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Power to Gas
15. Energieworkshop von HK und VDI, Hamburg
Jörg Rudat 11.04.2017
Die Prozesskette in Norddeutschland
Power to Gas für Hamburg Wir speichern
Grünstrom im Gasnetz
HanseWerk ist Betreiber von Energienetzen und
Partner für Energielösungen
1.950 Mitarbeiter
2,5 Mrd. € Umsatz
1.000 Wärmeerzeugungsanlagen
51.000 km Stromnetz
27.000 km Erdgasnetz
160 Mio. € Investitionen pro Jahr
158 Auszubildende 200
Blockheizkraftwerke
HanseWerk – im Norden verwurzelt
4
Schleswag, HeinGas
und HanseGas
fusionieren im
September 2003 zu
E.ON Hanse
Im Oktober 2014
wandelt sich E.ON
Hanse zu
HanseWerk, einem
regional verwurzelten
Anbieter von
Energielösungen und
Mitgestalter der
Energiewende
2003 2014
Gasversorgung
in Mecklenburg-
Vorpommern gegründet 1991
Schleswig-
Holsteinische
Stromversor-
gungs-AG gegründet 1929
Hamburger
Gasversorgung seit 1844 durch die
Gründung der Gas-
Compagnie
5
Wir gehören zu E.ON
11 Kreise Schleswig-Holsteins
• Dithmarschen
• Herzogtum Lauenburg
• Nordfriesland
• Ostholstein
• Pinneberg
• Plön
• Rendsburg-Eckernförde
• Schleswig-Flensburg
• Segeberg
• Steinburg
• Stormarn
33,5%
66,5%
HanseWerk – Gruppe Fokus auf Netze und Energielösungen
Wärme, Dezentrale
Energielösungen Beteiligungen,
Dienstleistungen, Wasser
WEW
Strom- und Gasnetze
25,1% Gesellschafter: FHH
> 300 kommunale Mitgesellschafter
Gasnetz Mecklenburg-Vorpommern
VBH Versorgungsbetriebe
Helgoland
3 Beteiligungen
BW Bützower
Wärme
Wärmeversorgung
Schenefeld
5 Beteiligungen über 40 direkte und
indirekte Beteiligungen
Natur
Erneuerbare Energien bestimmen die Spielregeln der Energiewende
Ende 2000
~ 30,000 Anlagen*
Ende 2005
~ 221,000 Anlagen
Ende 2010
~ 750,000 Anlagen
Ende 2015
~ 1.500.000 Anlagen
*Gesamtkapazität an Erneuerbaren
Quelle: 50HertzT, TenneT, Amprion, TransnetBW, interne Daten
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Flexibilität aus …
Gas-zu-Strom/Wärme
Kohle-zu-Strom/Wärme
…Erzeugung …Netzen
Strom
Wärme Gas Wind/Solar-zu-Strom
Strom-zu-Gas
Strom-zu-Wärme
Strom-zu-Strom
…Speichern
Verbrauch / Dezentrale Erzeugung
Haushalte | Mobilität | KMU | Industrie
Sektoren-
kopplung
Erzeugung und Verbrauch in Einklang bringen
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8760 Verfügbarkeit in Stunden pro Jahr
Load- management
Netzausbau
Absatz
Netzkapazität
Rechteck =
Jahresarbeit
Installierte ( ) und
verfügbare Leistung
der Erneuerbaren
Energien (Wind & PV)
Die Übertragungskapazität reicht
nicht mehr, kann aber auch nicht
schnell genug ausgebaut werden.
Möglichkeiten des Loadmanagements
sind ausgeschöpft.
Konventionelle Erzeugung wird
immer unwirtschaftlicher, ist aber
nicht verzichtbar.
Überproduktion: EE-Anlagen müssen
abgeschaltet und die nicht genutzte
Leistung muss entschädigt werden.
1
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4 1
2
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4
Probleme
Energiespeicherung: Die „schiefe“ Verteilungsfunktion der
Verfügbarkeit von Wind & PV wird „geglättet“.
Es erfolgt eine zeitliche Verschiebung in
Schwachlastphasen.
