Wasserstoffkonzepte für die Windenergie 27. Windenergietage Linstow 07. November 2018 Prof. Dr. Carsten Fichter 1
Dienstleistungen EnergieSynergie ist Ihr Partner für den effizienten Energieeinsatz in Ihrem Unternehmen. Erneuerbare Energien Energieversorgung Betriebe und Endverbraucher Schulungen Wind Wasser Geothermie Virtuelle Kraftwerke Lastmanagement Speicher Energiekonzepte Prozessanalyse und Optimierung z.b. Windstrom für die Industrie, Wasserstofftechnologie 2
Was soll die Windindustrie mit Wasserstoff - Contra Speichertechnologien bringen erst einmal keinen Vorteil für einen Windpark. Die Speichertechnologien sind in der Gesamtbilanz weder effizient noch ökologisch oder ökonomisch sinnvoll. Denn sie kosten nur zusätzlich Geld und vernichten Energie! 3
Was soll die Windindustrie mit Wasserstoff - Pro Speichertechnologien sind unbedingt notwendig, da: wir das Energiesystem klimafreundlich umstellen müssen. wir nach Alternativen zur Speicherung von elektrischer Energie im großen Maßstab suchen. abgeschaltete Windenergie (EinsMan) zwischengespeichert werden muss. sich neue Geschäftsmodelle generieren lassen. 4
Was soll die Windindustrie mit Wasserstoff - Pro Klima EinsMan Portfolio erweitern Risiko minimieren Verstetigung Windeinspeisung Abhängigkeit von russischem Erdgas minimieren Substituierung von Erdgas Um fehelendes Portfolio zu ersetzen (Ausschreibung) Grüner Wasserstoff für die chemische Industrie Umstellung Energieinfrastruktur 100% EE SDL Look Forward neue Lösungen mitgestalten statt nur verwalten. 5
Anteil der Stromerzeugung 100% 1990 7% Erneuerbare Wind: ~ 16% 2017 38% 75% 50% 1990 93% Konventionell 2017 62% 25% 0% 1990 1995 2000 2005 2010 2015 8
Stromerzeugung [TWh] Entwicklung des Stromverbrauchs 700 Wir brauchen mehr Erneuerbare! 1.000 TWh wahrscheinlich 600 500 400 300 < 600 TWh unwahrscheinlich 200 100 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 9
Entwicklung EinsMan Idee: Einsatz von temporären Speichern Entschädigungs-zahlungen Einspeisemanagement in Mio. Euro Quelle: BNetzA, 10
Wertschöpfungskette H 2 für den Windpark Wie können der Windenergieparkplaner und der Windparkbetreiber an der H 2 Wertschöpfungskette partizipieren? Planung und Entwicklung Betrieb von Anlagen Handel und Vermarktung z.b. Carsharingmodelle Windstrom Elektrolyse Methanisierung Speicher Transport Großhandel Verteilung Vertrieb Anwendung WEA Elektrolyseure Methan.-Anlage, CO 2 -Quelle Kavernen- Porenspeicher Gasnetz, Pipeline Energiemarkt Verteilnetz Vermarktung Grüner Wasserstoff Tankstellen, Brennstoffzellen -fahrzeuge Upstream Midstream Downstream Quelle: Szilagyi 11
Nutzungspfade Wasserstoff I Wärme Windenergie/ Solarenergie H 2 -Speicher (Kavernenspeicher) Industrie Logistik El. E. Elektrolyse H 2 H 2 -Transport (LKW, Pipeline) Mobilität (H 2 -Tankstellen) Stromerzeugung (Brennstoffzellen) H 2 Methanisierung SNG Erdgasnetz Gasspeicher (Kavernen- Porenspeicher) Industrie Wärmeerzeugung (KWK, Gebäudewärme) Industrie: Prozesswärme Mobilität (Gastankstellen) Quelle: Szilagyi, Dena, 2016 Stromerzeugung (Gaskraftwerke) 12
Nutzungspfade Wasserstoff II Welche EE Wo ist der Standort State of the Art Wasserstoff Erdgasnetz Elektrolyseur O 2 Stromnetz Infrastruktur Koppelprodukte Abwärme Mobilität Logistik Industrie Wärme Firmenfahrzeuge Carsharing Ridesharing Private PKW s Fähre Zug LKW s Bus Abfallfahrzeuge Flurförderfahrzeug Transportdienste Lastenräder SNG Ersatzstoffe Kälte Privat und Gewerblich 13
