Hintergrundpapier Windgas

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1 Hintergrundpapier Windgas Juli 2011 Gliederung 1) Was ist Windgas? 2) Was sind die Vorteile von Windgas? 3) Warum setzt Greenpeace Energy auf Windgas? 4) Wie steht es um die Wirtschaftlichkeit des Konzeptes, aus Windstrom Wasserstoff zu erzeugen? Seite 1 von 7

2 1) Was ist Windgas? Windgas so bezeichnen wir erneuerbare Gase, die mit Ökostrom hergestellt werden. Dabei kann es sich sowohl um Wasserstoff als auch Methan auf Basis von erneuerbaren Energien handeln ( EE-Wasserstoff / EE-Methan ). Die Idee: Immer wenn bei guten Bedingungen mehr Ökostrom entsteht als verbraucht wird (oder als das Stromnetz transportieren kann), wird die überschüssige Energie in Windgas umgewandelt und ins Gasnetz eingespeist. Dort lässt sie sich wie herkömmliches Erdgas verwenden zum Heizen, zum Kochen, zum Antrieb von Erdgasautos, für industrielle Prozesse und zur Rückverstromung in großen oder kleinen Gaskraftwerken (einschließlich Mini-BHKWs). Für das Verfahren soll ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien genutzt werden. In der Praxis wird es sich meist um Windstrom handeln. Das soll aber nicht die Verwendung anderer erneuerbarer Energiequellen ausschließen; man könnte insofern beispielsweise auch von Solargas sprechen. Anders als im Stromnetz lässt sich Energie im Gasnetz speichern und zwar in großen Mengen und nötigenfalls für viele Monate. Dies ist ein entscheidender Vorteil (siehe unten). Windgas wird deswegen mitunter auch als Speichergas bezeichnet. Technisch beruht die Herstellung von Windgas auf einem einfachen und erprobten chemischen Verfahren: In einer Elektrolyse spaltet sich Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Wasserstoff kann dann ins Erdgasnetz eingespeist werden, wobei es jedoch aus technischen Gründen eine Obergrenze gibt. Diese liegt aktuell bei fünf Prozent des Erdgasvolumens in einem Leitungsrohr; eine Erhöhung des Grenzwertes ist in der Diskussion. Doch selbst unter Beachtung der Grenze von fünf Volumenprozent erschließt sich bereits ein gewaltiger Speicher für erneuerbare Energien im Erdgasnetz, der 45 mal so groß ist wie die Gesamtkapazität aller heute in Deutschland bestehenden Pumpspeicherkraftwerke. Windgas schematische Darstellung Seite 2 von 7

