DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Gert Müller-Syring Marco Henel Power-to-Gas Ein Beitrag zur Energiewende, Schwerpunkt "Speichertechnologien" Bonn,
Gliederung Power-to-Gas - Kurzvorstellung Motivation zur Energiespeicherung Potenziale des Gasnetzes Road Map/aktuelle Projekte Fazit 2
P2G KURZVORSTELLUNG 3
Energiespeicherkonzepte Übersicht 4
Energiespeicherkonzepte Übersicht 5
MOTIVATION ZU POWER-TO-GAS 6
Entwicklung der EE im Strommix 7 [1]
Motivation Demographie Energieeffizienz/ Gebäudestandards Strukturwandel Einflussfaktoren Dezentrale Erzeugung www.ihb-trapperkamp.de 8 [2]
GASNETZ POTENZIALE 9
Erdgasleitungsnetz in Europa 10 [3]
Erdgasleitungsnetz in Europa Gesamtlänge des Gasnetzes (EU 25) ca. 1,8 Mio. km [2] - Transportleitungen ca. 200.000 km - Verteilungsleitungen ca. 1.600.000 km Wiederbeschaffungswert für Rohrleitungen ca. 500 Mrd. EUR (Schätzung) 120 Erdgasspeicher in EU 25 [2] 102 Mio. Kunden in EU 25 [2] Bestehende, sichere, zuverlässige und langlebige Infrastruktur, deren Nutzung für Transport/Verteilung von Wasserstoff ressourcenschonend und wirtschaftlich wünschenswert ist 11
Energienetze (Strom, Gas) Erdgas- und Stromleitungsnetz in Deutschland 12
EnergiespeicherungPotenziale des Gasnetzes Annahme: Speicherung von 10% des erw. Tagesertrages Windstrom 2030 Entspricht: Sommer- (24 GWh) und Wintertag (100 GWh) Elektroauto V2G Pumpspeicher Goldisthal Gasnetz/H2Elektrolyse Speicherkapazität 30 kwh/pkw 8,5 * 106 kwh/psw 5 kwh/m³ H2 Aufnahmeleistung 4-6 kw/pkw 1060 MW/PSW 5 MW/Elektrolyseur ** ca. 12 PSW *** ca. 830 Elektrolyseure 20 Mio. m³ H2 (5,3 Vol.-% Zumischung) ca. 3 PSW *** ca. 200 Elektrolyseure 4,8 Mio. m³ H2 (2,8 Vol.-% Zumischung) Wintertag Sommertag 4,2 Mio. PKW * 1 Mio. PKW * Gastankstellen F&EBedarf * PKW, die gleichzeitig verfügbar sein müssen, ** Beispielanlage, *** Goldisthal, Füllstand 0 % Hinweis: Für Demoanlagen und Abschätzung der tatsächlichen Potenziale sind singuläre Standortbetrachtungen erforderlich! 13
Energiespeicherung-Wirkungsgrade Stromtransport Power-to-Gas H2 Power-to-Gas CH4 14
Energiespeicherung-Wirkungsgrade Wirkungsgrade möglicher Nutzungsbereiche Stromtransport und Speicherung 72,2 % Power-to-Gas H2 69,9 % Power-to-Gas CH4 56,1 % - GuD (η* = 50,8 %) 35,5 % GuD (η* = 50,8 %) 28,5 % E-Heizung (η = 100 %) Brennwertkessel (η* = 99 %) Brennwertkessel (η* = 99 %) 72,2 % 69,2 % 55,5 % Li-Ion-Akku (η = 90 %) BSZ (H2+O2-PEM η = 60 %) + E-Motor (η = 80 %) + E-Motor (η = 80 %) 52,0 % 33,6 % Gasmotor (η = 35 %) 19,6 % * Auf Brennwert bezogen 15
Energietransportbedarf Offshore Windkraft Konventionelle Kraftwerke KKW-Stillegung Regionale Leistungsbilanz 2008 Regionale Leistungsbilanz 2030 [4] 16
Transportpotenziale Richtwerte übertragbare Leistungen Strom-/Gasleitungen [1, DBI] Strom Gas Spannung Kapazität [kv] [MW] NW [mm]/ Druck [bar] Kapazität CH4 [MW] Kapazität für H2 [MW] (5 Vol.-%) 110 60 400/14 1.600 25 220 350 600/55 9.000 150 380 1200 800/64 19.000 300 800 4.400 1000/84 40.000 630 17
