Windenergie-Speicherung durch Wasserelektrolyse in Brandenburg

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1 Windenergie-Speicherung durch Wasserelektrolyse in Brandenburg Ulrich R. Fischer Speichertechnologien Chance und Herausforderung der Energiewende Cottbus, 14. November

2 AGENDA 1 MOTIVATION 2 SPEICHERBEDARF 3 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 4 AUSBLICK WIND - WASSERSTOFF PROJEKTE 5 ZUSAMMENFASSUNG

3 MOTIVATION Globale Verknappung Erdöl Erdölreserven weltweit Stand 2011 Quelle: Bundesamt für Geowissenschaft und Rohstoffe, Deutsche Rohstoffagentur (DERA), Energiestudie 2012 Reichweite: 216/4= nur noch 54 Jahre!! Maximum der Erdölförderung aber bereits Dann die Hälfte der Reserven gefördert ( mid depletion point) Datenlage unsicher Daten werden gegenseitig abgeschrieben! 01 MOTIVATION 3

4 MOTIVATION Globale Verknappung Erdöl Statement Bundesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe Erdöl ist der einzige nicht erneuerbare Energierohstoff, bei dem in den kommenden Jahrzehnten eine steigende Nachfrage nicht mehr gedeckt werden kann Die Entwicklung des Ölpreises ist nicht vorhersagbar. Ein dauerhaft niedriges Niveau wird aber nicht wieder erreicht werden Quelle: Bundesamt für Geowissenschaft und Rohstoffe 01 MOTIVATION 4

5 MOTIVATION Importabhängigkeit Deutschlands von Erdöl und Erdgas Quelle: Bundesamt für Geowissenschaft und Rohstoffe, Deutsche Rohstoffagentur (DERA), Energiestudie 2012 Sehr starke Importabhängigkeit Deutschlands bei Erdgas und Erdöl Nur 2,5% Erdöl und 14% Erdgas stammen aus Deutschland 01 MOTIVATION 5

6 MOTIVATION Installierte Leistung EE in Deutschland Photovoltaik [MWp] biogener Anteil des Abfalls [MW] Biomasse [MW] Windenergie [MW] Wasserkraft [MW] PV 2012: 32,4 GW Wind 2012: 31,3 GW Datenquelle: BMU 01 MOTIVATION 6

7 MOTIVATION Stromproduktion aus EE in Deutschland Datenquelle: BMU Photovoltaik [GWh] biogener Anteil des Abfalls [GWh] Biomasse [GWh] Windenergie [GWh] Wasserkraft [GWh] Ziele der Bundesregierung 35% bis 2020, 50% bis 2030, 80% bis 2050 Anteil EE am Bruttostromverbrauch 18% bis 2020, 60% bis 2050 Anteil EE am Endenergieverbrauch 01 MOTIVATION 7

8 MOTIVATION Prognose Wind/PV in Deutschland Quelle: Dr. Klaus von Sengbusch 50Hertz Transmission 01 MOTIVATION 8

9 MOTIVATION Anteil Stromproduktion aus EE in Deutschland 2012 Gesamt 606 TWh davon EE 142,4 TWh (23,5%) 463,6 142,4 21,8 50,7 26,4 43,6 konventionell Wasserkraft Windenergie Photovoltaik Biomasse Geothermie Mappe_Torte_erneuerbarer_und_konventioneller_Strom_2012.xlsx Datenquelle: BMU 01 MOTIVATION 9

10 MOTIVATION EE in Brandenburg neu machen 01 MOTIVATION Quelle: 10

11 MOTIVATION Bsp. Windeinspeisung Regelzone 50Hertz Leistung [MW] Erzeugung/Last in der RZ 50HzT Zeitverlauf Windeinspeisung Regelzonenlast Eingetretene Gesamterzeugung Quelle: 50Hertz Transmission GmbH Windenergieeinspeisung kann bereits heute Last der Regelzone überschreiten 01 MOTIVATION 11

12 AGENDA 1 MOTIVATION 2 SPEICHERBEDARF 3 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 4 AUSBLICK WIND - WASSERSTOFF PROJEKTE 5 ZUSAMMENFASSUNG

