Speichertechnologien zur Integration regenerativer Einspeiser

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1 Landesenergierat MV AG Forschung / Entwicklung / Lehre Stralsund, Speichertechnologien zur Integration regenerativer Einspeiser Thomas Luschtinetz Institut für Regenerative EnergieSysteme an der FH Stralsund / Fachbereich ETI understanding reality facing challenges creating future

2 1 Notwendigkeit von Speichern im Stromnetz Ergebnisse der VDE-Studie 2012 (Gesamtbilanzierung Deutschland) 40% EE (2020) - geringe Abregelung von 0,1%EE ausreichend = 260 GWh bei mögl. Abregelung von Biomasse-KWK - 44 h Überschuss, Unterdeckung max. 9,8 GW (1h) - Optimierung der Fahrweise konv. KWe durch Speicher Quellen: Energiespeicher für die Energiewende Speicherungsbedarf und Auswirkungen auf das Übertragungsnetz für Szenarien bis 2050, VDE-Studie Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger, VDE-Studie understanding reality facing challenges creating future

3 1 Notwendigkeit von Speichern im Stromnetz Ergebnisse der VDE-Studie 2012 (Gesamtbilanzierung) 80% EE (2050) - Kurzzeitspeicher 14 GW / 70 GWh (5h) und - Langzeitspeicher 18 GW / 7,5 TWh (17 Tage) sowie - 1 % EE Abregelung (0,4 TWh/a) erforderlich, Kosten: KSp: 0,8 Mrd. LSp: 2,2 Mrd. ohne EE Abregelung ist Verdoppelung der Speicher notw. Vergleiche: Pumpspeicherkraftwerke in D 2010: 7,2 GW / 48 GWh Regelleistung D 2009: 7 GW Energieumsatz LZSp: 16 TWh = 2% NG-Umsatz (850 TWh/a) 100% EE (Opt.) - Kurzzeitspeicher x 2,5 - Langzeitspeicher x 3,5 - Speicherkosten: 12 Mrd. /a - Stromgestehungskosten: + 19% understanding reality facing challenges creating future

4 2 Verfügbare Speichertechnologien Kurzzeitspeicher: Supercaps Batterien mit internem Speicher als Nieder- o. Hochtemperaturbatterien Batterien mit ext. Speicher - Redoxflowbatterien 3 MW (s)/..1,5 MWh Australien / Canada / Japan - Elektrolyseur-/ Brennstoffzellensysteme (adiabatische) Druckluft-Gasturbinenkraftwerke Pumpspeicherkraftwerke understanding reality facing challenges creating future

5 Goldisthal Energiespeichertechnologien im Vergleich Bedarf bei 80%EE: KSp: 14 GW / 70.ooo MWh LSp: 18 GW / ooo MWh Speicherung der Elektroenergie mit Wirkungsgraden - Kavernen-Druckluft-Gasturbinenkraftwerk (CAES) Huntorf: 0,3*10 6 m 3 / 60-70% / 600 MWh - Wasser-Pumpspeicherkraftwerk ( MWh in ZE mgl.) Goldisthal: 80% / MWh -1 Mill. E-PKW (2020) mit je 50 kwh, 20% verfügbar / 90% / MWh Kavernenspeicher für Wasserstoff (70% x 50%) 100 bar / 0,3*10 6 m 3 / 35% / 27.ooo MWh - Kavernenspeicher für Erdgas aus H2 (70% x 70% x 50%) 100 bar / 0,3*10 6 m 3 / 25% / 64.ooo MWh F. Crotogino 2008 understanding reality facing challenges creating future

6 Energieinhalt im Vergleich Schiff, t Steinkohle, 540 GWh el E.ON Innovation Center Energy Storage Dr. Andrei Zschocke, Zeit, über die ein 800 MW Kraftwerk versorgt werden kann 35 d Erdgasspeicher: 260 GWh 17 d Wasserstoffspeicher: 84 GWh 5 d PSP Waldeck: total 4,3 GWh 6 h CAES Huntorf 0,9 GWh 1,4 h Annahmen: - für Wasserstoff- bzw. Erdgasspeicher kleines Kavernenvolumen von m 3 (= Huntorf), - Wirkungsgrad Erzeugung: 0,6 6 René Schoof, E.ON Gas Storage GmbH

