Power-to-Gas und Innovationsoffensive Gas

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1 Power-to-Gas und Innovationsoffensive Gas Gasinfrastrukturen und Gastechnologien als komplementärer Bestandteil eines regenerativen Energiesystems Frank Gröschl, DVGW, Bonn 9. Oktober 2014, Niedersächsische Energietage, Goslar

2 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

3 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

4 DVGW: Die Vereinsdaten Über Mitglieder 1900 Energie und Wasserversorger, darunter Gas Netzbetreiber und Stadtwerke Hauptgeschäftsführung in Bonn, Berlin, Brüssel Forschungsinstitute in Leipzig, Freiberg, Karlsruhe, Dresden, Essen, Mülheim, Hamburg 9 Landesgruppen 63 Bezirksgruppen 400 Mitarbeiter

5 Die satzungsgemäßen Aufgaben des DVGW Technische und technisch wissenschaftliche Förderung des Gas und Wasserfaches unter besonderer Berücksichtigung der Sicherheit, Hygiene und des Umweltschutzes. Der gemeinnützige Verein ist wirtschaftlich sowie politisch unabhängig und neutral. Durch seine Tätigkeit wirkt der DVGW staatsentlastend. Kommunikation Regelsetzung, Normung Sicherheit Mitgliederberatung Umweltschutz Hygiene Forschung Prüfung und Zertifizierung Keine Vertretung werblicher Interessen. Berufsbildung

6 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

7 Energiewende: Nur eine Stromwende? Oder nur eine Stromerzeugungswende? Energiewende beinhaltet bisher starken Ausbau der Fotovoltaik und der Windkraft Zubau von Strom-Erzeugungskapazitäten deutlich höher als Leistungsbedarf Strom (ca GW). Bis 2020 deulich mehr als 100 GW reg. Stromerzeugungskapazität im Netz. Bisher kein zusammenhängendes Konzept zur Integration der erneuerbaren Energien im Sinne einer nachhaltigen und stabilen Energieversorgung erkennbar

8 Die 4 Spannungsfelder der Energiewende

9 Die 4 Spannungsfelder der Energiewende

10 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

11 Zielsetzung der DVGW-Innovationsoffensive Stärken von Gas und Gastechnologien nutzen Weiterentwicklung im Rahmen der klimapolitischen Zielsetzungen von Natur aus CO 2 -emissionsarm mischbar mit regenerativ erzeugten Gasen (Biogas) hocheffiziente, dezentrale und multifunktionale Anwendungsmöglichkeiten

12 Thesen und zentrale Ansatzpunkte in der DVGW- Innovationsoffensive Regenerativer Strom Gas Volatilität nicht speicherbar unvollständige Infrastruktur bedarfsentkoppelte Produktion flexibel / planbar speicherbar flächendeckende Infrastruktur bedarfsgenaue Bereitstellung

13 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

14 Der Energieträger Gas in einem integrierten Energiekonzept Kohle Strom CO 2 Gas Erdgas Erneuerbare Energien, Wind Elektrolyse H 2 Synthese CH 4 Biogas -Gülle, NAWARO -Biomasse, Holz GuD-Kraftwerke Kraft- Wärme- Kopplung Nutzung von elektrischer Energie und Wärme

15 Entwicklung der Erzeugung in Deutschland auf 400 GW

16 Ausbau der Stromnetze als Lösung? Ja, aber nur, wenn die Kapazität der regenerativen Energien kleiner ist als der Gesamtbedarf Bei Leistungen oberhalb des Gesamtbedarf ist Speicherung unumgänglich

17 Einige Kerndaten der deutschen Gasinfrastruktur Quelle: DVGW-Studie Entwicklung von modularen Konzepten zur Erzeugung, Speicherung und Einspeisung von Wasserstoff und Methan ins Erdgasnetz, Stand 2010

18 Schnittpunkte Strom- und Gasnetze Erdgasspeicher Erdgastransportnetz > 60 bar Stromnetz 220 kv Stromnetz 380 kv

19 Erst durch das Gasnetz kann der gesamte regenerative Strom genutzt werden Installierte ( ) und verfügbare Leistung der Erneuerbaren (Wind & PV) Netzausbau Loadmanagement 4 3 Verteilungsfunktion der Erzeugungsleistung 2 5 Netzkapazität Absatzkurve Rechteck = Jahresarbeit 1. Strombedarf 2. Loadmanagement kommt an Grenzen 3. Grenzen des Netzausbaus 4. Überproduktion: Abschaltung von EE- Anlagen 1 5. Glättung der Spitzen = vollständige Nutzung des regenerativen Stroms Verfügbarkeit in Stunden pro Jahr 8760