13 SPEICHERBEDARF Die zunehmende Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien führt zu einem Übergang von einem nachfrage- zu einem angebotsbestimmtem System der Energieerzeugung Trotz eines verstärkten Netzausbaus, europäischer Integration sowie Last- und Erzeugungsmanagement ist die Schaffung von Langzeitspeichern erforderlich 01 SPEICHERBEDARF 13

14 SPEICHERBEDARF Pumpspeicherwerke nur geringe Speicherkapazität ca. 0,05 TWh el Elektrofahrzeuge: 45 Milionen Autos ca. 0,45 TWh el Nur Wasserstoff- oder Erdgasspeicher bieten erforderliche Speicherkapazität Gasnetz transportiert 1000 TWh/a Energie Davon 20% (200 TWh/a) in Gasspeichern 02 SPEICHERBEDARF 14

15 SPEICHERBEDARF Vergleich Speicherdichten AA CAES - Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage 02 SPEICHERBEDARF 15

16 SPEICHERBEDARF Speicher für Aufnahme von Überschussenergie Speicher für Regelenergie Kurzzeitspeicher einige Stunden Speichervolumen 5 Wh/W Zyklus η 80% Langzeitspeicher Mehrere Tage Speichervolumen Wh/W Zyklus η 40% Beispiele: Batterien Druckluft Pumpspeicher Demand Side Management Beispiele: Wasserstoff H 2 Methan CH 4 02 SPEICHERBEDARF 16

17 SPEICHERBEDARF wann und wie groß? VDE-Studie Energiespeicher Ergebnisse Bei 40% EE (ca. 2020/25) noch kein nennenswerter Bedarf an Kurz- und Langzeitspeichern Flexibilität wird durch konventionelle Kraftwerke und Abregelung EE erreicht. Bei 80% EE (ca. 2050) gibt es Bedarf von 14 GW und 70 GWh (5 Stunden) Kurzzeitspeicher sowie 18 GW und 7,5 TWh (17 Tage) Langzeitspeicher Aber: wir benötigen sofort Forschungs- und Demonstrationsprojekte um kommenden Speicherbedarf zu sichern 02 SPEICHERBEDARF 17

18 SPEICHERBEDARF VDE-Studie Energiespeicher 2012 zukünftiger Kraftwerkspark Quelle: VDE Studie Energiespeicher SPEICHERBEDARF !? 2050

19 SPEICHERBEDARF Wasserstoff für die Mobilität 2050 können 40% des Energiebedarfs für die Mobilität in D mit Wasserstoff gedeckt werden Davon können 60% aus EE erzeugt werden Quelle: Joest, St., Fichtner, M., Wietschel, M., Bünger, U., Stiller, C., Schmidt, P., Merten, F. (2009) Woher kommt der Wasserstoff in Deutschland bis 2050?, Studie im Auftrag des BMVBS 02 SPEICHERBEDARF 19

20 SPEICHERBEDARF Regelenergiemarkt Momentaner Regelleistungsbedarf (8/2013) ± 576 MW Primärregelleistung MW / MW Sekundärregelleistung MW / MW Minutenreserve Zukünftig steigender Regelleistungsbedarf Übernahme von PRL durch z.b. Batteriespeicher entlastet konventionelle Kraftwerke vom must-run-betrieb und erhöht deren Flexibilität höherer Anteil von EE kann ausgeregelt werden 02 SPEICHERBEDARF 20

21 SPEICHERBEDARF Power to Gas Projekte (Auswahl) xxx Stand 10/2013 AEL noch dominierend Zunehmend MW- Leistungsbereich 02 SPEICHERBEDARF 21

22 SPEICHERBEDARF Große Batteriespeicher - Projekte Vorranging PRL Vorrangig Li-Ion Vattenfall 1MW Na-S Batterie wird wie Pumpspeicher am Spotmarkt EEX betrieben SDL-Batt bisher einziges 10 MW Projekt 02 SPEICHERBEDARF 22

23 AGENDA 1 MOTIVATION 2 SPEICHERBEDARF 3 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 4 AUSBLICK WIND - WASSERSTOFF PROJEKTE 5 ZUSAMMENFASSUNG

