Power-to-Gas Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität
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- Steffen Bretz
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1 Power-to-Gas Schlüsseltechnologie für Energiespeicher und nachhaltige Mobilität Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. TH Regensburg Konferenz Forschung und Innovationen für den Energieumstieg Bayern Innovativ Bay. Wirtsch.min Meistersingerhalle Nürnberg
2 Inhalt 1) Herausforderung und Chancen der Energiewende Potentiale, Flexiblitäten 2) Geschichte von Power-to-Gas Wie wir auf das Konzept kamen 3) Power-to-Gas als Speicher Technologie, Kosten, Pilot- und Demoanlagen 4) Power-to-Fuels Strombasierte Kraftstoffe Überwindung des Tank/Teller- und Reichweitenproblems 5) Zusammenfassung & Ausblick Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 2
3 Die Energieversorgung wird wieder oberirdisch Das fossile Zeitalter: Ein infinitesimal kleines Zeitfenster der Erdgeschichte Vereinfachte Darstellung aller fossiler Quellen Energieeffizienz Wind Solar Verbrauch Wind Solar Wasser Biomasse Wasser Biomasse Zeit Oberirdisch Oberirdisch Unterirdisch! Energiewende = Erneuerbare Energien und Energieeffizienz Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 3
4 Bayern: Großes Ausbaupotential für Wind vorhanden Technisches Potential " Auf 2% der Fläche (BWE Studie) Potential 41 GW (ca Anlagen) Heute knapp 1 GW (2 %) Windstrom-Ertrag ca. 80 TWh Bayern s Strombedarf: ca. 80 TWh! 1% unserer Landesfläche für Wind nutzen! 50% unseres Strombedarfs decken Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 4
5 Wind und Photovoltaik werden zur leitenden Größe! Technologie und Markt danach ausrichten Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energien: % EE-Anteil Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 5
6 Wind & Solar alleine schaffen eine stabile Wende nicht Wir brauchen Flexibilitäten 1. Hoch flexible Kraftwerke 2. Flexible Verbraucher 3. Stromnetze 4. Speicher Kurzzeit (Pumpsp., Batterien, Druckluft) Langzeit (Pumpsp., Gasnetz & -speicher) Wind Solar! Power-to-Gas! Gasspeicher Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 6
7 Inhalt 1) Herausforderung und Chancen der Energiewende Potentiale, Flexiblitäten 2) Geschichte von Power-to-Gas Wie wir auf das Konzept kamen 3) Power-to-Gas als Speicher Technologie, Kosten, Pilot- und Demoanlagen 4) Power-to-Fuels Strombasierte Kraftstoffe Überwindung des Tank/Teller- und Reichweitenproblems 5) Zusammenfassung & Ausblick Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 7
8 Entwicklungsschritte Integration EE bis Power-to-Gas seit Online Forecast D+1 Forecast 4H Forecast 2H 8000 Power [MW] Numerisches Wettermodell Day Windleistungsprognose für eine Regelzone Wind Power Cluster Management Quelle: Lange / Rohrig, 2008 Kombikraftwerk Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 8
9 WBGU 2008: Integration von Biomasse: in das Gasnetz ideal Vorstellung auf int. Biomassekonferenz in Valencia Juni 2008 Quelle: Schmid, Sterner für WBGU, 2008 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 9
10 Inhalt 1) Herausforderung und Chancen der Energiewende Potentiale, Flexiblitäten 2) Geschichte von Power-to-Gas Wie wir auf das Konzept kamen 3) Power-to-Gas als Speicher Technologie, Kosten, Pilot- und Demoanlagen 4) Power-to-Fuels Strombasierte Kraftstoffe Überwindung des Tank/Teller- und Reichweitenproblems 5) Zusammenfassung & Ausblick Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 10
11 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? IWES, 2010 Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2 Quelle: Sterner, 2009 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 11
12 Power-to-Gas Das Original Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz! Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, Specht Specht et al, 2010 et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 12
13 Power-to-Gas löst das Problem Langzeitspeicher Quelle: TH Regensburg FENES, 2013 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 13
14 Wirkungsgrade von Power-to-Gas 2/3 1/3 1/2 Alternativen sind effizienter, aber haben nicht die geforderte Kapazität Quelle: Sterner, Jentsch, 2011 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 14
15 Einspeisung von 10-Vol% Wasserstoff an 3 Hauptleitungen Gasnetzentwicklungsplan der Gasnetzbetreiber! Austausch aller Kompressorstationen Kosten: 3.7 Mrd. EUR! Aufbau neuer H 2 Infrastruktur einfacher! Austauschgas (z.b. Biogas) hat Vorfahrt vor Zusatzgas (Wasserstoff)! 2% H 2 realistisch! Source: Fernleitungsbetreiber, 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 15
16 Pilot- & Demoanlagen: Entwicklung in Stuttgart & Kassel kw kw Quelle: Solarfuel, ZSW, IWES Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 16
17 Methangas: Audi g-tron Projekt kw Source: Enertrag, 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 17
