Die Strom zu Gas Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe - Herzlich Willkommen -
Agenda 1 2 3 Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler Energieversorger Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem Die "Strom-zu-Gas Demoanlage" der Thüga-Gruppe 2
Ziele der Energiewende Auszug aus den energiepolitischen Zielen der Bundesregierung: Quelle: BMWi, BDEW, Thüga 3
Die Energiewende bedarf vier starker Säulen ENERGIEWENDE Erzeugung Netze Effizienz Speicher STROMMARKTMODELL 2.0 z.b. Integrated-Market-Model der Thüga-Gruppe 4
Künftiger Speicherbedarf für elektrischer Energie Beispielhafte Darstellung für März 2020 100 Speicherbedarf Erzeugungsbedarf 80 Einspeiseleistung / Last [GW] 60 40 20 0 Wind PV restl. EE Grundlast-KW Last 5
Fluktuierende Anteil an EE-Erzeugern wird stark steigen Der Speicherbedarf an regenerativ erzeugtem Strom im Jahr 2050 könnte über 50 TWh betragen Nur chemische Langzeitspeicher können elektrische Energie im TWh-Bereich aufnehmen Source: Thüga Aktiengesellschaft Mit Hilfe der Strom zu Gas-Technologie kann Erneuerbare Energie aus Wind und Sonne grundlastfähig gemacht werden. 6
Nur chemische Langzeitspeicher können elektrische Energie im TWh-Bereich aufnehmen Stromspeichermethoden im Vergleich Stromspeichersystem Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Batterie Pumpspeicher Druckluftspeicher Power to Heat Strom zu Gas (chemische Speicher) Begrenzte Speicherkapazität nur im Stundenbereich einsetzbar Infrastruktur bereits flächendeckend vorhanden unbegrenzte Speicherkapazität im Tages-/Wochenbereich einsetzbar Quelle: VDE-Studie Energiespeicher, Thüga Aktiengesellschaft 7
Agenda 1 2 3 Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler Energieversorger Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem Die "Strom-zu-Gas Demoanlage" der Thüga-Gruppe 8
Gasverteilnetze spielen eine wichtige Rolle im Energiesystem von morgen Vision der Thüga Gruppe 97 % der regenerativen Energie wird dezentral erzeugt Gasverteilnetze sind flächendeckend vorhanden Die vorhandenen Gasverteilnetze können den künftigen Speicherbedarf an überschüssiger regenerativer Energie decken Die dezentrale Erzeugung regenerativer Energie erfordert eine dezentrale Speicherlösung 9
Die Speicherkapazität des Gasverteilnetzes reicht bei Weitem aus, um den Speicherbedarf im Jahr 2050 zu decken Potenzial der Gasverteilnetze für die Speicherung von Wind- und Sonnenstrom EE-Wasserstoff* -> 8 TWh EE-Methan Speicherbedarf 2050 -> 50 TWh Jährliche Speicherkapazität des Gasverteilnetzes -> 200TWh Die Gasverteilnetze, in Verbindung mit Strom zu Gas, haben das größte Potential, um große Mengen Energie zu speichern. Unser Slogan: "Strom zu Gas Energiespeicher der Zukunft" * Bei einem max. Anteil von 10% vol. Wasserstoff im Erdgas Quelle: BDEW, eigene Analyse 10
Vorhandene Gasverteilnetze können mit Strom zu Gas Konzept künftigen Speicherbedarf decken Zur Umsetzung der Energiewende ist mittel- bis langfristig Speicherbedarf im TWh-Bereich notwendig Nur eine chemische Speicherung mit Strom zu Gas kann die benötigten, langfristigen Speicherkapazitäten in ausreichender Menge bieten Die Strom zu Gas - Technologie ist bekannt, die Anpassung an die aktuellen Anforderungen muss erprobt werden Ein wirtschaftlicher Betrieb ist unter den derzeitigen Rahmenbedingungen nicht möglich Die Politik muss zusammen mit Wirtschaft und Verbänden verlässliche Rahmenbedingungen schaffen Die Thüga-Gruppe möchte die Einbindung von Strom zu Gas in kommunale Gasverteilnetze demonstrieren und aktiv dazu beitragen, die Rahmenbedingungen zu verbessern. 11
Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden Forderungen der Thüga Gruppe 1 Schaffung von Rahmenbedingungen, für einen verlässlich planbaren und wirtschaftlich auskömmlichen Betrieb von Anlagen 2 Schaffung zeitlich und im Volumen begrenzter Markteinführungsinstrumente 3 Schaffung von Anreizen, um die unstetige Einspeisung von Strom aus fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu kompensieren 4 Integration der neuen Technologien in bestehende technische Regelungen der Erdgasinfrastruktur 12