7 Energiespeichertechnologien im Vergleich Kosten in Cent je kwh (ausgespeichert) Speicherpfad Kosten f. Kosten f. lfd. Investition/en Energiebezug*** Kavernenspeicher - für Wasserstoff 15** + 10 ct / kwh H2 für Mobilität (Elektrolyse) 2x/30d 25 10* + 20 ct / kwh ausgesp. Strom -fürsng aush2 (7**+Sab) + 14 ct / kwh SNG Erdgasnetz (Elektrolyse + Sabatier) + 28 ct / kwh ausgesp. Strom * VDE-Studie, Kleimaier 2009, heute 10Jahre ** NOW-Studie, Januar 2013, Zielpreis H2: 25 ct / kwh ohne UST Vergleichswerte 2012: Benzin: 18 ct/ kwh NG: 3 / 6 ct / kwh Höchstpreis Elektrolysestr. ** bzw. Windstrom: 7 ct / kwh*** Vorteile SNG: vorh. Infrastruktur, kompatibler Energieträger (Gaskraftw., Wärme) understanding reality facing challenges creating future

8 3 Erfahrungen und lfd. Projekte ab 2004 Studien zur H2-Speicherung reg. E-Energie MV / SH / VDE Hybridkraftwerk ENERTRAG / Erhöhung der Einspeisesicherheit reg. Einspeiser durch Minimierung der Prognoseabweichung mittels H2-Speicherkreis + H2-Lieferung für Mobilität 6 MW WKA, 500 kw Elektrolyseur, 800 kw Mischgas-BHKW Power to Gas 2011 Wind-projekt, Kessin, 1 MW Elektrolyseur 2013 E.ON.edis, Falkenhagen, 2 MW mit Methanisierung + Einspeisung Kyritzer Heide, 3 MW mit Kavernenspeicher H2 Elektrolyseure / Rückverstromung 2011 Enertrag 500kW atm., alk / Druckelektr. (BTU Cottbus) 2012 Hydrogenics / NL + Kanada 1 MW für europ. Projekte Siemens 0,1 /0,3 MW, 50 bar (Container) 1015 / 2018 Siemens 6 MW / 100 MW zzgl. H2-/Mischgas-Turbinen stationäre HT-Brennstoffzellen MCFC / SOFC noch hochpreisig understanding reality facing challenges creating future

9 4 Positionierung M-V -Ausweis notwendiger Speicher - im Übertragungsnetz - im Verteilnetz auf der Basis Netzstudie M-V / NOW-Studie - Identifizierung wirtschaftlich tragfähiger Speicherprojekte/Wandlungspfade -Grundlagenforschung: nachhaltige Energie-/Stoffkreisläufe flüssige ETS als Alternative zu Stromtrassen, auch unter Einbeziehung von Biomasse / Abfall - Zusammenführung mit den Mobilitätsanforderungen H2-/E-Tankstellen in MV (im CEP-Netz) -modularisierte Hybridlösungen für netzferne Standorte / Inseln -Kurzzeitspeicher für den Netzbetrieb - Vorbereitung der Realisierung von Speicherprojekten im MW-Bereich - Klärung der polit. Rahmenbedingungen / Standortfrage - Nutzung aller Byprodukte (z.b. Sauerstoff) - Ausbildung / Lehre - Hochschulen + Berufsausbildung + Schulen understanding reality facing challenges creating future

10 Vorarbeiten / Projekte FH Stralsund 1995 heute sicherer Betrieb einer Wind-PV-Wasserstoffkette an der FH Stralsund - 100kW Wind, 20kW Elektrolyseur 2004 / 2005 Studie zur Wasserstoff-Speicherung regenerativ erzeugter Elektroenergie der FH Stralsund i.a. des WiMi-MV Projektentwicklung Hybridkraftwerk ENERTRAG / FH Stralsund Integration von Wind-Wasserstoff-Systemen, Studie des NOW, erarbeitet durch PLANET / FH Stralsund / FHL / KBB UT u.w Aufbau Wasserstoff-F/E-Zentrum an der BTU Cottbus unter Beteiligung der FH Stralsund Light2Hydrogen Photokatalytische H2-Prod. Likat / / FH HST <1kW PEM- + SOFC-Hybridstromversorgungen mit KMU-Partnern Modulkraftwerk (Containerlösung) 5kW Landesverbundforsch. Projektentw: Methanolsp. (SIV u.a.), HCOOH (Likat u.a.), Carbazol (Peenem.) understanding reality facing challenges creating future

11 Quellen Tagungsband des 19. REGWA-Energiesymposiums an der FH Stralsund bzw. Forschung > Forschungsinstitute > Institut für Regenerative EnergieSysteme - IRES> Veranstaltungen/Konferenzen REGWA Symposien: Waidhas, Manfred: Elektrolyse als nachhaltige Netzdienstleistung, 19. REGWA-Symposium, FH Stralsund, Nov. 2012, S Zschocke, Andrej: Innovative Lösungen zur Speicherung von Energie 19. REGWA-Symposium, FH Stralsund, Nov. 2012, S. 145 bzw. energie_tour_praesentation_eon_zschocke.pdf Kleimaier, M.: Wasserstoff Eine Option für die langfristige Speicherung von Windenergie, 17. REGWA-Symposium, FH Stralsund, Nov Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger VDE-Studie understanding reality facing challenges creating future