24 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Grundsteinlegung Einweihung VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 24

25 Wasserstoff-Forschungszentrum VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM H2-Forschungszentrum Windkraftrad Komplexversuchsstand Regenerative Energien Druckelektrolyse-Prototyp 03 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM Druckelektrolyse-Prototyp 25

26 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Wasser Elektrolyse Wasserspaltung durch elektrische Energie Energiebedarf ca. 5 kwh pro Normkubikmeter (Nm 3 ) Wasserstoff (incl. Nebenanlagen) Image Source: U.R. Fischer, BTU Cottbus H 2 O H 2 (gas ) + ½ O 2 (gas ) 03 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 26

27 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM Wasser Elektrolyse Systeme kommerziell verfügbar Einzelstack bis ca. 1MW 200 Nm 3 Wasserstoff 95 MW Anlage in Zimbabwe (errichtet ) Bildquelle: Barisic, ELT, 2011, NOW-Workshop Berlin 03 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 27

28 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM DRUCKELEKTROLYSE TECHNOLOGIE AUS BRANDENBURG 58 bar integriertes Wärmemanagement für Standby-Betrieb hocheffiziente Elektroden Stromdichte bis 6 ka/m² Teillastbereich 5% extrem schnelle Reaktionszeit im s- Bereich 03 VORSTELLUNG WASSERSTOFF FORSCHUNGSZENTRUM 28

29 AGENDA 1 MOTIVATION 2 SPEICHERBEDARF 3 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 4 AUSBLICK WIND - WASSERSTOFF PROJEKTE 5 ZUSAMMENFASSUNG

30 WIND - WASSERSTOFF - PROJEKTE Kyritzer Heide Windpark 350 bis 500 MW Anschluss an 400 kv Netz Netz- und Umspanntechnik 400/30 kv Großelektrolyse (6,7MW alkalisch 30 bar bzw. 60 bar) Verdichter, Nebenanlagen und Infrastruktur Wasserstoff - Kaverne max m³ Speicherleistung bis zu MWh / Tagesreserve für 10% Windleistung Gaseinspeisetechnik Power to Gas SCHRITT: AUSBLICK PROJEKTE H2BER und WESPE 30

31 AUSBLICK PROJEKT - Kyritzer Heide ALKALISCHE GROßELEKTROLYSE Elektrolyseur bis 6,7 MW/ 1200 Nm³/h (McPhy Energy): Alleinstellungsmerkmale: Modulare Druckelektrolyseanlage sehr hohe Regelgeschwindigkeiten in dieser Leistungsklasse hohe Überlastbarkeit für ein alkalisches System (45%) kompakte, schlüsselfertige Containerbauweise Regelbarkeit zwischen kleiner 5% und 145% 04 WIND WASSERSTOFF PROJEKTE 31

32 WIND - WASSERSTOFF - PROJEKTE - Kyritzer Heide 04 WIND WASSERSTOFF PROJEKTE 32

33 AGENDA 1 MOTIVATION 2 SPEICHERBEDARF 3 VORSTELLUNG WASSERSTOFF-FORSCHUNGSZENTRUM 4 AUSBLICK WIND - WASSERSTOFF PROJEKTE 5 ZUSAMMENFASSUNG

34 ZUSAMMENFASSUNG Trotz eines verstärkten Netzausbaus, europäischer Integration sowie Lastund Erzeugungsmanagement ist die Schaffung von Langzeitspeichern erforderlich Speicherbedarf Langzeitspeicher mindestens ab 2030 (BMU Leitstudie 2011); ab 2050 ca TWh Nur Wasserstoff aus Elektrolyse oder synth.-ch 4 bieten erforderliche Speicherkapazität Gesetzlicher Regelbedarf für wirtschaftlichen Betrieb von PtG Anlagen vorhanden In Brandenburg sind bereits eine sehr gute Wasserstoff- Forschungsstruktur sowie Demonstrationsprojekte und Hersteller vorhanden Übertragung der positiven Erfahrungen auf weitere Großprojekte in Brandenburg dringend geboten 05 ZUSAMMENFASSUNG 34

35 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! 35