5 3
5
Lösung
Speicher- und Transportvolumina von Erdgas
Deutschland 510.000 km Netz (> 4 bar)
1.000 TWh Energietransport im Jahr
106 GW mittlere Leistung (Strom 85 GW)
220 TWh Speichervolumen
2000 h Speicherreichweite (= 83,3 Tage)
Hamburg 7.300 km Netz
20 TWh Energietransport im Jahr
4 TWh Speichervolumen
10
(Zum Vergleich: Speichervolumen aller
Pumpspeicherkraftwerke: 0,04 TWh/Zyklus) Hamburg:
Das Erdgas Drehkreuz im Norden
Wie kommt „die Power“ in das Erdgas?
H2O
Wasser
O2
Sauerstoff
H2
Wasserstoff
CO2
Kohlendioxid
Methani-
sierung
CH4
Erdgas
H2O
Wasser
Elektrolyse
11
Beimischung
Mini-Biogasanlage Labore Technikzentrale E-Ladesäule Kleinwindanlage
Infopoint WindGas Hamburg-Projekt Mikroalgen-Forschungsprojekt
Haushaltsspeicher PV-Anlage
12
Bilder: Gregor Szielasko, 2015
HanseWerk Innovationsstandort Hamburg-Reitbrook
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Förderprojekt des BMVI
Elektrische Leistung: 1,5 MWel (Stack)
Wasserstofferzeugung: 290 m³/h
Einspeisung in das lokale Erdgasnetz
Inbetriebnahme: 15.10.2015
Eckdaten
Fördermittelgeber & Partner
Einsatz der hoch effizienten
"Proton Exchange Membrane" Elektrolyse
(PEM)
Demonstration in der Uniper Energieinfrastruktur
Geschäftsmodellentwicklung
Ziele
WindGas Hamburg
14
Quelle: Hydrogenics GmbH
1,5 MW PEM WE Stack
14
0 c
m
49 cm
Trafo (von 10 KV auf 400 V)
Stromanschluss
15
Quelle: Hydrogenics GmbH
Anlagenimpressionen
Wasseraufbereitung
Gleichrichter
Anlagenimpressionen
Weltweit kompaktester
Elektrolyse-Stack Gasregelung und Wasserrückführung
Mess-Station
Wasserstoffeinspeisung
Dynamik ist wichtig!
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Doppelhöckerkurve zur Präqualifikation
für den deutschen Sekundärregelenergiemarkt
Fazit
Projektergebnisse:
PtG-Anlage erreichte 600 Betriebsstunden von 50.000 Bh (errechnete Lebensdauer des Stacks)
ca. 100.000 Nm³ Wasserstoff in lokales Gasversorgungsnetz der HanseWerk eingespeist
brennwertbezogener Systemwirkungsgrad (72%) erfüllt hohe Erwartungen
Erfolgreiche Skalierung der sehr kompakten und effizienten neuen PEM-Technologie in MW-Klasse
Leitungsfähigkeit des PEM-Stacks (1,5 MW) um 50% besser als geplant
Durch hohen Ausgangsdruck (25 bar) kein Kompressor für Einspeisung in Erdgasnetz erforderlich
Anlage aktuell in ruhendem Betrieb: produziert keinen weiteren Wasserstoff
Bis heute kein einheitliches Zertifizierungssystem für „grünen“ Wasserstoff
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Fazit
Projektergebnisse:
eingesetzte Stromkosten überschreiten (v. a. durch EEG Zuschläge) zurzeit mögliche Einnahmen
durch „grünen“ Wasserstoff deutlich, auch Realisierung von zusätzlichen Einnahmen aus
Stromnetzdienstleistungen (Regelenergiemarkt) konnte kein ausreichend robustes
Geschäftsmodell identifizieren (Errichtungskosten eher sekundär)
kompakte Bau- und effiziente Betriebsweise der PEM-Technologie könnten zukünftig die
Wasserstoffgestehungskosten (als Summe aus CAPEX und OPEX) signifikant verringern
Technologie kann zum Schlüsselelement für künftige emissionsfreie Wasserstoffmobilität werden