3 Aber Windgas reicht über diese Grenze hinaus. Wird dem Wasserstoff in einem weiteren Verarbeitungsschritt Kohlendioxid zugefügt, entsteht Methan. Das ist zwar aufwändiger (und etwas weniger effizient) als die Verwendung von Wasserstoff. Darüber hinaus benötigt man eine ökologisch akzeptable CO2-Quelle. Dies kann CO2 aus Produktionsprozessen (z.b. Brauereien) oder aus ökologisch akzeptablen Biogasanlagen, perspektivisch auch aus der Atmosphäre sein. Andererseits gibt es für EE-Methan keine Mengenbeschränkung im Gasnetz. Erdgas ließe sich so zu 100 Prozent ersetzen. Dadurch steigt die Speicherkapazität auf 220 TWh th, was bei einer Rückverstromung mit einem Wirkungsgrad von 55 Prozent rund 120 TWh el entspricht genug um Deutschland bei Vorhandensein entsprechender Gaskraftwerke für zwei bis drei Monate vollständig mit Strom zu versorgen. 2) Was sind die Vorteile von Windgas? Windgas macht erneuerbare Energien speicherbar. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die vollständige Versorgung Deutschlands aus erneuerbaren Energien, weil die Stromproduktion von Wind- und Solaranlagen je nach Witterungsbedingungen extrem schwankt. Das Fraunhofer-IWES-Institut rechnet mit einem jährlichen Speicherbedarf für Ökostrom aus fluktuierender Erzeugung von bis zu 170 Terawattstunden, sobald sich Deutschland vollständig aus erneuerbaren Energien versorgt. Diese gigantische Strommenge, die etwa einem Drittel unseres gesamten Stromverbrauchs entspricht, muss in Zeiten mit viel Wind und/oder Sonne gespeichert und in anderen Zeiten rückverstromt werden, in denen nicht genug Ökostrom erzeugt wird. Die Energie muss zudem nötigenfalls über viele Monate gespeichert werden können, etwa um einen Ausgleich zwischen den windreichen Wintermonaten und windschwachen Sommermonaten zu schaffen. Das Gasnetz ist das einzige System, das in Deutschland diese Mengen an Energie aufnehmen und wieder abgeben kann. Zum Vergleich: Pumpspeicherkraftwerke können derzeit 0,04 Terrawattstunden speichern. Auch andere Speichersysteme wie Batterien, Druckluftspeicher oder Schwungräder haben weder die nötige Kapazität, noch sind sie für eine saisonale Energiespeicherung geeignet. Gleichwohl haben die anderen Speichersysteme ihre Berechtigung, zumal sie im Vergleich zur Nutzung des Gasnetzes als Ökostrom-Speicher teils deutlich höhere Wirkungsgrade aufweisen. Die im Windgas-Konzept angelegte Umwandlungskette Strom Wasserstoff Gasnetz GuD- Kraftwerk Strom führt zu Energieverlusten rund 45 Prozent (bei Methanisierung als zusätzlichem Schritt sind die Verluste noch etwas größer). Wegen ihrer beschränkten Kapazität können die anderen Speichersysteme das Gasnetz nicht ersetzen. Dieses bleibt als Massenspeicher unverzichtbar, wenn wir uns in Deutschland zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien versorgen wollen. Zudem stellt das bereits vorhandene Gasnetz eine viel kostengünstigere Speicher- Infrastruktur dar als die Alternativen. Seite 3 von 7

4 Mitunter werden norwegische Pumpspeicherkraftwerke als Speicher für deutschen Ökostrom ins Gespräch gebracht. Das ist sicher richtig. Es gilt aber auch zu bedenken, dass die skandinavischen Wasserkraftwerke dazu überhaupt erst einmal aufwändig umgerüstet und die nötigen Leitungen gebaut werden müssen. Der Stromtransport nach Skandinavien und zurück wird zudem die Energieeffizienz verringern. Darüber hinaus wollen auch andere europäische Länder die skandinavischen Kapazitäten nutzen, so dass keineswegs ausgemacht ist, dass Norwegen uns die nötigen Speicher zur Verfügung stellen kann. Und schließlich ist auch die volkswirtschaftliche Sinnhaftigkeit dieser Lösung kritisch zu hinterfragen. Denn Deutschland wird Strom immer dann exportieren, wenn er billig ist, und wieder importieren, wenn er teuer ist. Speicherbedarf Über- und Unterversorgung mit Ökostrom in einem 100-Prozent-Szenario Windgas nutzt die gesamte Stromproduktion einer Windkraftanlage auch wenn das Stromnetz überlastet ist. Solange das Stromnetz nicht optimal ausgebaut ist, wird es immer wieder vorkommen, dass Windkraftanlagen (und zunehmend auch PV-Anlagen) abgeschaltet werden müssen, weil die Leitungen die Energie nicht abtransportieren können gingen so gut 100 Gigawattstunden wertvoller Ökostrom verloren, die nicht eingespeist werden konnten, von den Verbrauchern jedoch gleichwohl bezahlt werden mussten. Nach Projektionen des Fraunhofer- IWES-Instituts könnten diese Verluste, abhängig vom Netzausbau, bis 2020 auf 40 und bis 2030 auf 80 Terawattstunden anwachsen. Die Umwandlung von überschüssigem Windstrom in Windgas ist hier eine sinnvolle Alternative und wird langfristig auch dann notwendig werden, wenn der Netzausbau optimal erfolgen sollte. Seite 4 von 7

