Wirtschaftlicher Betrieb von PtG-Anlagen

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1 Wirtschaftlicher Betrieb von PtG-Anlagen Gert Müller-Syring, Marco Henel, Dr. Hartmut Krause DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH 6. Fachkongress smart energy 2.0 Essen, April 2013

2 Agenda Motivation Energiespeicherung (P2G) Stand der Technologie Gesetzliche Rahmenbedingungen für P2G Kostenabschätzung und Erlöspfade Fazit 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 2

3 MOTIVATION - ENTWICKLUNG EE

4 Energiepolitische Ziele auf europäischer Ebene bis 2020 Ziele der europäischen Energiepolitik sind: Ein funktionierender Energiebinnenmarkt Strategische Versorgungssicherheit (Entflechtung der EVU) Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 20 % (ggü. 1990) [1] 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 4

5 Entwicklung der EE im Strommix (De) [2] 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 5

6 Neue Anforderungen an Energienetze Klassische Versorgungsaufgaben Sicher, zuverlässig, preiswert und umweltfreundlich Neue Anforderungen Integration von erneuerbaren Energien Schwerpunkt Strom Speicherung von volatilen EE (Wind, Photovoltaik) z.b. auf Basis gasförmiger Energieträger ( Windwasserstoff und Windmethan ) Anpassung der bestehenden Strukturen erforderlich Neue und umfängliche Informations- und Kommunikationstechnologien Neue Funktionalitäten (z.b. DSM und Lastverschiebung) Veränderte Netztopologien intelligente Energienetze Smart Grids/Hybridnetze P2G ist ein zentrales Element 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 6

7 ENERGIESPEICHERUNG (P2G) STAND DER TECHNOLOGIE

8 SE Energiespeicherung technologischer Kurzvergleich P2G H 2 -Direkteinspeisung Elektrolyseanlagen sind Stand der Technik und verfügbar Hohe Wirkungsgrade realisierbar Geringere Investitions- und Betriebskosten Methanisierung Speicherung höherer Kapazitäten Keine (bzw. analog Biogas) Zumischeinschränkungen Keine / geringe Anpassungen im Gasnetz notwendig Geringerer Energieinhalt im Vergleich zu Methan Speicherkapazität Zumischbarkeit an Grenzkonzentrationen gebunden Ggf. technische Anpassungen im Gasnetz notwendig Geringere Wirkungsgrade Höhere Investitions- und Betriebskosten Technik noch nicht ausgereift - Pilotanlagen Begrenzte Verfügbarkeit von grünen CO 2 -Quellen Beide Technologiepfade sind für die Etablierung der Energiespeicherung im Gasnetz essenziell! 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 8

9 SE Energiespeicherung Power to Gas Vergleich der Speichermöglichkeiten von 100 % EE a a Stromtransport erfolgt aktuell nur 100 km 29./30. April Fachkongress smart energy 2.0 9

10 SE Energiespeicherung Power to Gas Erzeugung, Transport und Speicherung Power-to-Gas H 2 64,1 % GuD (η = 50,8 %)* 30,4 %** + Abwärmenutzung ~45 % der Einsatzenergie Erzeugung, Transport und Speicherung Power-to-Gas CH 4 51,3 % GuD (η = 50,8 %)* 24,3 %** + Abwärmenutzung ~45 % der Einsatzenergie Erzeugung, Stromtransport und Speicherung PSW 74,5 % Transformator HS-MS-NS** 66,6 % * bezogen auf Brennwert Brennwertkessel (η = 99 %)* 63,5 % BSZ (PEM η = 60 %)*** + E-Motor (η = 80 %) 30,8 % Gasmotor (η = 35 %) 22,0 % Brennwertkessel (η = 99 %)* 50,8 % Gasmotor (η = 35 %) 18,0 % ** 100 km Stromtransport und Transformation von 380 kv bis 400 / 230 V (Stromtransport η = 0,99; 2 x η =0,97) E-Heizung (η = 100 %)** 66,6 % Wärmepumpe 1 el :4 th Li-Ion-Akku (η = 90 %) + E-Motor (η = 80 %)** 47,9 % *** ohne Berücksichtigung H 2 -Abtrennung aus Erdgasstrom 29./30. April Fachkongress smart energy

