Gesucht: große Leitungen und Speicher Gefunden: im Gasnetz Unser Erdgasnetz als Energiespeicher Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Regenerative Energien Mittelbaden ev 28.03.2012 Mösbach
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
CO 2 Emissionen pro Kopf 2 Grad Ziel ist zu erreichen Kostet Geld Kostet Lebensraum 1999 Quelle: WBGU, 2009
Unterirdisch Anfang und Ende des fossilen Zeitalters vereinfachte Darstellung unsere Energieversorgung wird wieder rein regenerativ und damit oberirdisch Einzelne Quellen Energieeffizienz Alle fossilen Quellen Verbrauch Wind Solar Wind Solar Wasser Biomasse Wasser Biomasse 1000 1500 2000 2500 Zeit Oberirdisch Oberirdisch
Einfache Fragen zur Energieversorgung gestern und morgen: Woher kam unsere Energie vor 200 300 Jahren? Vom Land Woher kommt sie heute? Größtenteils aus Russland, Norwegen, Saudi-Arabien, Iran, Lybien, etc. Woher kommt sie in Zukunft? Wieder vom Land Unterschied zu gestern: heute haben wir große Städte mitzuversorgen Strom: Wärme: Verkehr: Leistungsautark vs. Energieautark Größte Chance auf regionale Autarkie Massive Abhängigkeit von nicht-heimischer, fossiler Energie
Optionen für eine emissionsarme Energieversorgung Die Energie-Ernährungspyramide Quelle: Sterner, 2009
Fundamentaler Unterschied: erneuerbarer Strom und konventioneller Strom Nur 1/3 der Primärenergie wird gebrauch um denselben Strom herzustellen Quelle: Sterner, 2009
Solarenergie in Deutschland Süddeutschland guter Standort Energie kommt je Anlage in 2-3 Jahren zurück Energie kommt je Anlage in 2-3 Jahren zurück Mittlere Jahressumme der Sonneneinstrahlung Verteilung der installierten Photovoltaik Leistung in Deutschland Quelle: Saint-Drenan, 2010; Stand 11/2010
Neue Technologieentwicklungen (höhere Höhen) erschließen größeres Potential (z.b. Windkraftanlagen im Wald) Energie kommt je Anlage in 3-9 Monaten zurück Lärmemissionen minimal
Regionale Energiewende: Keyplayer Stadtwerke Mittelabfluss aus der Region für Strombeschaffung Quelle:
Ziel der SUN für 2025: 85% erneuerbare Energien aus der Region plus regionale Gaskraftwerke und Reststromimport Quelle: SUN ENERGIEWENDE IN NORDHESSEN Folie 11 16. Juni 2011
Regionale Stromerzeugung kann bis zu 300 Mio. in der Region halten Quelle: Umsetzung Erstellung des region. Energiekonzepts Werbung für Akzeptanz für den Ausbau der Windenergie Entwicklung von Modellen zur Bürgerbeteiligung Standortsuche und Projektentwicklung für 20 bis 30 Windparks in der Region Werbung um politischen Konsens zum Wohle der Bürger in der Region
Prinzipielle Entwicklung des Energiebedarfs Erneuerbarer Strom wird zur Primärenergie all-electric-world Heute 2050 Bedarf und neue Verbindungen STROM STROM WÄRME EE-Gas WÄRME VERKEHR VERKEHR Wärmepumpen, Elektromobilität, EE-Gas
Langfristszenarien 2010 als Beispiel: Wind als tragende Säule Leistung vs. Energie Bruttostromerzeugung [TWh/a] Installierte Leistung [GW]
Transformation zu Inverter-dominierten Systemen EE sollen Systemstabilität übernehmen Inverter im Regelleistungsmarkt = ~
Weiterer EE-Ausbau erfordert flexiblen Kraftwerkspark und weitgehende Ausgleichsmaßnahmen (Netzausbau, Lastmanagement, Speicher) Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energien: 2020 39% EE-Anteil