Transportpotenziale [5] 18
P2G ROAD MAP / AKTUELLE PROJEKTE 19
Erforderliche Voraussetzungen für P2G 1. Inventur der Wasserstofftoleranz des Erdgasnetzes und Ableitung von Forschungsbedarf und Wirtschaftlichkeitsabschätzungen (IO-Projekt Energiespeicherkonzepte ) 2. Untersuchung der offenen Fragestellungen (H2/CH4) in F&E-Projekten 3. Technologiedemonstration 4. Prüfung der technischen Regelwerke 5. Schaffung eines geeigneten Regulatorischen Rahmens, der Netzentwicklung sowie Investition und Betrieb von P2G ermöglicht 6. Technologieoffene Marktanreize und Sensibilisierung der Marktpartner (z.b. Elektrolyse) 7. Einbindung der Öffentlichkeit in den Entwicklungsprozess auch wenn es um die Integration EE geht 20
P2G-Projekte in Deutschland (Überblick) 21
FAZIT 22
Fazit Anhaltender Ausbau EE wird erwartet Energieeffizienz führt zu verfügbaren Transport & Speicherkapazitäten Zur Integration der EE benötigen wir Netzausbau, flexible Kraftwerke/Lasten, mehr Energieeffizienz und Speicher Die Erzeugung von Wasserstoff oder Methan und Einspeisung in das Erdgasnetz ist z.z. die einzige verfügbare saisonale Speicheroption für EE Transport/Verteilung von H2 durch das Erdgasnetz ist technisch möglich, Anpassungen im Netz sind entsprechend der H2-Konzentration notwendig - Forschungsbedarf besteht bei industriellen Anwendungen und Erdgasspeichern Einspeisung von E-Methan ist analog zu Erdgas möglich der Wirkungsgrad ist etwas geringer als bei der H2-Direkteinspeisung Forschungsbedarf besteht bei der verfahrenstechnischen Optimierung 23
Fazit Die Gaswirtschaft sollte zeitnah Pilotanlagen (H2 und CH4) errichten, Erfahrungen mit der Technologie sammeln und Geschäftskonzepte entwickeln, um ihren Beitrag zur Energiewende zu leisten Es wurden über 150 Jahre wasserstoffreiche Gase erzeugt, verteilt und verwendet Die Gaswirtschaft kann Wasserstoff und natürlich E-Methan [6] 24
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gert Müller-Syring E-Mail: gert.mueller-syring@dbi-gut.de DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Tel.: (+49) 341 24571 33 Karl-Heine-Straße 109/111 Fax: (+49) 341 24571 36 D-04229 Leipzig Internet: www.dbi-gut.de
Quellen [1] BMU, Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland Stand 7. März 2012 [2] Thomas Theisen (RWE AG), Gert Müller-Syring (DBI), Präsentation Was sind eigentlich Smart Gas Grids? GAT DVGW, 01. Dezember 2010, Stuttgart [3] Gjalt Tiekstra: Hydrogen does it have a future in natural gas networks?, presentation 3rd Naturalhy Workshop, IGRC 2008 [4] Quelle: RWE Transportnetz Strom anl. FWEW Fachtagung 2009 [5] http://www.gasconnect.at/ (13. März 2012) [6] Elemente die bewegen Mensch und Technik im Gas- und Wasserfach 26