11 ENERGIESPEICHERUNG (P2G) RECHTLICHER RAHMEN

12 Aktuelle gesetzlichen Regelungen Schnelle Schaffung erster Regelungen für die Einspeisung und Nutzung von EE-H 2 und EE-CH 4 durch Neuregelung energiewirtschaftsrechtlicher Vorschriften und Gesetze Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV) Gasnetzentgeltverordnung (GasNEV) 29./30. April Fachkongress smart energy

13 Aktuelle gesetzlichen Regelungen 3 Nr. 10c EnWG: H 2, der durch Wasserelektrolyse [ ], und SNG [ ] Elektrolyse eingesetzte Strom und das zur Methanisierung eingesetzte CO 2 oder CO [ ] überwiegend aus EE stammen, als Biogas bezeichnet werden dürfen. ( überwiegend = 80 %) Öffnung des Gasnetzes für EE-Gase Aus der Definition im EnWG lässt sich schließen, dass EE-H 2 und EE-CH 4 von Privilegierungen, die Biogas im Verhältnis zu anderen Energieträgern hat, ebenso partiziperen Freistellung von Entgelten für den Netzzugang ( 118 Absatz 6 Satz 1 EnWG) Erstattung, Erlassung oder Vergütung der Stromsteuer für die Elektrolyse ( 9a Absatz 1 Nr. 1 StromStG) Direktvermarktung von Strom ( 33a ff. EEG) Regelungen aufgrund Gasnetzzugangsverordnung ( 31 bis 37 GasNZV) Vorrangige Netzanschlusspflicht Vorrangiger Netzzugang Verfahren zum Netzanschluss Erlassung von Einspeiseentgelte ( 20a GasNEV / 118 Absatz 6 EnWG) 29./30. April Fachkongress smart energy

14 Aktuelle gesetzlichen Regelungen Gesetzliche Regelungen zu KWK: Für eine EEG-Vergütung muss ein Einsatz von ausschließlich EE-H 2, EE- CH 4 oder EE nachgewiesen sein (nach EEG besteht der Vergütungsanspruch nur, wenn der Anlagenbetreiber nachweist, dass in der Anlage ausschließlich Biomasse eingesetzt worden ist / andererseits ist ein gemischter Einsatz von EE (Biogas) und Speichergasen in einer KWK Anlage möglich) Betreiber einer KWK-Anlage würde die EEG-Vergütung erhalten, die ein WEA-Betreiber für die Einspeisung des erzeugten Stroms in das Stromnetz erhalten würde eine Vergütung für die Zwischenspeicherung ist in diesem Fall noch nicht vorgesehen und müsste entsprechend angepasst werden Keine Befreiung vom KWK-Aufschlag / Konzessionsabgaben 29./30. April Fachkongress smart energy

15 Aktuelle gesetzlichen Regelungen Gesetzliche Regelungen zur Definition Speichergas : Im Rahmen der Novellierung des EEG wurde der Begriff Speichergase formuliert Nach der Definition im EEG ist Speichergas jedes Gas, das keine erneuerbare Energie ist, aber zum Zweck der Zwischenspeicherung von Strom aus erneuerbaren Energien ausschließlich unter Einsatz von Strom aus EE erzeugt wird Formulierung beschränkt sich nicht nur auf EE-H 2 und EE-CH 4 (z.b. Gas aus Holzvergasung) Gesetzliche Regelungen zum Kraftstoffbereich: Gemäß Bundes-Immissionsschutzgesetz oder Energiesteuergesetz handelt es sich hierbei jedoch nicht um Biokraftstoffe, so dass hierfür zur Zeit keine Anrechnung auf die geregelten Biokraftstoffquote erfolgen kann Energiesteuerrechtlich unterliegt EE-CH 4 denselben Steuersätzen wie Erdgas Vorschläge zur Neuregelung, bei der Anrechnung von erneuerbaren gasförmigen Brennstoffen aus nicht biologischer Herkunft für die Biokraftstoffquote werden u. A. in der Initiative Performing Energy oder der DENA-Plattform Power-to-Gas erarbeitet 29./30. April Fachkongress smart energy

