Power to Gas Bindeglied der Sektorkopplung Energie Apéro Aargau 21./23./29. November 2017 Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Page:1
Agenda. Umbau Schweizer Energiesystem Treiber der "Strom zu Gas" Technologien Netzintegration Power to Gas Power to Gas und Wärmekraftkopplung (WKK) Standortkriterien für Power to Gas Anlagen Nutzung bestehende Infrastrukturen Bau einer industriellen 2 MW Power to Gas Anlage Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 2
Energiestrategie 2050. Elektrizität 24.5% 50% (2050) 95 gr CO 2 /km Treibstoffe 34.2% 17% (2050) 240 TWh 125 TWh MuKEn CO 2 Ziele Brennstoffe 29.8% 15% (2050) Quelle: BFE Rest 11.5% Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 3
Systemumbau Stromnetz. alte Welt Leibstadt 1 275 MW neue Welt +11.4 TWh +11 000 MW Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 4
Treiber «Strom zu Gas». 1 2 3 Netzkapazität Winterdefizit CO 2 Footprint Strom Volatilität Power to Gas gco 2 /kwhel KKW 12..24 Wasser 4..20 PV, etc. 4..100 Fossile 400..1200 H 2 https://www.electricitymap.org Sektorkopplung Gasinfrastruktur Gasimport Regelenergie Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 5
Leistungsspitzen. 1 Produktion CH aktuell 2020/2035 Verbrauch CH Ausbau EE 11.4 TWh/a 20 GW 10 GW 10 GW PV, Wind räumlich, zeitlich, saisonal unterschiedlich El. Wärmepumpe (Wintermonate) 0 24 0 24 0 24 0 24 Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 6
Batterie ist eine Teillösung. 1 ins Netz 5 kwp 5 kwh/zyklus Quelle: HTW Berlin Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 7
Überdimensionale Batteriekapazität!? 1 Eigenverbrauchsanteil max. 60 70% Quelle: HTW Berlin Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 8
PV verdrängt Wasserkraft. 1 GW Produktion 25 20 15 10 5 aktuell 25 20 15 10 5 GW Produktion Verbrauch 25 20 15 10 5 ES 2050 Zubau EE (peak) ohne Kernkraft 25 20 15 10 5 GW Verbrauch 0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 Solar Laufwasser Solar Laufwasser Speicherkraftwerk Kernkraft Speicherkraftwerk Kernkraft WKK Verbrauch WKK Verbrauch Annahme: keine Abregulierung der dezentralen Einspeisungen Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 9
Netzintegration Power to Gas. 1 Speicher Quelle: PSI/EMPA Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 10
Saisonale Defizite/Überschüsse steigen. 2 E Wärme E Mobilität Okt. April Ersatz KKW 12 TWh Quelle: BFE Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 11
Winterdefizit. 2 GW Produktion 12 10 8 6 4 2 0 12 TWh Ersatz Kern +5 TWh E Mobilität!? +10 TWh Wärme!? Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 12 10 8 6 4 2 0 GW Verbrauch Im Winter fallen ca. 12 TWh Produktionsleistung aus Kernkraftwerken weg Die Überlagerung von E Mobilität und E Wärme generiert zusätzlich Defizite Der Zubau von PV generiert Sommerüberschüsse Defizite im Winter werden bis auf weiteres mit Importstrom abgedeckt. Solar Speicherkraftwerk Verbrauch Laufwasser WKK Saisonale Energiespeicherung wird eine zentrale Anforderung werden. Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 12
Sommerstrom zu Wintergas. 2 GW Produktion 15 10 5 0 WKK Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Solar mit PtG und WKK Zubau EE ohne Kernkraft PtG Speicherkraftwerk WKK Laufwasser Kernkraft 15 10 5 0 GW Verbrauch Es braucht alle Speichermöglichkeiten Erneuerbare Mobilität (Gas+Strom) Mit bestehender Gasinfrastruktur kann bereits heute saisonal gespeichert werden Power to Gas erhöht Anteil erneuerbares Gas im Schweizer Gasnetz Zusätzlich Rückverstromung von Sommergas mit WKK (wärmegeführt) möglich Wärmenetze zur Steigerung der Effizienz (und als Speicher) WKK Verbrauch Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 13