hat sehr großes Potenzial im energiewirtschaftlichen Bereich (Integration erneuerbarer Energien
in verschiedenste Sektoren)
PtG ist die einzige technische Option für die Energiespeicherung im TWh-Bereich ist
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Prognose der Investitionskosten für Power to Gas Anlagen (basierend
auf eine Anlagengröße von 40 MWel installierter Leistung)
0
10
20
30
40
50
2010 2015 2020 2025 2030 2035
Mio. € 1.125 €/kW
750 €/kW
625 €/kW
2013
Jahresgasverbrauch in Hamburg
mit 2 %-möglicher H2-Einspeisung
Tage/Jahr 1 365
150
120
90
60
30
0
Nm3/h in Tausend
21 Unsere Hausaufgaben
Wasserstoffeinspeisung Klanxbüll-Neukirchen
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Was haben wir gemacht? 2012 bis 2016
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Netzsuche
Klärung Technik
Eichamt
Brennwertzone
TÜV
Information
Kreis,
Gemeinden
Kundenveran-
staltung
Begehung der
Haushalte
Begehung
Schrittweise
Erhöhung von
2 auf 10%
Wasserstoff
Begehung der
Haushalte,
Vergleich
Praxis-Labor
Wertcoupon
Kommunikation
Abschluss-
bericht
Rückbau
Konzeption
Bau
H2
Einspeisung
Auswertung
Ergebnisse
Kunden! Technische
Realisierung
Abnahmen
Inbetriebnahme
Projektdaten
Inselnetz mit 170 Kunden (2000 Einwohner)
MD-Netz aus 1997, 18 km
Max. 170 m³/h,
Wobbeindex 15,2 kWh/m³, Bs 12,2 kWh/m³
Wohnungen, Gastronomie, BHKW
12 Flaschenbündel mit 1.440 m³ H2
Projektvolumen rd.700T€
Kann 10 % Wasserstoff dem Erdgas beigemischt werden?
Der technische Rahmen
Schrittweiser Anstieg des Wasserstoffanteils auf bis ca. 10% Technischen Normen für:
- Gasqualität - Gasgeräte - Gasabrechnung - Gas-Installation
(DVGW G 260/ G 262 DIN EN 437 / SRG-Methode etc.) 7
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9
10
11
12
13
14
10 11 12 13 14 15 16
Wobbeindex Ws [kWh/m³]
Bre
nnw
ert H
s [kW
h/m
³]
Erdgas Holland-L
Erdgas Holland-L + H2
Erdgas Nordsee-H
Erdgas Nordsee-H + H2
Erdgas Russl.-H
Erdgas Russl.-H + H2d = 0,5
d = 0,75
L-Gas
H-Gas
15% H2
40% H2
15% H2
5% H2
5% H2
10% H2
10% H2
10% H215% H2
50% H2
5% H2
d = 0,55
20% H2
40% H2
50% H2
30% H2
20% H2
30% H2
20% H2
40% H2
30% H2
Grenzbedingungen nach DVGW G 260, Erdgas H - Wasserstoff
24 Die Einspeisung bleibt in Norm Toleranzen
Fazit: Voraussetzungen für Energiespeicherung
Gesetzliche Anerkennung der Speichertechniken als wesentliche, nicht regulierte Marktrolle keine Behandlung als Letztverbraucher Technologie offener Rechtsrahmen (Sektorenkopplung) Power to Power, Power to Gas, Power to Heat Faire Rahmenbedingungen, WindGas = Biokraftstoffquote Wettbewerb Kostensenkungen Aufgabe der Industrie Direktvermarktung
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Strompreis
Quelle: bundesnetzagentur.de 2015
Der Preis entsteht durch
Angebot und Nachfrage
Sonstiges
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Unsere innovativen Energielösungen
Redox-Flow-Batterie
Lithium-Ionen-Batterie
Power to Gas
E-Lade-Lösungen
Energiesystem der Zukunft
für 100 % Energiewende
im Norden
HanseWerk AG Vielen Dank
joerg.rudat@hansewerk.com
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