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen Prioritäten Erzeugungs- und Lastmanagement Flexible Kraftwerke (Gas, Biogas) Flexibler Verbrauch Transport Netzausbau Europäisches Netz für Strom und Gas 1 2 Speicher Kurzzeit (Tage): Pumpspeicher, Druckluft, Batterien Langzeit (Saisonal): 1. (Pump)Speicher in Skandinavien, 2. Wind / Solarstrom im Gasnetz als erneuerbares Gas (Methan, Wasserstoff) 3
100 Einspeisung erneuerbarer Energien ein Szenario für 2020 g g g p p Geothermie Holz-/Müll-HKW Wasserkraft Onshore-Wind Offshore-Wind Photovoltaik Last Import/Export 90 80 70 60 Leistung (GW) 50 40 30 20 10 0-10 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag/Monat Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
80 Residuallast und mögliches Lastmanagement ein Szenario für 2020 g residuale Last E-Kfz Wärmepumpen residuale Last DSM-Haushalt Klimatisierung E-Kfz Wärmepumpen 60 40 Leistung (GW) 20 0-20 -40 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
Leistung (GW) 80 70 60 50 40 30 20 Analyse der Lastdeckung Anforderung an konv. Kraftwerke ein Szenario für 2020 g g Elektrolyse Überschüsse Kernkraft Braunkohle HKW-KWK Erdg.-/Biom.-BHKW Biogas Steinkohle Erdgas PSW-Turbine Residuallast PSW-Pumpe 10 0-10 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
100 Einspeisung erneuerbarer Energien ein Szenario für 2030 g g g p p Geothermie Holz-/Müll-HKW Wasserkraft Onshore-Wind Offshore-Wind Photovoltaik Last Import/Export 90 80 70 60 Leistung (GW) 50 40 30 20 10 0-10 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag/Monat Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
80 Residuallast und mögliches Lastmanagement ein Szenario für 2030 g residuale Last E-Kfz Wärmepumpen residuale Last DSM-Haushalt Klimatisierung E-Kfz Wärmepumpen 60 40 Leistung (GW) 20 0-20 -40 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
Leistung (GW) 80 70 60 50 40 30 20 Analyse der Lastdeckung Anforderung an konv. Kraftwerke gein g Szenario für 2030 Elektrolyse Überschüsse Kernkraft Braunkohle HKW-KWK Erdg.-/Biom.-BHKW Biogas Steinkohle Erdgas PSW-Turbine Residuallast PSW-Pumpe 10 0-10 25/09 25/09 26/09 27/09 28/09 29/09 30/09 01/10 02/10 03/10 04/10 05/10 06/10 07/10 08/10 Tag Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Integration von Wind im Verteilnetz Bekannte Planung weitere 15 MW Unbekannte Planungen 2 x 1,5 MW 2 x 2 MW 2 x 3 MW Zusage 110-kV-Kabel 20-kV A-Strang Bau einer Wind-UA? 20-kV Verbindung Vorhandene Umspannanlage 20-kV B-Strang Quelle: Groß, VNB Rhein-Main-Neckar 2011 Weitere Anfrage 2 x 3 MW
Netzausbau elementar, aber nicht die finale Lösung - was lokal hergestellt und verbraucht wird, muss nicht transportiert werden Windenergie Windenergie in Planung Photovoltaik- / Bioenergieanlagen Engpass Ballungszentrum Übertragungsnetz 2000 km (ca. 5% dazu), umgesetzt 90 km Verteilnetz PV: NetzUMbau; Wind: Netzplanung Quelle: Ahmels, 2011, eigene Ergänzungen
