Speicherlösungen für den Windstrom Arbeitsgemeinschaft Windenergiedaten Schleswig-Holstein

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1 Speicherlösungen für den Windstrom Arbeitsgemeinschaft Windenergiedaten Schleswig-Holstein Rendsburg, Juni 2012

2 Egeb: Wirtschaftsförderung Wirtschaftsförderer der Kreise Dithmarschen und Steinburg Betreiber von drei Wasserwerken Partner der windcomm Windcomm Netzwerkagentur Windenergie Schleswig-Holstein Förderung der Windenergie und verbundener Themen (z.b. Netze, Speicher u.a.) Veranstaltungen zu relevanten Themen der Windenergie ChemCoast Park Brunsbüttel Größtes Industriegebiet in Schleswig-Holstein Größte Wasserstoffverbraucher in Deutschland Energieintensive Unternehmen Speicherlösungen 2

3 Energiespeicherung in Schleswig-Holstein Integriertes Energie- und Klimakonzept für Schleswig-Holstein (MLUR und MWV 2012) Windstromüberschuss und Netzmangel Existenter Pumpspeicher in Geesthacht, Projekt in Lägerdorf Geologie: Salzstöcke für die Lagerung von Wasserstoff und Methan Wasserstoff-Senke Speicherlösungen 3

4 Warum muss gespeichert werden? Lastmanagement Speicherung für Hochpreisphasen Überschussmengen Mit welchen Strommengen ist zu rechnen? Abhängig von Kraftwerksstillegung Zubau von Windkraftanlagen Ausbau von Stromnetzen Verbrauchsalternativen Müssen die Überschussmengen gespeichert werden oder kann man die Mengen als Substitut für andere Primärenergie verwenden? Z.B. Verwendung in Fahrzeugen (Batteriespeicher) oder in Nachtspeicherheizungen. Wo fällt der Überschuss an? Wie konstant sind die Mengen? => Kurz- oder Langfristspeicher? Speicherlösungen 4

5 Wie viel Überschuss wird erwartet? Entwicklung der Windenergie in Schleswig-Holstein 2008: Onshore MW installierte Leistung Offshore: : Onshore bis zu MW installierte Leistung Offshore: : Onshore bis zu MW installierte Leistung Offshore in SH bis zu MW installierte Leistung Abschaltungen laut Bundesnetzagentur: GWh Ausfallarbeit ca. 20 Mio. EURO Entschädigung 0,45 0,5 % vom Windertrag Speicherlösungen 5

6 Wie viel muss gespeichert werden? Kurz-mittel-langfristig? (Kurze oder lange Flauten?) Abhängig von Produktionsmenge oder vom Bedarf? Mit welchen Strommengen wird gerechnet? Wie hoch ist der Bedarf? (Tag/Nacht, regional/überregional?) Netztrennung? Grenznutzen? Messung 2009 St. Michaelisdonn: 18 Tage länger als 0,7 d, 6 mal länger als 1 d, 2 mal länger als 2d Speicherlösungen 6

7 Überblick über Speichertechnologien Pumpspeicher Bestehende Pumpspeicherkraftwerke Zukünftige Nutzung von Tagebau und Bergwerkstollen Norwegische Speicherkapazitäten Druckluft Herkömmliche Druckluftkraftwerke Adiabatische Druckluftspeicher Wasserstoff Neue Elektrolyse-Verfahren mit großer Speicherkapazität und mehreren Nutzungsmöglichkeiten Batterien Div. Systeme mit Entwicklungen bis in den 1 MW-Bereich Thermische Speicherung i.d.r. nicht zur Stromrückgewinnung ausgelegt / Forschungsvorhaben Speicherlösungen 7

8 Pumpspeicher Pumpspeicherkraftwerke Reversibler Anlagenbetrieb (Pumpturbine) i.d.r. auf 4 8 Stunden Vollaststrom ausgelegt Wirkungsgrad ca. 70% Flexibler Einsatz innerhalb von Minuten Schwarzstartfähig Erprobte Technik Kapazität in Deutschland: 6 GW installierte Leistung 40 GWh Gesamtspeicherkapazität Sachverständigenrat 2010: 85 Twh in Norwegen und Schweden möglich Speicherlösungen 8