Wirkungsgrade in % Quelle: Sterner PtX Stromsektor Verkehr Wärme 79 78 80 78 84 79 84 68 54 49 57 50 64 51 51 34 38 30 53 38 49 24 37 18 43 53 1 1 2 2 3 3 4 5 10 1 Kompression auf 200 bar (Gasspeicher) 2 Kompression auf 80 bar (Fern- und Transportleitung) 6 7 8 9 6 Umsetzung BZ (60%) 7 Rückverstromung GuD + E Fahrzeug (80%) 3 Ohne Kompression 8 Verbrennung im Ottomotor (35%) 4 Verstromung BZ 5 Verbrennung GuD (60%) 9 KWK Anlage (45% Wärme, 40% Strom) 16 10 Brennwertkessel (105%)
Wie groß sollte der Elektrolyseur sein I? Es ist nicht die Frage: wieviel Windstrom bekomme ich in den Elektrolyseur sondern, wieviel H 2 Bedarf habe ich auf der Verbraucherseite! 17
Wie groß sollte der Elektrolyseur sein II? Einspeisung einer 3 MW WEA Installierte Leistung 1 MW Elektrolyseur Jahresdauerlinie 3 MW WEA 18
Wie groß sollte der Elektrolyseur sein II? Installierte Leistung 1 MW Elektrolyseur Betrieb Elektrolyseur Auslastung Elektrolyseur Betrieb Elektrolyseur 19
Auslastung Elektrolyseur 1 2 1 = Auslastung des Elektrolyseurs bezogen auf das WEA Profil nimmt zu. 2 = Auslastung des Elektrolyseurs nimmt ab. 1 2 20
Betriebsstunden Elektrolyseur Zunahme des Teillastverhalten = Höhere Lastgradienten 21
Beispiel Kosten H 2 Beispiel: Was kostet der Wasserstoff? Was darf der Wasserstoff kosten? Berechnungsgrundlage Kapitalwertmethode, Berechnung der Grenzkosten, Stromkosten siehe Grafik, Steuern und Umlagen sind nicht enthalten Wasserstoffkosten 7,69-11,67 /kg DENA 2016 Quelle: DENA; DLR 22
Beispiel Mobilitätskonzepte Fahrzeugflotten und Sharingkonzepte (Ridesharing + Carsharing) sind u.a. die erfolgversprechendsten Zielgruppen für den Wasserstoffeinsatz. Dabei stellen sich die Fragen: wie sieht die Mobilität der Zukunft aus? muss bei neuer Mobilität jedes Fahrzeug 1:1 ersetzt werden? 23
Beispiel Tankstellennetz H 2 2018: 80 Tankstellen 2019: 100 Tankstellen 2023: 400 Tankstellen Tanken 3 Minuten Reichweiten 500-800 km 1 kg H 2 = 9,50 Euro Tankgrößen z.b. 3-6 kg Quelle: H2 Mobiltiy 24
Verbrauch, / 100 km 8,10 7,22 5,07 3,33 3,70 Golf TSI, CNG e-golf Tesla Model S 60 Toyota Mirai Golf, Benzin Quelle: Toyota, VW, Tesla 26
Das Henne-Ei Problem Was kommt zuerst? Infrastruktur vs. Verbraucher Oder ist Synthetisches Erdgas (SNG) eine Alternative? 27
Wasserstoff / SNG Einspeisung in das Erdgasnetz SNG Einspeisung in das Erdgasnetz Vorteil - unbegrenzte Einspeisung Vorteil - individuell einsetzbar Nachteil - weiterer Wirkungsgradverlust H 2 Einspeisung in das Erdgasnetz Limitierende Faktoren: 2 % H 2 Beimischung in das Erdgasnetz wegen Verträglichkeit, z.b. mit Gasturbine und CNG Fahrzeuge Bis zu 10 % H 2, wenn es zum Beispiel keine Erdgastankstelle im betrachteten Erdgasnetz gibt. 28
Gaspreis [ct/kwh] Auslastung und Betriebsstunden 30 25 20 15 10 5 0 100 250 500 1000 1500 2000 2500 3000 Biogas max Installierte Leistung Elektrolyseur [kw] Biogas min Erdgas SNG Kosten SNG, Strompreis 8 ct/kwh SNG, Strompreis 2 ct/kwh, Invest 800 /kw Berechnungsgrundlage Kapitalkosten, Berechnung der Grenzkosten, Stromkosten siehe Grafik, Steuern und Umlagen sind nicht enthalten 30
Beispiel: Wasserstoffkonzept für den Fischereihafen und das Lune Delta Bremerhaven Ziele: Darstellung eines grünen Wasserstoffkonzeptes für den Fischereihafen und die Luneplate. Untersuchung der Hauptkomponenten Elektrolyseur, Infrastruktur + Koppelprodukte. Quelle: BIS Für die Anwendungsfälle: Mobilität Logistik Industrie Wärme Dieses Projekt wird durch die Europäische Union gefördert 31
Zusammenfassung Zielfokus Wasserstoff für die Windindustrie: Planung Betrieb Handel Vertrieb Die Kosten für Wasserstoff und SNG sind momentan recht hoch, durch Weiterentwicklung ist mit einer starken Kostensenkung zu rechnen. Kooperationsprojekte für die Windindustrie z.b. mit Carsharing Anbietern Komplettlösungen Windpark + Wasserstoff Gründung einer Wasserstoffvertriebsgesellschaft 32
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