POWER TO GAS, WO STEHEN WIR HEUTE? Peter Dietiker Bereichsleiter Erneuerbare Energien +41 43 317 24 43 peter.dietiker@energie360.ch 29.11.2017
WAS IST GLEICH? WORIN UNTERSCHEIDEN SICH DIE OBJEKTE? Kein Anschluss: Energie-autarkes MFH Brütten Leistungsfähiger Doppel-Anschluss an das Strom- und das Gasnetz - 2 -
ETAPPEN UNSERER HEUTIGEN REISE Wurzeln der Gasversorgung Biogas und erneuerbares Gas Was ist Power to Gas? Wirkungsgrad und Verluste Potenzial für die Schweiz / für Europa? Bedeutung für die Mobilität? Wohin geht die Reise in der Zukunft? - 3 -
«BORN RENEWABLE»: HOLZ-VERGASUNG 1855 Holzvergasung beim Hauptbahnhof Zürich: 436 öffentliche Strassenlampen und 3 000 private Bezüger 1898 wurde ein neues Gaswerk am Standort Schlieren erstellt. - 4 -
ENTWICKLUNG EINES ENERGIETRÄGERS Seit 170 Jahren dem Fortschritt verpflichtet - 5 -
HERAUSFORDERUNGEN FÜR ERDGAS Der Anpassungsdruck steigt 2 000 Watt Gesellschaft CO 2 -Reduktion Energiegesetz fordert 20% Ern. Energie Sinkende Akzeptanz von Erdgas Erste Forderungen nach Rückbau von Gasnetzen Steigendes Umweltbewusstsein => Ausbau der Biogas-Produktion - 6 -
KONKRETES PROJEKT: BIOGAS ZÜRICH AG Verwertung Bio-Abfall: rund 30 000 to/a Biogas-Produktion/Einspeisung: rund 65 GWh/a Kompost und Flüssigdünger für die Landwirtschaft: 20-25 000 to/a Klärwerk / Schlammverwertung - 7 -
WIR VERFÜGEN ÜBER EINSPEISESTELLE UND NÖTIGES CO2-8 -
GWh SCHWEIZER BIOGAS- PRODUKTION UND IMPORT 700 Biogas Einspeisung (Produktion CH + Import EU) 600 500 400 300 200 100-2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Einspeisung CH Biogas Import - 9 -
ABSATZPROGNOSE UND KUNDENZAHLEN 420 GWh im GJ 2017 25 600 Kunden 31 700 Anschlüsse 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 35'000 30'000 25'000 20'000 15'000 10'000 5'000 0 GJ 2011 GJ 2012 GJ 2013 GJ 2014 GJ 2015 GJ 2016 Aktuell Wärme Direkt Treibstoff Direkt Wärme WV Treibstoff WV Kunden Objekte - 10 -
UNSERE VISION: ERNEUERBARE GASE AUS ERNEUERBAREM STROM Bild: Conpolicy.de - 11 -
WAS HABEN SONNE, WIND UND BIOGAS GEMEINSAM? 800 700 600 500 400 300 Potenzial wird unterschätzt erneuerbar & klimafreundlich produzieren keinen Abfall werden dezentral produziert ergänzen sich ideal 200 100 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Wind Solar - 12 -
ERNEUERBARE STROMPRODUKTION DEUTSCHLAND KW 26-2017 39 GW entspricht 39 Anlagen der Grösse vom KKW Gösgen - 13 -
SPEICHERKAPAZITÄTEN UND ENTLADUNGSZEITEN IM VERGLEICH Quelle: ZSW-BW.de - 14
POWER TO GAS: VORTEIL ENERGIE-TRANSPORT UND SPEICHERUNG 1 GW 3 GW - 15 -
KONVERGENZ DER NETZE Stromnetz Verbrauch Erdgas-Netz GUD / BHKW CH 4 CH 4 Wind Elektrolyse H 2 Erdgas-Speicher CH 4 Solar CH 4 Biogas Methanisierung
JE NACH REGION UND ZWECK, STEHEN ANDERE ZIELE IM VORDERGRUND Speichern überschüssiger Strommengen Optimale Ernte/ Saisonale Speicherung von Energie Einsparung von Netzausbauten Strom Rückverstromung möglich Produktion erneuerbarer Gase Autarke Versorgung Substitution von Erdgas Optimale Ernte / Saisonale Speicherung von Energie Nutzung bestehende Infrastruktur Mobilität, WKK, Wärmemarkt etc. Versorgen, wo kein Energienetz vorhanden Strom- und Wärmeversorgung - 17 -