16 Fazit: Gesetzlichen Regelungen Ein wirtschaftlicher Anreiz für die Umsetzung von P2G-Projekten wird aktuell (noch) nicht ausreichend gesetzt Eine zukünftige Förderung von verschiedenen Speicherkonzepten wird intensiv diskutiert Ein wichtiger Anreiz ist, dass der für die Erzeugung von erneuerbaren Gasen bezogene Strom aus volatilen Überschussstrom, unabhängig von der späteren Verwendung der Gase, von Netzentgelten, Stromsteuern und EEG-Umlagen befreit wird Die PtG-Technologien sind keine Erzeugungs- oder Verbrauchsanlagen dar, sondern ein Infrastrukturelement, welches die Integration der EE unterstützen sowie Strom- und Gasnetz verbindet PtG ist kein Letztverbraucher, welcher die Steuern und Abgaben zahlt 29./30. April Fachkongress smart energy

17 ABSCHÄTZUNG DER SPEICHERINVESTITIONEN UND GESTEHUNGSKOSTEN FÜR EE-GASE

18 SE Energiespeicherung Power to Gas - Kostenvergleich Die Kapazität von PSW in Deutschland liegt derzeit bei 0,04 TWhel mit einer installierten Pumpspeicherleistung von etwa 7 GWel Langzeitspeicherung nur bis zur Ausbaukapazität möglich Kapazitäten der PSW sind für die Stromspeicherung und Stromerzeugung zu gering Das Ausbaupotenzial von PSW in Deutschland ist geografisch sowie aufgrund von Naturschutzgebieten und gesellschaftlichen Akzeptanzen auf wenige GW begrenzt und wird mit unterschiedlichen Werten angegeben Gesamtpotenzial liegt bei einer Leistung von 8,6 GWel bis 2050 PtG-Speicherinvestitionen sind deutlich geringer gegenüber PSW Gastransportnetz zum Energietransport (Speicherung) bereits vorhanden PSW: PSW Goldisthal Kapazität MWh (1.060 MW) Investition ~ 70 EUR pro kwh = 593,6 Mio. EUR Speicherinvestition PtG: H 2 -Gaskapazität MWh = 2,4 Mio. m³ H 2 Investition ~ EUR pro kw ELY-Leistung: 12 MW ELY-Leistung (1.000 VLS) = 24 Mio. EUR Speicherinvestition + 4,2 Mio. EUR Untergrundspeicher 29./30. April Fachkongress smart energy

19 Kostenvergleich E-Gas vs. konv. Energieträger - Vergleich ohne wälzbare Kosten (ohne Steuern) H2 aus Erdgas Erdgas Grenzübergabe CNG Tankstelle Biogas Benzin Diesel Biogas Benzin Diesel Erdgastankstelle H 2 aus Erdgas Erdgas Grenzübergabe 0 (1200 h H2) 0 (7000 h H2) 0 (1200 h CH4) 0 (7000 h CH4) 5 (1200 h H2) 5 (7000 h H2) 5 (1200 h CH4) 5 (7000 h CH4) 9 (1200 h H2) 9 (7000 h H2) 9 (1200 h CH4) 9 (7000 h CH4) Gestehungskosten in Cent/kWh bezogen auf Brennwert Strombezugskosten in Cent/kWh 29./30. April Fachkongress smart energy