18 Wasserstoff: Hybrid-Kraftwerk Prenzlau 500 kw Source: Enertrag, 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 18
19 Wasserstoff: E-ON Pilotanlage in Falkenhagen 2000 kw Electrolysers H 2 -Compressor Pipeline connection N Power electronics Control Power connection Automation USV Source: E-ON, 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 19
20 Wasserstoff: Wind Projekt RH 2 -WKA 1000 kw Weitere: Source: Enertrag, 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 20
21 Gestehungskosten für EE-Gas Ergebnisse DVGW Projekt Energiespeicherkonzepte Quelle: Köppel, DVGW 2012 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 21
22 Energiespeicher Wald Zuwachs übersteigt den bay. Heizölverbrauch Zuwachs: Energie: ca. 30 Mio. m 3 / a etwa 1 m³ Festmeter Holz pro Sekunde ca GWh entspricht ca Mio. l Heizöl bei rein energet. Nutzung (max % realistisch) bay. Heizölverbrauch ca Mio. l Gegenwert ca Mio. EUR Holz als Energie (bei 90 EUR / 100 l Heizöl) Speicherleistung ca MW! der Wald ist Bayerns größter Speicher Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 22
23 Inhalt 1) Herausforderung und Chancen der Energiewende Potentiale, Flexiblitäten 2) Geschichte von Power-to-Gas Wie wir auf das Konzept kamen 3) Power-to-Gas als Speicher Technologie, Kosten, Pilot- und Demoanlagen 4) Power-to-Fuels Strombasierte Kraftstoffe Überwindung des Tank/Teller- und Reichweitenproblems 5) Zusammenfassung & Ausblick Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 23
24 Wind- und Solarkraftstoffe entschärfen Tank-Teller-Konflikt Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t Benzin-Äquivalente Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 24
25 Sichere, stabile Energieversorgung möglich durch Koppelung der Energienetze Quelle: Sterner, 2011 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 25
26 Inhalt 1) Herausforderung und Chancen der Energiewende Potentiale, Flexiblitäten 2) Geschichte von Power-to-Gas Wie wir auf das Konzept kamen 3) Power-to-Gas als Speicher Technologie, Kosten, Pilot- und Demoanlagen 4) Power-to-Fuels Strombasierte Kraftstoffe Überwindung des Tank/Teller- und Reichweitenproblems 5) Zusammenfassung & Ausblick Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 26
27 Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 27
28 Die Stromgestehungskosten steigen in der Energiewende selbst mit Speichereinsatz nur um ca. 10% bis /MWh Variable3Stromgestehungskosten Investitionskosten3Speicher Investitionskosten3Kraftwerke 78 /MWh 79 /MWh 84 /MWh 1003 /MWh Stromgestehungskosten für ausgewählte Speicherzubauvarianten bei verschiedenen EE-Anteilen Quelle: VDE, %(A 80%(E 100%(D Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 28
29 Zusammenwachsen der Energienetze ist zukunftsweisend Stärken - Bestehende Infrastruktur - Bestehende Speichertechnologie - Vielfältige Nutzung der Energie Firmen involviert in 4 J. - X00 Mio. investiert in 4 J. Schwächen - Kosten (10-20-fach fossil) - Wirkungsgrad (Power-to-Heat first!) - Frühes Stadium Chance - Lösung des Speicherproblems - Wind & Solarkraftstoffe (strombasierte Kraftstoffe) - CO 2 -neutrale Langstreckenmobilität - Geringere Importabhängigkeit Fallstricke - Hype - Wettbewerber! Fokus Mobilität - Atomgas, Kohlegas, Gas-to-Gas, Wasserkraft-Gas - Green Washing " Energiewende technisch möglich, ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht! Klimaschutz bleibt Frage des politischen Willen & öffentl. Akzeptanz Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 29
30 Ausblick Power-to-Gas 2.0 " 4-5 Juni, VDI Energiespeicher, Mainz " 18. Juni, DENA Power-to-Gas Konferenz, Berlin " 19. Juni VDI COWEC, int. Windkonferenz, Berlin " 12. Sept, OTTI Forum Power-to-Gas, Regensburg " Nov., Eurosolar 8. IRES, Berlin Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 30
31 Ausgewählte Informationen und Quellen " Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. " Sterner, M., Jentsch, M. (2011): Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes. Gutachten für Greenpeace Energy. Fraunhofer IWES, Kassel. " Sterner, M.; Specht, M.; Ebert, G. (2010): Technologievergleich einer regenerativen Energieversorgung des Verkehrs. FVEE Jahreskonferenz 2010, Berlin. " Nitsch (DLR), Sterner (IWES), Wenzel (IfnE) et al (2012): Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global; Leitstudie 2011 BMU - FKZ 03MAP146. Berlin, Stuttgart, Kassel. leitstudie2011_bf.pdf " Klaus, T., Sterner, M., et al. (2010): Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen, Deutsches Umweltbundesamt, Dessau. " WBGU verschiedene Gutachten, Berlin. Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 31
32 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) hs-regensburg.de Live ab Juni Vielen&Dank& Prof. Dr. Sterner, HS.R, S. 32
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