POWER TO GAS IM BETRIEB: ANLAGE FALKENHAGEN (D) - 18 -
POWER TO GAS TECHNOLOGIEN 1. Schritt Strom zu Wasserstoff (H2) Elektrolyse 2. Schritt Methanisierung von H 2 mit CO 2 Biologische Katalyse Sabatier Prozess alkalisch PEM in situ ex situ Festbett Wirbelschicht Quelle: Eigene Darstellung Reines CO 2 CO 2 Quelle / Reinheit CO 2 im Roh-Biogas - 19
MEHR ERNEUERBARES GAS AUS BIOMASSE Konventionelle Gasaufbereitungsanlage Biogas CH 4 / CO 2 Biogasaufbereitung CO 2 Biomethan (CH4) Power to Gas Technologie Künftig Substitution einer konventionellen Gasaufbereitungsanlage Biogas CH 4 / CO 2 CO 2 + 4 H 2 = CH 4 + 2 H 2 O Power to Gas (Methanisierung) Biomethan El Energie H 2 Elektrolyse H 2 H 2 O Konventionelle Gasaufbereitung Biogas zu Biomethan durch Abtrennung von CO 2 Power to Gas Biogas zu Biomethan durch Zugabe von H 2-20 -
METHANISIERUNG NACH SABATIER - 21 -
BIOLOGISCHE METHANISIERUNG P2G-BioCat Power to Gas via Biolocical Catalysis Ort: Avedøre Denmark Leistung: 1 MW el. (Elektrolyseur) Produktion H 2 : alkalische Elektrolyse, Hydrogenics Methanisierung: Bioreaktor entwickelt durch Electrochaea Archaeen Projekt - Partner Electrochaea Projekt Leader Hydrogenics Europe N.V. AUDI AG weitere - 22
100% ERNEUERBARE ENERGIE FÜR STROM UND WÄRME (D) Quelle: Fraunhofer, ISE, 2012-23 -
100% ERNEUERBARE ENERGIE FÜR STROM UND WÄRME (D) Quelle: Fraunhofer, ISE, 2012-24 -
FAZIT FRAUNHOFER STUDIE Die Bereitstellung von 100 % erneuerbaren Energien im Strom- und Wärmesektor Deutschlands ist technisch möglich und nach erfolgter Umstellung des Energiesystems sind die jährlichen Gesamtkosten nicht höher als die Kosten unserer heutigen Energieversorgung. Ein solches Energiesystem benötigt einen Langzeitspeicher in Form synthetischen Gases (Methan), das aus erneuerbarem Strom erzeugt wird. Neben Gas als Langzeitspeicher werden zentrale Wärmespeicher im Verbund mit Wärmenetzen verwendet. - 25 -
WIRKUNGSGRAD, EINE RELATIVE GRÖSSE Anstelle einer Beschattung, nutzen wir das Sonnenlicht zur Stromproduktion. Wie hoch muss der Wirkungsgrad der PV Module mindestens sein? Statt die Windanlage auszuschalten, oder das Wasser am Kraftwerk vorbeizuleiten wandeln wir den Strom im Gas um. Wie hoch muss der Wirkungsgrad der P2G Anlage mindestens sein? - 26 -
STRATEGIE: WIR STEIGERN DEN ANTEIL VON ERNEUERBAREM GAS LAUFEND Erste Biogas- Pilot-Anlagen Ab 1997 Einführung Biogas im Wärmemarkt freiwilliges Upgrade Ab 2009 10% Biogas im Standardprodukt Ab 2016 Immer mehr Biogas- Anlagen in der Schweiz und im Ausland 30% erneuerbares Gas im Wärmemarkt 2030-27 -
Ist (zunehmend erneuerbares) Gas Teil des Problems oder Teil der Lösung?
LITERATURHINWEISE https://www.psi.ch/media/aus-strom-wird-gas-wird-strom http://www.powertogas.info/ http://www.electrochaea.com/ http://www.etogas.com/ http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/veroeffentlichungen-pdf-dateien/studienund-konzeptpapiere/studie-100-erneuerbare-energien-in-deutschland.pdf - 29