5 Das Windgas-Konzept kann den Bedarf an zusätzlichen Stromleitungen verringern, weil Stromund Gasnetz zu einem einheitlichen Energietransportsystem verbunden werden. Die Kapazität des Stromnetzes muss dann nicht mehr so ausgelegt werden, dass es selbst die größten Windspitzen aufnehmen kann. Windgas ist eine ökologisch sinnvolle Alternative zu Biogas. Ökologisch bewussten Verbrauchern steht als Alternative zu herkömmlichem Erdgas bislang nur Biogas zur Verfügung. Das Substrat für die Biogas-Herstellung stammt jedoch viel zu oft aus Massentierhaltung und Intensivlandwirtschaft. Das bedeutet nicht, dass Biogas aus Sicht von Greenpeace Energy prinzipiell abzulehnen wäre. Sinnvoll ist die Nutzung von Abfällen und Reststoffen aus der Lebensmittelverarbeitung, von Landschaftspflegematerial, von Mist und Gülle aus Tierhaltungsanlagen mit eingestreuter Liegefläche und ausreichendem Platzbedarf für die Tiere, von pflanzenbaulichen Reststoffen und Zwischenfrüchten sowie nach ökologischen Kriterien angebauten und nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion oder zu Naturschutzbelangen stehender Biomasse, schließlich Klärschlamm und Deponiegas. Allerdings ist am Markt aktuell zu wenig Biogas aus solchen Substraten verfügbar. Für Greenpeace Energy kommt ein Biogas-Angebot zumindest im Augenblick nicht in Betracht, zumal die Förderung von Windgas das energiepolitisch wichtigere Signal ist. 3) Warum setzt Greenpeace Energy auf Windgas? Greenpeace Energy wurde 1999 als Konsequenz einer Greenpeace-Kampagne für sauberen Strom gegründet. Seither hat sich die Energiegenossenschaft mit inzwischen mehr als Kunden und Genossenschaftsmitgliedern als Qualitätsführer auf dem Ökostrom-Markt etabliert. Unser Ziel ist und bleibt, Produkte anzubieten, die sowohl ein Beitrag zum Aufbau einer umweltfreundlichen Energieversorgung leisten als auch für Verbraucher attraktiv sind. Deshalb führt Greenpeace Energy ab Juli den Tarif prowindgas zur Förderung der Windgas-Technologie ein. In dem Gaspreis von 6,75 Cent/kWh ist ein Aufschlag von 0,4 Cent/kWh enthalten, der in den Bau von Elektrolyseuren und weiterer Komponenten für Windgas fließt. Ab dem 1. Oktober 2011 beginnt die Belieferung der Kunden mit zunächst 100 Prozent Erdgas. Im Laufe von 2012 wird sukzessive ein steigender Anteil Windgas beigemischt, ab 2013 soll dies auch aus eigenen Anlagen geschehen. Auf diese Weise setzt sich Greenpeace Energy dafür ein, dass Windgas von einer guten Idee zur Realität in der Energieversorgung wird: Wir organisieren die Unterstützung der Verbraucher, wir bauen konkret Anlagen, und wir werben in der Politik dafür, die notwendigen Rahmenbedingungen zu schaffen, damit Windgas ein Erfolg wird. Seite 5 von 7