9 Druckluftspeicher Herkömmliche Druckluftkraftwerke Wärmeanfall bei der Verdichtung ungenutzt Zuführung von Wärme (Zusatzbrennstoff) zur Turbine bei Vertromung Huntorf Elsfleth Adiabatische Druckluftspeicher Speichert die anfallende Wärme und nutzt sie beim Entspannungsvorgang Erhöhter Wirkungsgrad (bis zu 70%) Noch im Entwicklungsstadium, kein existierendes Referenzkraftwerk Speicherlösungen 9

10 Wasserstoffspeicher Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse Produktionsverfahren für den industriellen Einsatz seit 100 Jahren bekannt (alkalische Elektrolyse) Spezielle Elektrolyseverfahren für H2 als Speichermedium für Windstrom in der fortgeschrittenen Entwicklung Speicherung Salz-Kavernen Drucktanks Erdgasnetz Verwendung Mobilität Industrielle Anwendung Methanisierung Rückverstromung Speicherlösungen 10

11 Batterien Blei-Säure-Batterie Günstig und bewährt Geringe Energiedichte Geringe Anzahl von Lade / Entladezyklen Redox-Flow-Zelle Elektrolyt lagert separat Speicherkapazität skalierbar Kaum Selbstentlladung Natrum-Schwefel-Akkumulator Hohe Energiedichte Hoher Wirkungsgrad Muss beheizt werden (schlechte Langzeiteigenschaft) Speicherlösungen 11

12 Wärmespeicher Wasser: z.b. Pufferspeicher Heizungsanlage Hochtemperaturspeicher (keramische oder metallische Speichermedien) Latentwärmespeicher (thermodynamischer Zustandsänderungen) Phasenübergangs fest flüssig (Schmelzen/Erstarren) z.b. Hart- Paraffin Thermochemische Wärmespeicher (Silicagele, Metallehydride) Speicherung durch endotherme/exotherme Reaktionen Speicherlösungen 12

13 Mobilität Wasserstoffeinsatz in Fahrzeugen Eine Brennstoffzelle wandelt chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie. Wirkungsgrad von bis zu 60 % Clean Energy Partnership: Ausbau Wasserstofftankstellen von 27 (2011) auf (2015) = flächendeckendes Netz im Umkreis von 30 Kilometern Nachteile: allein die Berliner Wasserstofftankstelle an der Holzmarktstraße wurde mit 4 Mio. Euro Steuergeld finanziert. Die Herstellung von Wasserstoff erfolgt derzeit (2012) vor allem durch Dampfreformierung unter Einsatz fossiler Primärenergien Speicherlösungen 13

14 Methanisierung Einsatz als Gassubstitut (Windgas) Wasserstoff wird unter Einsatz von CO 2 in Methan (Hauptbestandteil von Erdgas) umgewandelt und kann damit als Heizgas verwendet werden. Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasserstoff zu Methan und Wasser CO H 2 -> CH H 2 O (Sabatier-Prozess, 19. Jhdt) Speicherung im Erdgasnetz möglich Nachteile: Weitere energieintensive Stoffumwandlung Gefährliches Treibhausgas (Effekt 25 x größer als CO 2 Speicherlösungen 14

15 Industrieller Einsatz Grüner Wasserstoff ersetzt schwarzen Wasserstoff Stofflicher Einsatz statt verlustreicher Rückverstromung Energieaufwändige Stoffumwandlung aus anderen Primärenergiequellen wird vermieden Auch der entstehende Sauerstoff (O 2 ) findet Verwendung. Rohstoff für Kunststoffvorprodukte, Ammoniak, Bleichmittel, etc. Hilfsstoff zur Reduktion in der Metallbearbeitung Effizienzsteigerung von Anlagen zur Zementherstellung Große Mengen können direkt abgenommen werden und reduzieren die Speicheranforderungen Problem Hoher Preis im Vergleich zu konventionell hergestelltem H2 Schwankende Verfügbarkeit Speicherlösungen 15

16 Rückverstromung Verstromung von Wasserstoff ist Stand der Technik Vergleichbar Gaskraftwerke, jedoch spezielle Auslegung der Brenner und der Turbinen (unterschiedliche Energiedichte und verbrennungstemperaturen) Wirkungsgradverluste bei der Verbrennung Voorteil: Kraftwerke können als Hybridkraftwerke auch mit Gas befreuert werden, wenn kein Wasserstoff zur Verfügung steht. Speicherlösungen 16

17 Kontakt egeb: Wirtschaftsförderung. Entwicklungsgesellschaft Brunsbüttel mbh Jens Wrede Elbehafen Brunsbüttel Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Speicherlösungen 17