Stephan Kohler Power to Gas im Energiesystem 2020 Ergebnisse einer quantitativen Analyse. 13.06.2012, Berlin 1
Herausforderung Energiewende. Hoher Anteil fluktuierender Stromerzeugung Steigende Gradienten Gesicherte Überschuss & Unterdeckung Leistung 2
Das Konzept: Power to Gas. Power to Gas ist das Konzept, mit erneuerbaren Energien Wasserstoff zu erzeugen und in das Erdgasnetz einzuspeichern. Power to Gas verbindet intelligent zwei Energiesysteme mit unterschiedlichen Stärken und Schwächen. Vorteile Strom: hochwertiger Energieträger, regenerativ zu erzeugen. Vorteile Erdgas: in großen Mengen und über lange Zeit speicherbar, vielfältige Anwendungsfelder (Strom, Wärme, Mobilität, stoffliche Nutzung). Herausforderung: Stromsystem und Gassystem technisch und wirtschaftlich bis zum Jahr 2020 verbinden und die Integration der erneuerbaren Energien unterstützen. tüt 3
Power to Gas Anwendungsfelder. 4
Die Erzeugungspfadanalyse im Überblick. Die Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH hat im Auftrag der dena-strategieplattform eine Erzeugungspfadanalyse von Power to Gas für alle relevanten Anwendungsfelder für das Zieljahr 2020 erarbeitet. Die Erzeugungspfadanalyse folgt jedem Nutzungspfad von der Quelle (Wasserstofferzeugung) bis zur möglichen Senke (z.b. Kraftstoff etc.). Beispiel Strompfad: Strom zu Gas zu Strom : Wasserstofferzeugung Wasserstoffeinspeisung Transport im Erdgasnetz Ausspeisung Verstromung im Kraftwerk (Blockheizkraftwerk oder Gas- und Dampfkraftwerk - GuD). Die Partner der dena-strategieplattform haben für diese Analyse über 350 Eingangsparameter, verschiedenste Studien und Publikationen sowie fundierte Annahmen zu zukünftigen Entwicklungen zusammengetragen und mit einer speziellen Software ausgewertet. 5
Ziel und Vorgehen der Erzeugungspfadanalyse. Ziel Erfolgsversprechende Anwendungsfelder identifizieren und hinsichtlich Kosten, Wirkungsgrade und Treibhausgasemissionen miteinander für das Jahr 2020 vergleichen. Vorgehen Detaillierte Erzeugungspfadanalyse für jedes Anwendungsfeld von der Quelle zur Senke, auch: Well-to-Wheels-Analyse. Parallele Betrachtung von Pfaden mit Direkteinspeisung in das Erdgasnetz und vorgeschalteter Methanisierung. 6
Zentrale Ergebnisse. 7
Anwendungsfeld Strom Kosten. 1,20 ugung in Steuern) Stromerzeu _el (ohne S Kosten S /KWh_ 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 SNG-GUD - SNG-GUD - SNG-BHKW SNG-BHKW H2-GUD H2-BHKW Rauchgas biologische - Rauchgas biologische Methan. Methan. Kosten Windstrom offshore Kosten Windstrom onshore 8
Anwendungsfeld Strom Nutzungsgrad. 0,60 0,50 Nutzungsg grad 0,40 0,30 0,20 0,10 000 0,00 SNG-GUD - Rauchgas SNG-GUD - biologische Methan. H2-GUD SNG-BHKW - Rauchgas SNG-BHKW biologische Methan. H2-BHKW 9
Anwendungsfeld Mobilität Kosten. ffkosten (oh hne Steuern n) /km Kraftsto 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 CNG EE-Strom CNG EE-Strom CGH2 (onsite) CGH2 (CGH2- CGH2 (H2- Rauchgas biologische trailer) Pipeline) Methan. Kosten Windstrom offshore Kosten Windstrom onshore 10
Anwendungsfeld Mobilität Wirkungsgrad. 0,70 d der stellung Wirkungsgra ftstoffbereits W Kraf 0,60 0,50 0,40 0,30 020 0,20 0,10 0,00 CNG EE-Strom CNG EE-Strom CGH2 (CGH2- CGH2 (H2- CGH2 (onsite) Rauchgas biologische trailer) Pipeline) Methan. 11
emissionen ) in g CO 2 - nt/km ibhausgase O,CH 4,CO 2 Äquivale Tre (N 2 O 100,0 Anwendungsfeld Mobilität Emissionen. -Zum Vergleich: Fahrzeuge mit Erdgas / 90,0 Wasserstoff aus fossilen Quellen 80,0 70,0 60,00 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Power to Gas: kaum Emissionen, da Strom aus EE und CO 2 aus klimaneutralen Quellen CNG Erdgas CNG Erdgas CGH2 SMR CNG EE- CNG EE- CGH2 CGH2 CGH2 (H2- (0,5 MPa) (4 MPa) (CGH2 trailer) Strom Strom (onsite) (CGH2-trailer) Pipeline) Rauchgas biologische Methan. 12
Fazit & Handlungsempfehlungen. 13
Fazit Nutzungspfade. Vielfältige Nutzungspfade mit unterschiedlichsten Senken, die auf verschiedenen Märkten mit anderen Produkten / Anwendungen konkurrieren. Strom aus Wind offshore führt aufgrund höherer Vollbenutzungsstunden zu einer besseren Auslastung der Elektrolyse. Eine der Elektrolyse nachgeschaltete Methanisierung ermöglicht einen einfacheren Zugang zum Erdgasnetz, senkt jedoch den Wirkungsgrad und lässt die Kosten steigen. Die Auslastung der Elektrolyse sinkt, wenn die Anlagen ausschließlich mit überschüssiger Energie betrieben werden. Power to Gas kann zur Dekarbonisierung des Verkehrs beitragen. 14
Handlungsempfehlungen. Speicher- und Erzeugungskapazitäten wettbewerblich honorieren und damit ihren Beitrag zu einem flexibleren Energiesystem sicherstellen. Wechselwirkungen von Power to Gas in allen Nutzungspfaden intensiv analysieren und Stärken herausarbeiten. Pilot- und Demonstrationsanlagen für Power to Gas weiter erproben und optimieren. Kosten senken und den Wirkungsgrad, auch über den gesamten Nutzungspfad, steigern. Studien und Untersuchungen zu Speicherbedarf, Marktmechanismen sowie Investitions- und Rahmenbedingungen für Langzeitspeicher mit europäischer Perspektive durchführen. 15
Effizienz entscheidet. Vielen Dank. www.dena.de b2b.dena.de 16