6 4) Wie steht es um die Wirtschaftlichkeit des Konzeptes, aus Windstrom Wasserstoff zu erzeugen? Elektrolyseure, die zur Wasserstofferzeugung verwendet werden, sind eine erprobte und reife Technologie, die bisher meist in der Industrie Anwendung findet. Relativ neu ist die Verbindung mit erneuerbaren und fluktuierend zur Verfügung stehenden Energien als Stromquelle. Die Investitionskosten eines standardisierten Industrieelektrolyseurs liegen nach groben Schätzungen derzeit bei rund 1,2 Mio. Euro pro Megawatt installierter Leistung. Weitere Investitionen sind in Infrastrukturkomponenten insbesondere für die Einspeisung ins Erdgasnetz vorzunehmen. Diese Kosten schwanken je nach Standort und z. B. der Entfernung zur Gasleitung und den vorherrschenden Druckniveaus, so dass sich eine pauschale Aussage hier nicht treffen lässt. Nach den jüngsten Regelungen im Energiewirtschaftsgesetz und bei Ansatz dessen auf die nachgelagerten Verordnungen trägt der Einspeiser alleine für den Netzanschluss inkl. Verbindungsleitung von unter 10 km 25% der Kosten bzw. maximal 0,25 Mio. Euro. Die übrigen Netzanschlusskosten werden vom Netzbetreiber getragen und letztlich auf die Netzentgelte umlegt. Weitere erforderliche Infrastrukturinvestitionen z. B. für eine ggfs. erforderliche Zwischenspeicherung werden komplett vom Einspeiser getragen. Die Menge des produzierten Wasserstoffs ist abhängig von der Volllaststundenzahl, mit der der Elektrolyseur betrieben wird. Perspektivisch sollen überschüssiger Wind- und Solarstrom in den Elektrolyseur geleitet werden. Dies mindert voraussichtlich die Volllaststundenzahl, da der Elektrolyseur der Verfügbarkeit des Wind- oder Solarstromes folgt (Lastfolgebetrieb), also nicht in einem gleichbleibenden Dauerbetrieb gefahren wird. Für die ersten Anlagen erwarten wir Betriebsweisen mit einer höheren Betriebsstundenzahl als im reinen Lastfolgebetrieb von Windanlagen. Bei etwa Volllaststunden gehen wir von Kosten von rund 30 ct/kwh thermisch aus, also ca. dem 10 fachen des derzeitigen durchschnittlichen Preises für Erdgas. In einem Lastfolgebetrieb werden diese Kosten höher liegen. Gleichzeitig ist jedoch davon auszugehen, dass die Kosten für die gesamte Technologie unter Berücksichtigung der zu erwartenden Lernkurve und entsprechender Stückzahl sinken werden - damit werden auch die Kosten je kwh sinken. Einen wichtigen Aspekt bei der Diskussion über Wirtschaftlichkeit spielt der Umstand, dass Windkraftanlagen im Betrieb kaum variable Kosten aufweisen. Derzeit muss Windstrom im Elektrolyseur mindestens zu dessen EEG-Vergütungshöhe abgenommen werden (ca. 9 ct/kwh). Da bei Überlast des Stromnetzes die Windanlage alternativ abgeschaltet werden müsste, macht die Verwendung im Elektrolyseur bereits ab einer Vergütung von geringen Beträgen, z. B. 1 ct./kwh, volkswirtschaftlich und betriebswirtschaftlich Sinn. Damit würde der Strompreis für den Betrieb des Elektrolyseurs drastisch sinken. Dieser Gedankengang ist derzeit unvereinbar mit den Regeln des EEG, die dem Betreiber der Windanlage auch bei Abschaltung der Anlage eine Vergütung der entgangenen Einspeisung garantiert, wird aber perspektivisch, also mit zunehmender Systemintegration erneuerbarer Energien, eine wichtige Rolle bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit spielen. Seite 6 von 7

7 Zum Potenzial der Kostenreduktion: Unsere Vorstellung ist es, Elektrolyseure in standardisierter hoher Stückzahl entweder entlang des Gasnetzes oder in der Nähe von Windparks zu bauen. So, wie heute leistungsfähige Umspannwerke in der Nähe von Windparks stehen, können Elektrolyseure ein mehr oder weniger standardisierter Bestandteil von Windparks bzw. Windparkregionen werden. Für den Abtransport des Wasserstoffs stehen verschiedene Wege offen: direkte Einspeisung ins Gasnetz, sofern ein praktikabler und günstiger Gasanschluss vorhanden ist. Aber auch Sammelsysteme sind denkbar, bei denen per LKW Wasserstoff eingesammelt wird und an einem zentralen Einspeisepunkt ins Gasnetz eingespeist wird. Je effizienter und standardisierter ein Wasserstoffsystem ausgebaut wird, desto geringer werden die spezifischen Kosten je Kilowattstunde ausfallen. Kontakt: Henrik Düker Öffentlichkeitsarbeit Greenpeace Energy eg 040/ Seite 7 von 7