Power-to-Gas Wegbereitung für eine vielfältige Zukunftstechnologie und Ausblick Power-to-Gas 2.0 (Segelenergie) Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner, B.Eng. Thomas Raith, et al. TH Regensburg Dena Jahreskonf. Power-to-Gas 18.06.2013 Berlin
Themen Wegbereitung Power-to-Gas Power-to-Gas 2.0! Segelenergie Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 2
Entwicklungsschritte Integration EE bis Power-to-Gas seit 1990 12000 10000 Online Forecast D+1 Forecast 4H Forecast 2H 8000 Power [MW] 6000 4000 2000 Numerisches Wettermodell 0 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 Day Windleistungsprognose für eine Regelzone Wind Power Cluster Management Quelle: Lange / Rohrig, 2008 Kombikraftwerk Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 3
WBGU 2008: Integration von Biomasse in das Gasnetz ideal: guter Transport, große Speicher, flexible Verwendung Quelle: Schmid, Sterner für WBGU, 2008 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 4
Power-to-Gas Das Original 2008 aka Wind-to-Gas Quelle: Sterner, 2008 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 5
Power-to-Gas Das Original 2008 aka Wind-to-Gas Quelle: Sterner, 2008 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 6
Power-to-Gas Das Original Eurosolar IRES 2009 Quelle: Sterner et al., 2009 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 7
Dyn. Simulation 2010: BMU Leitstudie, UBA: Bedarf P2G ist da! Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global Leitstudie 2010 BMU - FKZ 03MAP146 Arbeitsgemeinschaft Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Stuttgart Institut für Technische Thermodynamik, Abt. Systemanalyse und Technikbewertung Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), Kassel Ingenieurbüro für neue Energien (IFNE), Teltow 100% Strom aus erneuerbaren Quellen Bearbeiter: Dr. Joachim Nitsch, Dr. Thomas Pregger, Yvonne Scholz, Dr. Tobias Naegler Dr. Michael Sterner, Norman Gerhardt, Amany von Oehsen, Dr. Carsten Pape, Yves-Marie Saint-Drenan Dr. Bernd Wenzel November 2010 Quelle: UBA, 2010 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 8
Power-to-Gas löst das Problem Langzeitspeicher Quelle: TH Regensburg FENES, 2013 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 9
Power-to-Gas Herausforderung Kosten & Flexibilität Flexibler Betrieb (Wind, Solar) 70 60 Leistung (GW) 50 40 30 20 10 0 Stärken - Bestehende Infrastruktur & Speicher - Nutzung der Energie in allen Sektoren 08/05 08/05 09/05 10/05 11/05 12/05 13/05 14/05 15/05 16/05 17/ Tag/Monat vs. Grundlastbetrieb (Braunkohle, Wasserkraft) Schwächen - Hohe Kosten (10 20x fossil) - Flexibler Betrieb Risiken - Hype - Kohlegas, Mehremissionen - Erst ab 80% Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 10
Themen Wegbereitung Power-to-Gas Power-to-Gas 2.0! Segelenergie Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 11
Herausforderungen Energiewende Stromwende Wärmewende Verkehrswende? Erneuerbare Anteile 2011 Quelle: BMU, BMWi Statistiken, 2012 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 12
Herausforderung nachhaltige Mobilität / Kraftstoffe Biomasse - Flächenpotential - Akzeptanz / Nachhaltigkeit (Tank-Teller) Elektromobilität - Reichweite - Kosten Strombasierte Kraftstoffe die Lösung? - Power-to-Gas - Power-to-Liquids Gesamtpotential Stromüberschüsse bei 100%: ca. 50 TWh! 25 TWh Kraftstoff von heute ca. 700 TWh Bedarf Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 13
Kernproblem von Wind & Solar: Fluktuationen & Akzeptanz Landnutzung begrenzt - Flächenpotential - Akzeptanz - Nachhaltigkeit Meer: größtes Flächenpotential für Erneuerbare - Offshore-Windkraft } Fluktuationen, Anbindung, Potential - Meeresströmungsturbinen Grundidee des neuen Konzepts: Follow the wind Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 14
Wie können wir dem Wind folgen? Bildquelle: Sylvia Riedl, pixelio.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 15
Segeltechnik Drachen bei Frachtschiffen feste Route Bildquelle: Fa. Wessels, u.a. Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 16