20 Das wirtschaftliche Potenzial: Leistungsdaten und Kosten von Energietransport

21 Speichertechnologien im Vergleich Quelle: DVGW Quelle: IAEW, RWTH Aachen

22 Pumpspeicher vs. Gasspeicher: Speicherleistung und gespeicherte Energie (Arbeit) Speicherleistung (gesamt) Typische Anlagenleistung Gasspeicher 110 Gasspeicher 30 Pumpspeicher 7 Pumpspeicher 1, GW GW gespeicherte Energie (gesamt) Gasspeicher Pumpspeicher GWh Speicher waren schon immer ein wesentliches Element des Gas-Systems

23 Die Elektrolyse als Schlüsseltechnologie und Perspektive bekannte Technologie optimiert in der Chemieindustrie Transfer von der Anwendung in der chemischen Industrie in die Energiewirtschaft notwendig: Steigerung von Wirkungsgrad und Flexibilität verschiedene Systeme (Alkali, PEM,etc) Kostendegression 2000 <500 Euro/KW Reversierbarkeit

24 Power to Gas Demonstrationsprojekte

25 Wasserstoffverträglichkeit der Gas-Infrastruktur

26 Kostensenkungspotenziale bei der Wasserstoffproduktion aus Power-to-Gas Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zeigen ein heterogenes Bild. Hoher Einfluss standortbezogener Faktoren Geringe Betriebskosten, hohe Laufzeiten, optimierter Strombezug Entscheidend ist die Berücksichtigung systemrelevanter Kosten (Speicherfunktion, Netzstabilisierung Strom, Transport?, etc.) und weiterer Optionen

27 DVGW-Studie zum gekoppelten Netzausbau Strom / Gas Nichtgekoppelter Ausbau Konventionell - Transformator verstärken (Trafo 1) - Zweite Ortsnetzstation (Trafo 2) - Ca m Kabel - Gasnetzausbau nicht erforderlich Gekoppelter Ausbau (PtG + GVWA) Szenario: Netzdienlich - Smart-Grid-System: steuert PtG-Anlage - Regelbarer Transformator (ront) - Ca. 230 m Kabel - Gasnetzausbau nicht erforderlich Kopplungselemente mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 170 kw el zur Netzausbauvermeidung im netzdienlichen Szenario notwendig

28 Gekoppelter Netzausbau: Ergebnis für das ländliche NS-Netz unter Berücksichtigung der Einsparungen im überlagerten MS-Netz Ausgaben* EUR Ersparnis im MS-Netz PtG-Anlage (H + GVWA 2 ) + GVWA Netzausbau Markterlöse Summe Getrennter Netzausbau Konventionell Getrennter Netzausbau Innovativ Gekoppelter Netzausbau Frei am Markt Gekoppelter Netzausbau Netzdienlich Annahmen: PtG-Anlage (H 2 ) mit 150 kw el für EUR/kW el Bivalente GVWA mit 35 kw el für ca. 485 EUR/kW el Einsparung beim Ausbau des Mittelspannungsnetzes *) Barwert 2018 Netzdienlicher Anlageneinsatz verringert die maximal rückgespeiste Leistung Reduzierter Ausbaubedarf auch in überlagerten Netzebenen Gekoppelte Ausbauvariante Netzdienlich erreicht Kostenniveau des konventionellen Ausbaus

29 Weitere Projekte KWK als Instrument für die Residualleistungsbereistellung Beitrag der KWK zum Ausgleich PV und Wind optimale Dimensionierung der KWK, differenziert nach Gebäudetypen stromgeführte Fahrweise, intelligente Wärmenutzung regionale Differenzierung der PVund Windprofile Reduktion des PE-Bedarfs zu Beheizungszwecken

30 DVGW-Studie: dezentrale KWK kann in % der residualen Stromerzeugung bereitstellen

31 Perspektiven LNG: Gasantriebe für LKW und Schiffe LNG-Terminals in Europa EU-Projekt Blue Corridor LNG als Antrieb für LKWs verflüssigtes Erdgas Isolierte Tanks Etablierte Motorentechnologie Hohe Reichweiten EU-Infrastrukturaufbau in Planung Quellen: NGVA EUROPE

32 Gliederung Vorstellung DVGW Status Quo Energiewende Ziele und Ansatzpunkte der DVGW-Innovationsoffensive Die DVGW-Konzeption eines konvergenten Gesamt- Energieversorgungssystems Ausblick

33 Europäische Entwicklungen Verbindungen / Kooperationen mit Niederlande / EDGAR niederländisches Gas Forschungsprogramm GERG Europäische Gasforschungsgruppe SVGW ÖVGW GDF SUEZ. Ziel: Aufbau europäischer Forschungs Kooperationen

34 Methanisierung Nutzung des CO2 aus diskreten Quellen (Biogasanlagen, Zement, Industrie, ) zur Methanisierung von Wasserstoff zu einem synthetischen Methan (synth. Erdgas) Einspeisung in die Gasnetze CCU: Macht CCS überflüssig

35 Die Integration erneuerbarer Energien gelingt nur über einem systemischen Ansatz

36 Zum Nachlesen Frank Gröschl DVGW-Hauptgeschäftsstelle Tel.: 0228 / groeschl@dvgw.de