Agenda 1 2 3 Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler Energieversorger Chancen von Power to Gas für ein integriertes Energiesystem Die "Strom-zu-Gas Demoanlage" der Thüga-Gruppe 13
13 Partner aus der Thüga-Gruppe haben sich finanziell an der Anlage beteiligt Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe * Anlagenstandort: Frankfurt am Main 14
Weltweit erstmalig Wasserstoff in ein Gasverteilnetz eingespeist Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe Ende 2012 Unterzeichnung der Kooperationsvereinbarung mit den Projektpartnern 25.03.2013 Vertragsunterzeichnung mit ITM Power 03.07.2013 1. Spatenstich 27.09.2013 Ankunft Elektrolyseur in Frankfurt am Main 26.11.2013 Weltweit erstmalige Einspeisung von Wasserstoff in das Gasverteilnetz 14.02.2014 Abnahme des Elektrolyseurs durch den TÜV Hessen 07.05.2014 Offizielle Inbetriebnahmefeier in Frankfurt am Main 2014 2016 Demonstrationsbetrieb mit wissenschaftlicher Begleitung Ab 2017 Evtl. Folgeprojekt Methanisierung 15
Anlieferung der Anlage Die Anlage wiegt etwa 10 t und ist in einem Container (2,45 m hoch, 6 m lang und 3,30 m breit) untergebracht. 16
Strom zu Gas Anlage auf einem Werksgelände der Mainova AG in Frankfurt am Main Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe Technologie: PEM Elektrolyse Elektrische Anschlussleistung: 320 kw Erzeugtes Wasserstoffvolumen: 60 Nm3/h Geplante Betriebsarten für den 3-jährigen Betrieb der Thüga-Demonstrationsanlage: Regelleistungsbetrieb Anbieten von negativer Sekundärregelleistung Forschungsbetrieb Anlagentechnik Anlagenparameter für verschiedene Betriebsmodi bestimmen Hybrides Kraftwerk Erneuerbare Energien regelbar machen 17
Die kommunalen Netze verbinden effizient die Erzeugung und Nutzung volatiler Erneuerbarer Energien Integration von Strom zu Gas in kommunale Netze Quelle: Thüga Aktiengesellschaft 18
Wasserelektrolyse - PEM-Verfahren Nach einer Idee der Humbolt State University 19
PEM-Elektrolyse-Stacks Quelle: ITM Schmitten 20
Elektrolyseur Seitenansicht rechts Quelle: ITM Schmitten 21
Elektrolyseur Seitenansicht links Quelle: ITM Schmitten 22
Container mit PEM-Elektrolyseur 23
In der Gasdruckregelmess- und Mischanlage (GDRMMA) wird das Erdgas mit dem Wasserstoff gemischt Aufgaben GDRMMA: Einmischen des Wasserstoffs in den Erdgasvolumenstrom Wasserstoffanteil im Volumenstrom: 2 bis 5 % Messung des Volumenstroms von Erdgas und Wasserstoff, des Drucks und der Quelle: Thüga Aktiengesellschaft Gasqualität des Zusatzgases Einspeisung des Zusatzgases mit konstantem Druck in das Erdgasverteilnetz 24
BACKUP BACKUP 29. Tagung LDEW, Stromberg, Dr. Günter Walther 25
Strom zu Gas ist die integrative Lösung zur Umsetzung der Energiewende durch Verknüpfung des Strom- und Gasnetzes 26
Bekanntes aus dem Chemieunterricht wird wieder angewendet Die Elektrolyse als Umwandlungsschritt von Strom zu Gas Wasser & Strom Wasserstoff & Sauerstoff Mögliche Elektrolyseverfahren: Membran-Elektrolyse Alkalische-Elektrolyse Gleichspannung Anode + - Kathode O 2 H 2 H 2 O 27
Unsere Anlage ist auf einem Gelände der Mainova AG in Frankfurt am Main errichtet Wesentliche Kennzahlen der "Strom zu Gas-Demoanlage" der Thüga-Gruppe Technologie: PEM Elektrolyse (Hersteller ITM) Elektrische Anschlussleistung: 320 kw Erzeugtes Wasserstoffvolumen: 60 Nm 3 /h (bei Nennleistung 315 kw el ) Einspeisung in das Gasverteilnetz Inbetriebnahme: Ende 2013 Spatenstich: 03.07.2013 Betriebsdauer: Plan: 3 Jahre (anschließend ggf. Einbindung Methanisierung) Quellenhinweis: VKU-Broschüre POWER TO GAS, www.energie-und-wende.de 28
Für den Wasserstoff aus der Elektrolyse ergibt sich ein breites Anwendungsfeld Wasserstoff ist ein Multitalent für verschiedene Anwendungen Brennstoff für die Wärmeversorgung Brennstoff für die Rückverstromung in KWK-Anlagen Kraftstoff für die Mobilität Rohstoff für die Industrie Quelle: dena Strategieplattform Power to Gas 29
Die Differenz aus Stromerzeugung und -verbrauch ist der Speicherbedarf Speicherbedarf zur Aufnahme überschüssigen Stroms Beispielhafte Darstellung für März 2020 100 Stromüberschuss/ Speicherbedarf Einspeiseleistung/ Last [GW] 80 60 40 20 0 Wind Fotovoltaik restl. EE Grundlastkraftwerke Last Quelle: Thüga Aktiengesellschaft 30