Prinzip: Wind + Wasserkraft + Speicher = Segelenergie Quelle: Sterner, Raith, 2013, www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 17
Segelenergie: Segeltechnik - konventionell Beispielschiff Mirabella Länge: 60 m Segelfläche: 3000 m Elektrolyse: 500 kw Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 18
Segelenergie: Segeltechnik Drachen Energieschiff Quelle: Sterner, Raith, 2013, www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 19
Segelenergie: Segeltechnik Flettner-Rotoren - Energieschiff Quelle: Sterner, Raith, 2013, www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 20
Segeltechnik Flettner-Rotoren 2 5 MW el. Klasse Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 21
Wie nennen wir das Kind? Quelle: www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 22
Segelenergie - Technik Segeltechnik Strömungsmaschine Energiewandlung Energiespeicherung Energienutzung Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 23
Segelenergie: Segeltechnik ähnlich Windkraftanlagen Quelle: Raith, 2013 Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 24
Segelenergie: Strömungsmaschine Leistung: 5 kw 1,2 MW Durchmesser: 1-12 m Segelenergie: höhere Strömungsgeschwindigkeiten P ~ v 3 Bildquelle: Seagen, Siemens, Voith Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 25
Segelenergie: Energiewandlung Leistung: 25 kw 10 MW Konstantere Auslastung der Anlagen durch Segelenergie Gasförmig (Wasserstoff, Methan) Flüssig (LNG, Methanol, Diesel, Flugbenzin) Bildquelle: ZSW, Enertrag Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 26
Segelenergie: Energiespeicherung und transport Energienutzung: pfad-offen Gastanks (Gas, LNG) Methanol Offshore Gasnetz Onshore Gasspeicher Hafen Kavernen Porenspeicher Bildquelle: Enertrag, IVG Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 27
Segelenergie: Vergleich mit Windkraft an Land Jährliche Erträge 2011 Kraftstoff 5%-Anteil (34 500 GWh Biokraftstoffe) = 2,4 Mio. ha Energiepflanzen = ca. 90 000 Traktoren im Einsatz = 2 200 Energieschiffe @ 5 MW auf See (hypothetisch) Vgl. Stromsektor: 8% Anteil durch Wind (48 900 GWh) = über 22 000 Windkraftanlagen an Land (bereits existierend) Quelle: Eigene Berechnungen auf Basis v. Stat. des BMU, BMWi, BMELV Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 28
Segelenergie: Potentiale vorhanden Quelle: www.segelenergie.de auf Basis von www.windatlas.dk Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 29
Segelenergie: Routen optimieren Beispiel 3 Monate-Fahrt insg. 7000 h (80%) Auslastung Quelle: www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 30
Segelenergie: Gestehungskosten Power-to-Gas über 7000 Volllaststunden abschreiben Eckdaten der ersten Kostenabschätzung - Auslastung: 4000-7500 h - Invest gesamt 8 40 M - Abschreibung 15 Jahre - ROI 4% Resultate - Wasserstoff ab 16 -ct./kwh - Methangas ab 23 -ct./kwh (Atmosphärisches CO 2 ) - Methanol ab 19 -ct./kwh (Atmosphärisches CO 2 ) Quelle: www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 31
Take home Wegbereitung Inter-disziplinäres Forschen lohnt sich Mischen von Wissen und Fähigkeiten Segelenergie Wind-Wasser-Speicher-System Vorzüge Konstant Wind als Grundlast ernten Kombination bekannter Technologien Nutzt großes ungenutztes Potential Kein Einfluss auf das Landschaftsbild Kein Not in my backyard Impuls für den Schiffsbau & Green Ships www.segelenergie.de Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 32
Weiterlesen Ab Anfang 2014 im Springer-Verlag Sterner Stadler Energiespeicher Batterien Redox Flow PbS NaS Michael Sterner Ingo Stadler Pumpspeicherwerke Li-Ion Power-to-Heat Fernwärmespeicher 1 Energiespeicher Bedarf Technologien Integration Power-to-Gas Kavernenspeicher (Methan, Wasserstoff) Porenspeicher (Methan) Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 33
Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner B. Eng. Thomas Raith Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) 941 943 9888 michael.sterner @ hs-regensburg.de thomas.raith @ segelenergie.de www.segelenergie.de Vielen&Dank& Prof. Dr. Sterner, T. Raith, THR, FENES; S. 34