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Der größte Energiespeicher Deutschlands: Unser Wald! Funktionen des Waldes: Wirtschaftsgut und Kulturgut Aufwuchs des Waldes: Naturverjüngung (natürlich) und / oder Anpflanzung (künstlich) Gesetzlicher Vorrang Wald vor Wild : Mangelhafte Jagd Überpopulation von Rotwild Folge Wildverbiss = Biomasseverlust Ausgewogenes Wald-Wild-Verhältnis notwendig Wald in Bayern Fläche: 2,56 Mio. Hektar Zuwachs: 1 m³ Festmeter Holz pro Sekunde Grobe Aufteilung: 1/3 Hartholz (z.b. Buche) und 2/3 Weichholz (z.b. Fichte) Energieäquivalent: ca. 6 600 Mio. Litern Heizöl im Jahr (= jährlicher Heizölverbrauch Bayerns ca. 6700 Mio. Litern) Gegenwert von ca. 5 600 Mio. EUR (bei 85 EUR / 100 l Heizöl) Zuwachs entspricht einer Leistung von ca. 7 500 MW Der Wald ist Bayerns größter Speicher Jedes Prozent Zuwachs stellt ein großes nachhalt. Potential für die Energiewende dar Jedes Prozent vermiedener Zuwachs einen großen volkswirtschaftlichen Schaden
Einflussgrößen auf den Speicherbedarf - schematische Darstellung Geschwindigkeit EE-Ausbau Must-run (Netzstabilität, KWK) derzeit 10 GW
Einflussgrößen auf den Speicherbedarf - schematische Darstellung Geschwindigkeit EE-Ausbau Must-run (Netzstabilität, KWK) derzeit 10 GW Flexible Erzeugung Flexibler Kraftwerkspark Flexibler Verbrauch Lastverschiebung Netzausbau und Kuppelleistungen Speicherbedarf = Überdeckung / Unterdeckung von Residuallast nach Abwägung aller vorrangingen Ausgleichsmaßnahmen Benchmark Überschuss: Benchmark Defizit: Abregeln Gasturbine
Relevante Überschüsse ab 50-70% EE-Anteil zu erwarten bei idealem Netzausbau und keinem Import / Export 0-5 2020 2030 2040 2050 0-10 Energie [TWh] -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -20-30 -40-50 -60-70 -80-90 Leistung [GW] Stundenausgleich Tagesausgleich Wochenausgleich Monatsausgleich Jahresausgleich Quelle: Nitsch et al, 2011, Langfristszenarien 2011, in Bearbeitung
Kurzzeitspeicher Pumpspeicher für Ausgleich der Photovoltaik Etabilert, kostengünstig, aber Potential begrenzt 1,4 GW über 9 Stunden
Elektromobilität: Doppelnutzen Mobilität und lokale Speicherung (Autarkie) Effizient, aber teuer und Potential begrenzt 42 GW über 10 Stunden
Gesucht: Gefunden: Dicke Leitungen und große Speicher Im Gasnetz Überbrückung von Monaten 24 GW th über 2,5 Monate
Rein regenerative Energieversorgung hat sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau, Energiemanagement und Pumpspeichern 60 40 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 2007) Defizite: 62 TWh Überschüsse: - 111 TWh 20 0 Residuallast (GW) -20-40 -60-80 -100 Pumpspeicher Norwegen (Theorie) Überschüsse: -110.9 TWh Defizite: 62.1 TWh Minimale Residuallast: -59.8 GW Maximale Residuallast 54.1 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat 42 Mio. E-KFZ (Theorie) Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute Fraunhofer IWES 2010 Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) Gasspeicher haben die 1500 bis 3000-fache Kapazität aller Pumpspeicher (bei η GT,GuD = 28-55%) Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? IWES, 2010 Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2
Erneuerbares Gas Power-to-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, 2009 2009 Specht Specht et al, 2010 et al, 2010