Energiespeicheroptionen. 2 Ausspeicherzeit h Langzeitspeicher Quelle: DVGW Speicherkapazität Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 14
Energiedichte Speichervolumen. 2 Zur Speicherung von 1 GWh (entspricht ca. 250 Haushalte/a) Stausee Grand Dixcence 400 Mio. m 3 232 000 m 3 Methan 60 bar 2 200 m 3 entspricht 1 GWh entspricht 1 GWh Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 15
Wasserkraft alleine ist keine Option! 2 Ladezustand der Speicherbecken bei Ersatz der Kernkraft durch Sonne Jan Jan Jan Jan Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 16
Vorhandenes Gasspeichersystem. 2 Bohrloch Verflüssigung LNG Pipelines Kompressor Biogas Speicher Verteilnetz Tankstellen >200 bar Strom Wärme Biogas Tankstelle 240 bar [bar] 65 60 65 25 5 0.022 bar Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 17
Netze koppeln anstatt aus oder zurückbauen. CH Gasleitungsnetz 17 000 km Sachwert CHF 25 Milliarden Transit (D ITA) 80 000 MW Eigenverbrauch Schweiz 8 000 MW Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 18
CO 2 Footprint. 3 Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 19
CO 2 eine Frage der Systemgrenze. 3 «well to wheel» LCA Life cycle assesment (ecoinvent) Herkunftsnachweise (HKN) 34 TWh 38 TWh «no» HKN gco 2 /kwhel KKW 12..24 Wasser 4..20 PV, etc. 4..100 Fossile 400..1200 Ein E Mobil mit CO 2 aus Importstrom plus CO 2 Footprint Batterieherstellung hat u. U. schlechtere Ökobilanz als ein gasbetriebenes Fahrzeug. https://www.electricitymap.org Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 20
Wirkungsgrad von 80% ist möglich. 100% 80% Zweck: Stromproduktion Allokation CO 2 beim Strom Zweck: netzdienlich speicherbar Ersatz Fossile Mobilität 3 Wärme Strom 0% egas Wasser Kernkraft UCTE PV PtG Strommix Wärme Strom WKK Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 21
PtG Standorte (CO 2 Quelle Biogas). Stromnetz Kläranlagen Gasnetz 100 PtG entspricht 15% im Wärmemarkt Potenzial 100 PtG 1 500 Mio. 500 MW 2.0 TWhel 2.0 TWh (CH 4 +CO 2 CH 4 ) Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 22
Wirtschaftlichkeit Power to Gas. 15 GWh/a Anlage 2 MWel (CHF 10 Mio.) CH 4 : 12 GWh/a CO 2 : 8 GWh/a Strom 8 Rp/kWhel CH 4, CO 2 0 Rp/kWh Klärschlamm CH 4, H 2 8 10 Rp/kWh Wasser 2 Rp/kWh Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 23
Hybridkraftwerk Limeco 2 MW. Faulturm 1 Faulturm 2 Druckspeicher Gasometer Gaszuleitung 5 bar BHKW 1+2 Klärgas Trafostation KVA Stromzufuhr H2 Trafo PtG Elektrolyse Messstelle Einspeisung Methanisierung Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 24
Fazit. Zubau Erneuerbare erfordert einen Systemumbau und sämtliche nutzbaren Energiespeicheroptionen E Wärme und E Mobilität kumulieren sich zum bereits vorhandenen Stromdefizit im Winter Gassystem ermöglicht saisonale Energiespeicherung mit dem niedrigstem Raumbedarf Kopplung von Gas und Stromnetz vermeidet Netzkosten Es braucht diskriminierungsfreie Rahmenbedingungen für alle Speichertechnologien «Well to Wheel» Betrachtung hat zentrale Bedeutung Power to Gas+ PV+Wasserkraft+WKK = Autarkie CH Thomas Peyer/Energie Apéro Aargau Seite 25