Dr.-Ing. Stefan Haep Dipl.-Ing. Monika Vogt Moritz Ambrosy Dr.-Ing. Ragnar Warnecke (GKS Schweinfurt) Power to Fluid Institut für Energieund Umwelttechnik e.v. Ein wirtschaftlicher Beitrag zur Energiewende?
Gliederung 1. Energiewende: Chancen und Risiken 2. Energiewende: EEG-Architektur 3. Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strompreisstabilität 4. Power-to-Fluid: Wasserstoffgewinnung und Methanolsynthese 5. Sensitivität 6. Schlussfolgerung und Ausblick Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 2
IUTA Institut für Energie und Umwelttechnik Aerosole & Feinstaub Feldmessungen Ausbreitungsrechnungen Verkehrskonzepte Nanotechnologie Herstellung Messverfahren Sicherheit & Umweltrelevanz Funktionale Oberflächen Adsorption Filtration (Photo-)Katalyse Zahlen & Fakten: Mitarbeiter(innen) ca. 150 Büro-/Laborfläche 2.680 m² Technikumsfläche 4.900 m² Projekte ca. 70-80 in Bearbeitung Umsatz 9,4 Mio. Zukünftige Energieversorgung CO 2 -Abtrennung Biomasse-Vergasung H 2 -Technologie Alternative Energieerzeugung Hochtoxische Substanzen Messverfahren & Monitoring-Studien Abscheidung & Zerstörung Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 3
Energiewende: Chancen und Risiken Klimaschutz-Index Platzierung Tendenz 2010 2011 2012 Anteil an weltweiten energiebedingten CO2- Emissionen Anteil an Weltbevölkerung Kerndaten der zehn größten CO 2 -Emittenten; Quelle GERMANWATCH, Dez. 2011 Verhältnis Anteil CO 2 - E./Anteil W. Großbritannien 6 8 5 1,61% 0,91% 1,77 Deutschland 7 7 6 2,59% 1,21% 2,14 Indien 9 10 23 5,47% 17,09% 0,32 Südkorea 41 34 41 1,78% 0,72% 2,47 Japan 35 38 43 3,77% 1,88% 2,01 USA 53 54 52 17,91% 4,55% 3,94 Kanada 59 57 54 1,80% 0,50% 3,60 Russland 45 48 55 5,28% 2,10% 2,51 China 52 56 57 23,71% 19,80% 1,20 Iran 38 52 60 1,84% 1,08% 1,70 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 5
Energiewende: Chancen und Risiken Klimaschutz-Index Platzierung Tendenz 2010 2011 2012 Anteil an weltweiten energiebedingten CO2- Emissionen Anteil an Weltbevölkerung Kerndaten der zehn größten CO 2 -Emittenten; Quelle GERMANWATCH, Dez. 2011 Verhältnis Anteil CO 2 - E./Anteil W. Großbritannien 6 8 5 1,61% 0,91% 1,77 Deutschland 7 7 6 2,59% 1,21% 2,14 Indien 9 10 23 5,47% 17,09% 0,32 Südkorea 41 34 41 1,78% 0,72% 2,47 Japan 35 38 43 3,77% 1,88% 2,01 USA 53 54 52 17,91% 4,55% 3,94 Kanada 59 57 54 1,80% 0,50% 3,60 Russland 45 48 55 5,28% 2,10% 2,51 China 52 56 57 23,71% 19,80% 1,20 Iran 38 52 60 1,84% 1,08% 1,70 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 6
Energiewende: EEG Architektur Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 7
Energiewende: EEG Architektur CC CO 2 CH 4 Chemicals (CCU) O H 2 H 2 KW(K)K H 2 O H 2 CH 4 CH 4 CO 2 Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 8
Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strompreisstabilität Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 9
Spannungsfeld erneuerbare Energien vs. Strombedarf Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 13
Power-to-Fluid Power-to-Fluid Power-to-H 2 Power-to-Methanol Power-to-Methan Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 14
