliche Emissionen durch motorisierten Individualverkehr in der EU Mio t CO 2 jährliche Emissionen können eingespart werden, wenn 25 % aller dieser Fahrzeuge Erdgas nutzen. 80 Mio t CO 2 jährliche Emissionen können eingespart werden, wenn diese 25 % dieser Fahrzeuge 50% Erdgas und 50% Gas aus Power to Gas nutzen. 14

15 Ausblick: Wasserstoffeinspeisung versus Methanisierung? Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind beide Pfade weiterzuverfolgen und besser in Bezug auf ihre monetären Implikationen zu verstehen. Die Direkteinspeisung von Wasserstoff ist die vermeintlich einfachere Variante, bleibt jedoch bis auf Weiteres auf den einstelligen Konzentrationsbereich begrenzt. Die Methanisierung bietet den Vorteil der 100%igen Systemkompatibilität, jedoch unterliegt sie der Restriktion der CO 2 -Verfügbarkeit (aus i.d.r. anteilig erneuerbaren Quellen). Zukünftig könnte die Größe der P2G-Anlage (ihr Standort und die stoffliche Einspeisemenge) entscheidenden Einfluss auf ihre Realisierung als Direkteinspeise- oder Methansierungsanlage haben. Es soll eine Raod Map zur Wasserstoffintegration versus Alternativen erstellt werden (Kooperation dena). 15

16 Ausblick: Speicher und System Der DVGW ist Partner der RAG im Projekt Sonnenspeicher Lehen, bei dem in den Folgejahren in einem Porenspeichern Erdgas mit H 2 verpresst wird. Der volkswirtschaftliche Nutzen von P2G wird weiter mit Partnern untersucht werden. 16

17 Ausblick: Geschäftsmodelle Alles in allem sind alle Geschäftsansätze unter den gegenwärtigen regulatorischen Rahmenbedingen für sich separat betrachtet noch unrentabel, und die Herausforderung besteht darin, durch geschickte Kombinationen der verschiedenen Ansätze einen Markteintritt von Power-to-Gas zu ermöglichen. Beispiel: P2G als Netzentlastungselement und zur Produktion von Gas für die Mobilität 17

18 Power-to-Gas: mehr als nur Speicher Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 18