Langzeitspeicherung: Wasserstoff vs. Methan (H 2 vs. CH 4 ) Wirkungsgrad - der Herstellung - der Verstromung Infrastruktur - Strom - Wärme - Verkehr Energiedichte = Platzbedarf für Speicher H 2 CH 4 54-77% gleich Zusatzgas - limitiert - limitiert - nicht kompatibel Transformations-Kosten Einspeicherung Strom-H 2 Speicherung Ausspeicherung H 2 -Strom Transport / Pipelines Quelle: Nitsch, Sterner, et al, BMU Langfristszenarien 2010 49-65% gleich Austauschgas - kompatibel - kompatibel - kompatibel 10 MJ / Nm³ 33 MJ / Nm³ H 2 -Einspeisegrenzen derzeit: 2% Fahrzeuge 1% Gaskraftwerke 0,5% Messinstrumente Speicher unbekannt Nur Einspeicherung
Wirkungsgrade von Power-to-Gas 2/3 1/3 1/2 vs. Norwegische Pumpspeicher mit 65-68% (75% vor Ort + 7-10% Verlust durch Stromtransport) vs. 0% durch Abregelung oder vs. effizientere aber kapazitätslimitierte Speicheralternativen Quelle: Sterner, Jentsch, 2011
In Deutschland gibt es ausreichend biogenes CO 2 Nachhaltiges CO 2 nicht der Bottleneck, sondern die Stromquelle
Gestehungskosten für EE-Gas in Relation zu Volllaststunden Jahr 2020 Invest 1200 / kw η = 55% Gestehungskosten SNG Windgas: Break Even 220 US-$ / Barrel Quelle: Jentsch, Sterner, 2010
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Entwicklungsstand Power-to-Gas Quelle: Linke (E-ON), 2012
Entwicklungsstand Power-to-Gas chemisch - Methan - Erste Pilotanlage am ZSW Stuttgart von Solar Fuel Technology GmbH 25 kw-pilot-anlage: läuft Experimente mit Biogas 250 kw-forschungs-anlage: Im Aufbau Projekt: Power-to-Gas ZSW: Verfahrenstechnik IWES: Elektrotechnik, VWL SolarFuel: BWL Förderung: Quellen: SolarFuel 2009, Specht, Waldstein, Sterner et al., 2009
Entwicklungsstand Power-to-Gas chemisch - Methan - Erste industrielle Anlage in Werlte, Emsland von Audi, SolarFuel 4 WKA à 3.6 MW el Quelle: Audi 2011 Elektromobilität 6,3 MW-Industrie-Anlage - Input: 26 GWh Windstrom 2800 t / a CO 2 - Output: 1000 t / a SNG - Wirkungsgrad: 54%, 4300 VLh - Nutzen: 1500 T-CNG Fahrzeuge und Integration von Wind - Baubeginn: 2011 - Lead: Audi, SolarFuel - Partner: EWE, (ZSW, IWES) www.audi-balanced-mobility.de
Entwicklungsstand Power-to-Gas biologisch - Methan - Erste Pilotanlage an der TU Wien von Green Thitan / Dr. Krajete Kernprozess: Methanogenese (Stoffwechsel von Archaea Mikroorganismen) mild (1 bar, 65 o C), selektiv (unempfindlich ggü. Verunreinigungen, kompatibel mit verschiedenen CO 2 Quellen), robust, schnell (> 15 m 3 Methan in 1 m 3 Reaktionsvolumen) CO 2 Langsam Komplex Kraftstoff (0.1 kg in 1 m 3 pro h) Schnell Bypass (10 70 kg Kraftstoff in 1 m 3 x h) 4. Generation Biokraftstoffe Direkte Kraftstoff-Synthese Quelle: Krajete, 2011
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Welche Leistung liegt ständig an den deutschen Tankstellen an? 170 Mio l Benzin / Tag = 64 GW!!! (Irene kontrolliert gerade einen Leistungsfluss von 16 MW: Energieinhalt Benzin: 9 kwh/l = 32 MJ/l Durchflussmenge: 0,5 l/s) Elektrisches Äquivalent von 32.000 Haushalten (a 500 W Mittelwert)!!! Diese Leistung wird typischerweise bei 60 100 kv transportiert Quelle: Siemens, 2011
Elektromobilität Effizienzsprung Faktor 3-4 aber nur mit erneuerbaren Energien Quelle: Sterner, 2009
Elektromobilität Effizienzsprung Faktor 3-4 aber nur mit erneuerbarem Strom Individualverkehr: E-Autos E-Zweirad / E-Bike Öffentlicher Transport: Trams und Busse Langstrecken: Elektrische Eisenbahnen