Power-to-Fluid: Wasserstoffgewinnung - Prozessfließbild P V,H 2 P V,H 2 3. H 2 -Nutzung (Gasmotor) T: 20 C p: 350 bar 1. Wasserelektrolyse P Gasmotor T: 25 C p: 1 bar m FW P P,FW T: 25 C p: 1 bar T: 70-90 C p: 30 bar m Abgas m O2 2. Druckgasspeicher für Wasserstoff P Elektrolyse Q k,elektrolyse Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 17
Power-to-Fluid: Analyse der Wasserstoffsynthese nicht berücksichtigt: Prozessinterne Abwärmenutzung H 2 -Nutzung und Tankstelleninfrastruktur Economy of Scale (Kostenreduktion durch Vergrößerung und Wirkungsgradsteigerung) Energie/Stoff-Ströme Vollbetriebsstunden 4.960 h/anno 3.320 m³/anno 372 t/anno Dh u,h2 P zu 33,3 MWh/t 22.490 MWh/anno Preis-/Kostenbasis H 2 [ /t] 4.000 Wasser [ /m³] 3 Strom [ /MWh] 140 K K K 15a a a Ergebnis E H2 (E O2) Invest. Strom H2O Investitionskosten [ ] 3,7 Mio. 720 MWh/anno 280 MWh/anno Fehlbedarf [ /a] 1,9 Mio. h 53 % Amortisation [a] NIE Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 18
Power-to-Fluid: Methanolsynthese - Prozessfließbild PV,H 2 P 0 Rührer 4. Methanolsynthese T: 265 C p: 80 bar T: 20 C p: 12,5 bar T: 20 C p: 1 bar T: ~265 C p: 80 bar T: 90 C p: 80 bar T: 90 C T: 70 C T: 170 C p: 3 bar p: p: 81 bar bar 5. CH 3 OH-Konditionierung 6. Tanklager für Methanol P V,CO2 2. CO 2 -Gaswäsche 3. Alkalische Wasserelektrolyse T: 15 C p: 8 bar T: 80 C p: 1 bar T:53 C p: 1 bar 1. RG-Konditionierung T: 40 C p: 1 bar T: 100-120 C p: 1 3 bar T: 80-100 C p: 1 3 bar T: 100 C T: 70-90 C p: 30 bar P P,FW T: 65 C p: 1 bar T: 40 C p: 1,05 bar P Elektrolyse T: 63 C T: 53 C T: 110 C P V,RGein P P,Waschmittel Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 19
Power-to-Fluid: Analyse der Methanolsynthese nicht berücksichtigt: Prozessinterne Abwärmenutzung und Komponentenwirkungsgrade Nutzung des Methanols Economy of Scale Energie-/Stoffströme Vollbetriebsstunden 4.960 h/anno 3.075 t/anno 5.040 m³/anno 2.242 t/anno Dh u,ch3 OH P zu 5,53 MWh/t 16.935 MWh/anno Preis-/Kostenbasis CO 2 -Zertifikat [ /t] 10 CH 3 OH [ /t] 390 Wasser [ /m³] 3 Strom [ /MWh] 140 K K K 15a a a Ergebnis ECO2 EMethanol Investitionskosten [ ] 8,7 Mio. Invest. Wasser Strom 6.857 MWh/anno 4.402 MWh/anno Fehlbedarf [ /a] 2,7 Mio. h 44 % Amortisation [a] NIE Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 20
Power-to-Fluid: Wirtschaftlichkeit Abhängig von: 1. aktuellem Marktpreis für elektrischen Strom, Methanol bzw. H 2 2. Entwicklung CO 2 -Zertifikatepreis 3. Subventionen bzw. Förderung insbesondere der Investitionen 4. Wärmenutzungsgrad und Vergütung für Fernwärme 5. Auslastung von Elektrolyse bzw. CO 2 -Wäsche und Methanolsynthese Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 21
Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Paramater CO2-Zertifikat 6.000.000 5.000.000 4.000.000 3.000.000 Erlös Kosten Gewinn 2.000.000 0 6 11 16 21 26 31 1.000.000 Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 3,7 Mio. Sensitivität auf Strompreis Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität 0-1.000.000 160 100 40-20 -80-140 -2.000.000-3.000.000-4.000.000 Erlös Kosten Gewinn Ab einem Strompreis von ca. 55 /MWh (5,5 ct/kwh) wird ein positiver Erfolg erzielt Industrieller Strompreis lag 2012 bei durchschnittlich 14,9 ct/kwh Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 22
Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 3,7 Mio. Paramater CO2-Zertifikat Erlös Kosten Gewinn 0 6 11 16 21 26 31 Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität Ab einem Strompreis kleiner als 38 /MWh (3,8ct/kWh) amortisiert sich die Anlage innerhalb von 10 Jahren Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 23
Sensitivität Wasserstoffsynthese Veränderung des Parameters Strompreis und Neuberechnung der Investitionsrechnung H 2 -Erlös: 4 /kg H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960h/a Investitionskosten: 0 Mio. 6.000.000 5.000.000 Sensitivität auf Strompreis ohne Investitionskosten Paramater CO2-Zertifikat Trotz großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Erlös Kosten Gewinn 4.000.000 3.000.000 2.000.000 0 6 11 16 21 26 31 1.000.000 Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität 0-1.000.000 160 100 40-20 -80-140 -2.000.000-3.000.000-4.000.000-5.000.000 Erlös Kosten Gewinn Trotz unentgeltlicher Anlage wird ein positiver Erfolg erst ab einen Strompreis von ca. 62 /MWh (6,2ct/kWh) ausgeschüttet Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 24
Sensitivität Methanolsynthese Veränderung des CO 2 Zertifikatpreises H 2 O-Preis: 3 /m 3 Auslastung: 4960 h/a Methanolpreis: 390 /t Strompreis: 140 /MWh Investitionskosten: 8,7 Mio. Paramater CO2-Zertifikat Sensitivität auf Trotz Zertifikatpreis großer Erhöhung der fiktiven CO 2 Zertifikatpreise vergrößert sich der Gewinn kaum Erlös Kosten Gewinn 4.000.000 3.000.000 2.000.000 0 6 11 16 21 26 31 1.000.000 Die Preise für die CO 2 -Zertifikate nehmen kaum Einfluss auf die Rentabilität 0-1.000.000 0 5 10 15 20 25 30-2.000.000-3.000.000-4.000.000 Erlös Kosten Gewinn Marginale Veränderung des Erfolgs Der Zertifikatpreis müsste bei ca. 899 liegen, damit ein positiver Erfolg erzielt wird Die Sensitivität der Methanolsynthese auf den Zertifikatpreis ist gering Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 25
Schlussfolgerung und Ausblick Wirtschaftlich attraktiv ist derzeit noch kein Verfahren Die Verfahren sind noch in der Entwicklung Größter Einfluss auf Wirtschaftlichkeit hat der Strompreis CO 2 -Zertifikatpreise haben geringen Einfluss auf Methanolsynthese Wasserstoffsynthese schneller rentabel als Methanolsynthese Wirtschaftlichkeit kann nur durch Subventionen und/oder Erhöhung des Prozesswirkungsgrades erreicht werden Prozesswirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit hängen von lokalen Möglichkeiten der Abwärmenutzung ab Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 26
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen oder Anregungen? Dr.-Ing. Stefan Haep Tel.: 02065 / 418 204 haep@iuta.de Dipl.-Ing. Monika Vogt Tel: 02065 / 418-175 vogt@iuta.de Dr.-Ing. Haep / Dipl.-Ing. Vogt Power to Fluid 27