20 Erwartete Gestehungskosten für EE-H 2 Auf Basis durchschnittlicher Stromkosten 2011 European Energy Exchange, Mittelwert 2011: 50,72 EUR/MWh 29./30. April Fachkongress smart energy

21 Erwartete Gestehungskosten für EE-CH 4 Auf Basis durchschnittlicher Stromkosten 2011 European Energy Exchange, Mittelwert 2011: 50,72 EUR/MWh 29./30. April Fachkongress smart energy

22 Zusätzlichen Erlösquellen Zusätzlichen Erlösquellen, welche zur Wirtschaftlichkeit beitragen können, sind: Wärmeeinbindung aus Elektrolyse und Methanisierung O 2 -Verkauf als technische Gase oder an Klär- und Biogasanlagen Teilnahme am negativen Regelenergiemarkt Reduzierung von stromseitigen Netzausbaumaßnahmen PtG statt Wärmeisolierung an Gebäuden (Einkopplung von EE zu Heizzwecken über das Brenngas, EEWärmeG) Langzeitspeicherung und Vermarktung grüner Produkte Grüne Speicherenergie und Vermarktung als grünes Produkt Anpassung der Gasbeschaffenheiten durch EE-CH 4 (z.b. Biogasanlagen) 29./30. April Fachkongress smart energy

23 Fazit: Geschäftsmodelle Die aktuellen energiewirtschaftlichen und gesetzlichen Rahmenbedingungen (mit Ausnahme des novellierten EnWG) unsterstützen die Errichtung bzw. den Betrieb von PtG-Anlagen nicht ausreichend Daher sind aus jetziger Sicht (ohne Änderung der Rahmenbedingungen) kaum wirtschaftlich tragende Geschäftsmodelle abzusehen Zu frühen Feldern in denen PtG-Konzepte wirtschaftlich betrieben werden könnten, gehören die Versorgung des Kraftstoffmarktes mit EE-CH 4 und perspektivisch auch mit EE-H 2 sowie die Entwicklung von erneuerbaren Premiumprodukten wie Windgas, für welche die Kunden bereit sind höhere Preise zu bezahlen und in einen ideellen Mehrwert zu investieren 29./30. April Fachkongress smart energy

24 FAZIT

25 Fazit Zur Integration der EE benötigen wir Netzausbau, flexible Kraftwerke/Lasten, mehr Energieeffizienz und Speicher Energieeffizienz führt zu sinkendem Erdgasabsatz verfügbare Transport & Speicherkapazitäten aber anhaltender Ausbau EE wird erwartet Die Erzeugung von E-H2 oder E-CH 4 und Einspeisung in das Erdgasnetz ist z.z. die einzige verfügbare saisonale Speicheroption für EE Transport/Verteilung von H 2 durch das Erdgasnetz ist technisch möglich, Anpassungen im Netz sind entsprechend der H 2 -Konzentration notwendig F&E-bedarf: CNG Tanks, UGS, Gasturbinen und industriellen Anwendungen Einspeisung von E-CH4 ist analog zu Erdgas möglich der Wirkungsgrad ist geringer als bei der E-H2-Direkteinspeisung F&E-bedarf: verfahrenstechnischen Optimierung Ziel ist eine gesamtwirtschaftlich tragbare Lösung sowie ein flexibles, robustes und nachhaltiges Energienetz Anpassung des Rechtlichen Rahmens und der Vergütungsmöglichkeiten sowie systemanalytischen Betrachtungen erforderlich um dieses Ziel zu erreichen 29./30. April Fachkongress smart energy

26 PtG-Projekte in Deutschland (Überblick) DVGW-IO 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ihr Ansprechpartner Gert Müller-Syring DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Karl-Heine-Straße 109/111 D Leipzig Fachgebietsleiter Gasnetze 29 Tel.: (+49) Fax: (+49) Web: