Kommunaler Energieverbund Freiburg Demonstrationsbetrieb einer Elektrolyseanlage im Industriegebiet Freiburg Nord zur Verbindung des Strom- und Erdgasnetzes und zur Speicherung erneuerbarer Energien Kongress Energie- und Energiespeichertechnologien 24.11.2014 Prof. Dr. Anke Weidlich
Motivation & Vision 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 2
Nutzungsketten in PtG-Systemen Mögliche Ausprägungen der Prozessketten eines PtG-Systems Abwärmenutzung CO 2 -Abtrennung Methanisierung CH 4 -Verwendung CH 4 -Transport Stromnetz Elektrolyseur H 2 -Speicher Erdgasnetz Erneuerbare Energien Batterie H 2 -Transport H 2 -Verwendung Eigenverbrauch Flexibilitätsvermarktung Brennstoffzelle [in Anlehnung an Tichler 2013] 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 3
Nutzungsketten in PtG-Systemen Fokus Wasserstoffeinspeisung (FR) CO 2 -Abtrennung CH 4 -Verwendung Abwärmenutzung Methanisierung CH 4 -Transport Stromnetz Elektrolyseur H 2 -Speicher Erdgasnetz Erneuerbare Energien Batterie H 2 -Transport H 2 -Verwendung Eigenverbrauch Flexibilitätsvermarktung Brennstoffzelle 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 4
Nutzungsketten in PtG-Systemen Fokus Microgrid-Optimierung (OG) CO 2 -Abtrennung CH 4 -Verwendung Optimierte Nutzung von Überschussstrom Abwärmenutzung Methanisierung CH 4 -Transport Stromnetz Elektrolyseur H 2 -Speicher Erdgasnetz Erneuerbare Energien Batterie H 2 -Transport H 2 -Verwendung Eigenverbrauch Flexibilitätsvermarktung Brennstoffzelle 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 5
Power-to-Gas in Freiburg und Offenburg Algorithmenentwicklung für kommunalen Energieverbundspeicher Steuerung Elektrolyseur als Kernkomponente und Verknüpfungspunkt Strom / Gas / Wärme Implementierung und vergleichende Demonstration Elektrolyse-Testzentrum Fraunhofer ISE: Industriegebiet Nord Freiburg, 300 kw Microgrid Hochschule Offenburg (INES): Lokales Smart-Grid, 6 kw Laufzeit: 12/2013 03/2017 Gesamtvolumen: 1,3 Mio. EUR Quelle und : badenova, Fraunhofer ISE, Hochschule Offenburg 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 6
Umsetzung einer H 2 -Einspeiseanlage in der Praxis Restriktionen der Wasserstoffeinspeisung Berücksichtigung der Gasdurchflüsse zur Bestimmung der maximal möglichen Einspeisung Zusätzliche Restriktion durch maximal erlaubte Brennwertabweichung Handelt es sich um Biogas? Definition Biogas laut EnWG ( 3 Nr. 10c EnWG): Wasserstoff aus Wasserelektrolyse, wenn der eingesetzte Strom zu mindestens 80 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen stammt 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 7
Betriebsführung und Simulation Fraunhofer ISE W, vdot, U, I, P, S Stromnetz Netzmodell Gasnetz Netzmodell Betriebsführung Leitwarte IEC 60870 Messdaten Netzzustand Zustand P2G Prognose Optimierung Fahrpläne P set P set U, I, P, S, set Modell P2G P2G-Anlage yes/no Regler P2G
Modellierung Microgrid HS Offenburg Verbundnetz Wetterdaten HSO- Wetterstation Strahlung Temperatur Energiemanagementsystem Photovoltaik- Anlage P = f(strahlung, Ort, Temperatur) PV Leistung Einspeisung Entnahme laden entladen beladen Batterie Wärmespeicher Elektrolyse/BZ Verbrauch / kw 0.25 0.2 0.15 0.1 Sommer Übergangszeit Winter Verbrauch BDEW- Lastprofil Elektromobil 0.05 0 0 5 10 15 20 25 Zeit / h 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 9
Simulationsszenarien Mögliche Fragestellungen und Modellvarianten Betrachtung verschiedener Vermarktungsalternativen (Wärme, Strom, Regelenergie, Systemdienstleistungen, Wasserstoff direkt) Betrachtung verschiedener Lastprofile und Lastflexibilitäten Microgrid mit vs. ohne Batteriespeicher Dimensionierung der Komponenten Untersuchung Gesamtwirkungsgrade bzw. Effizienz je Betriebsszenario Untersuchung Eigenverbrauchsanteile und Autarkiegrade Z. B.: Dimensionierung Komponenten 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 10
Back-up: Aufbau der Power-to-Gas Demonstrationsanlage in Freiburg Tankstelle Fraunhofer ISE H2 Andockstation H2-Transport Andockstation H2-Mengenmessung Elektrolyse- Testzentrum Fraunhofer ISE H2 Wasserstoffspeicher Niederdruck- Speicher Mitteldruck- Speicher Mitteldruck- Speicher Analytik, Lebensdauer Elektrolysestack Elektrolysestack Abwärmemessung Reinigung Qualitätsund Mengenmessung Mengenmessung Druck- Regelung, Mischung Wasserversorgung Elektrizitätsversorgung Steuerung Produktionsanlage Steuerung Einmischanlage Vorhanden / im Bau Projekt 2 Energieverbundspeicher Spätere Ausbaustufe Erdgas- Netz 24. November Kommunaler Energieverbund Freiburg 11
Kontakt Prof. Dr. Anke Weidlich Hochschule Offenburg Institut für Energiesystemtechnik anke.weidlich@hs-offenburg.de