Biokraftstoffe und Wind- und Solarkraftstoffe Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t Benzin-Äquivalente Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011
Power-to-Gas Power-to-Liquid Energiespeicherung durch Kopplung der Energienetze Strom, Gas, Kraftstoff
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Power-to-Gas Vorzüge der Energienetze kombinieren Stromnetz Gasnetz Übertragungskapazität Einstellige GW Zweistellige GW 0,04 TWh el Speicherkapazität 220 TWh th + Netze Vor- und Nachteile + Hochwertige Energie Hochpreisige Energie - Strom kaum speicherbar + Direkte Nutzung hocheffizient - AC-Übertraggsverl. 3-10% / 1000km + universeller Energieträger Niedrigpreisige Energie + große Speicher - Umwandlungsverluste hoch - Übertragungsverluste 0,5% / 1000 km Quelle: IWES, 2011
Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Frühjahr Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011
Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Energietransport Gaspipeline Faktor 10 größer als Energietransport Stromtrasse Herbst Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011
Inhalt 1) Herausforderung leistungsautarke Energiewende 2) Ausgleichsmaßnahmen für Fluktuationen A) Flexible Verstromung / Flexibler Verbrauch B) Stromnetzausbau C) Speicher 3) Die Technologie Power-to-Gas A) Funktion, Wirkungsgrade, Kosten B) Status quo in Forschung & Entwicklung C) Gasmobilität 4) Synergien zwischen Strom- und Gasnetzen 5) Zusammenfassung
Die Kopplung der Energienetze Strom / Gas / Wärme ist ein Eckpfeiler der Energiewende Konventionelle Energieversorgung beruht weitgehend auf chemischen Energieträgern, die über Solarenergie Biomasse p, T erzeugt wurden günstigste/potentialreichste Formen der EE: Stromerzeugung aus Wind und Solarenergie Direkte Stromerzeugung Ressource in unmittelbarer Form nicht lagerbar bzw. steht nicht bedarfsorientiert zur Verfügung Auch im regenerativen Energiesystem werden chemische Energieträger benötigt und können aus erneuerbaren Energien hergestellt werden Biomasse Chemische Energieträger aus Wind- und Solar EE-Wasserstoff Aufgabe für Gasinfrastruktur EE-Methan Aufgabe für Gasinfrastruktur Photosynthetische Kraftstoffe
Wind & Solar können eine stabile Stromversorgung alleine nicht gewährleisten 4 Ausgleichsmaßnahmen werden notwendig: 1. Flexible Stromer (v.a. Erdgas) 2. Stromnetze (Netzausbau) 3. Lastmanagement (smart grid) 4. Speicher Kurzzeitspeicher (Pumpspeicher, Batterien) Langzeitspeicher (Norwegen, Gasnetz) Wind & Solar in das Gasnetz über Power-to-Gas
Vorteile der Energiespeicherung im Gasnetz mit Power-to-Gas Nutzung der vorhandenen Infrastruktur Pipelines, Speicher, Kraftwerke, BHKW, Herde, Heizungen, Fahrzeuge Austauschgas (Methan) statt Zusatzgas (Wasserstoff) Erschließt enorme Speicherkapazitäten Langzeitspeicherung von EE im Erdgasnetz ohne Begrenzung CH 4 (Erdgas) Langzeitspeicherung technisch erprobt und vorhanden CO 2 -neutraler Energieträger auch für Verkehr und Wärme hohe Energiedichte, keine Begrenzung der KFZ-Reichweite weniger Konkurrenz zu Nahrung bzw. landwirtschaftlichen Nutzflächen Minderung der Importabhängigkeit von Erdgas und Transportstaus Übertragungskapazität von Gas vs. Strom: eine Größenordnung höher Vermeidung von Übertragungsnetzengpässen (Redispatch) und deren Kosten Gas aus der Sahara Pipeline zw. Algerien und Spanien vorhanden
Roadmap Energiewende Systemtransformation Strom - nationale Sicht 2010 2020 2030 2040 2050 Netze Management Speicher Reduktion must-run -Units Flexible Erzeugung (Gas-KW, KWK, Biomasse) Flexibler Verbrauch (Smart Grids, E-KFZ, p2g) Netzausbau Deutschland Netzausbau Europa Netzkopplung Strom-Gas Pumpspeicher, ggf. AA-CAES ab 2030 Batterien (stationär, ggf. E-KFZ) Power-to-Gas Forschung, Entwicklung, Demoanlagen, Monitoring Quelle: IWES - Gruppe Energiewirtschaft und Systemanalyse, 2011
Fazit Energiewende & Integration erneuerbarer Energien EE-konformes Erzeugungs- und Lastmanagement etablieren Neue Verbraucher über Lastmanagement an EE binden Erzeugung flexibilisieren (KWK, Biomasse, fossil, Must-run) Netzausbau in D und EU Verteilnetz: NetzUMbau; Übertragungsnetz: NetzAUSbau Kopplung der Energienetze (Strom, Gas, Wärme) nützlich Speicher konzipieren, bauen, einsetzen Größter (Solar)Speicher Deutschlands: unser Wald Wir brauchen alle verfügbaren Speicher (Kurzzeit & langfristig Langzeit) EE grundlastfähig machen - dauerhafter Ersatz von konv. KW Gasverstromung als Brückentechnologie etabl. & später über p2g nutzen Gesamtbewertung global und lokal durchführen Umsetzung der Energiewende auf regionaler Ebene Vielen Dank Jeder kann was machen / tun Engagement zahlt sich aus!
Informationen und Quellen Ahmels, 2011: Präsentation zum Netzausbau, DUH, Berlin Audi (2011): http://www.audi-balanced-mobility.de. Ingolstadt Groß, 2011: Präsentation zum Verteilnetzausbau, VNB Rhein-Main-Neckar, 100%-Regionen- Kongress 2011 Kassel Hoffmann, von Bremen, 2009: Storage and Transport Capacities in Europe for a full renewable power supply system. Präsentation auf dem Kasseler Symposium 2009 - Energiesystemtechnik. Kassel. Klaus, T., Sterner, M., et al. (2010): Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen, Deutsches Umweltbundesamt, Dessau. http://www.uba.de Krajete, A. (2011): Green Thitan. http://www.greenthitan.com/, Linz. Nitsch (DLR), Sterner (IWES), Wenzel (IfnE) et al (2011): Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global. In Bearbeitung. FKZ 03MAP146. Berlin, Stuttgart, Kassel. Specht, M.; Baumgart, F.; Feigl, B.; Frick, V.; Stürmer, B.; Zuberbühler, U.; Sterner, M.; Waldstein, G. (2010): Speicherung von Bioenergie und erneuerbarem Strom im Erdgasnetz. FVEE Jahrestagung 2009. Forschen für globale Märkte erneuerbarer Energien. FVEE, Berlin. Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. http://www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2 Sterner, M., Jentsch, M. (2011): Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas- Angebotes. Gutachten für Greenpeace Energy. Fraunhofer IWES, Kassel. http://www.greenpeaceenergy.de/windgas/windgas-idee-mit-zukunft.html
Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Hochschule Regensburg Fakultät Elektro- und Informationstechnik Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Wissenschaftl. Leitung Energiewirtschaft und Systemanalyse + 49 (0) 941 943 9888 michael.sterner _at_ hs-regensburg.de www.power-to-gas.de