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Power to Gas an Biogasanlagen als Kuppelstelle zwischen Strom- und Gasnetz MicrobEnergy GmbH Ulrich Schmack gy GmbH a 2013 /2013 © MicrobEner 13 06 2012 17.04.2013 netconomica Seite 1 04/ 13.06 2012

Power to Gas an Bioggg ppasanlagen als Kuppelstelle ... · ist, wird sich der PV (und Wind)-Ausbau zum Teil auch ohne Förderrichtlinien fortsetzen Es wird deutlich mehr Leistung

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Power to Gas an Biogasanlagen als Kuppelstelle zwischen g g ppStrom- und Gasnetz

MicrobEnergy GmbHUlrich Schmack

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04/13.06 2012

Inhalt

1. Energiewende und eigene Annahmen dazu

2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen

3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung

4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie

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04/13.06 2012

Inhalt

1. Energiewende und eigene Annahmen dazu

2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen

3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung

4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie

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Viessmann Gruppe - Komplettanbieterpp p

Broad Distribution Systems Engineering y g g

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1.5 kW – 116 000 kW

Eigene Annahmen zur Energiewende

Strom wird überwiegend aus Sonne und Wind erzeugt Witt b di t i d St it i h ü ti

Vier Hauptaussagen – Szenario 2050 und der Weg dorthin

Strom wird überwiegend aus Sonne und Wind erzeugt Witterungsbedingt wird Strom zeitweise sehr günstig, zeitweise aber auch sehr teuer sein

- Strom im WärmemarktSt füh t KWK B t i b

Vi l Wi d t i d i

- Stromgeführter KWK-Betrieb- Wärmespeicher als mittelbaren Speicher - Batteriesystemen als Kurzzeitspeicher- Gasnetz als saisonaler Speicher

G l V i h h iViel Windstrom wird im Norden/ Nordosten erzeugt werden

- Gasnetz als Versorgungssicherheit

Nachdem die Grid-Parity am Verbrauchszähler erreicht ist, wird sich der PV (und Wind)-Ausbau zum Teil auch ohne Förderrichtlinien fortsetzen

Es wird deutlich mehr Leistung installiert sein, als durchschnittliche Last benötig wird, dadurch entstehen z T sehr große Überschüsse

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„Point of no return“

entstehen z. T. sehr große Überschüsse

- Stromspeicherung Tages- Wochen- und Quartalszyklisch

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r„ist bereits 2012 überschritten

Bei steigenden Strombezugs-

erforderlich - Strom wird im Wärmemarkt gespeichert- Bedarfsverschiebung als Wertschöpfung

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04/Bei steigenden Strombezugs

kosten wegen höheren Netzumlagen werden Eigen-versorgungssysteme für Haushalt und Gewerbe attraktiver

Inhalt

1. Energiewende und eigene Annahmen dazu

2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen

3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung

4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie

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Energiesystem Deutschlandg yHeute hohe Primärenergieverluste

Endenergiebedarf 2010

Verkehr 700 TWh

Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh

Wärme 1.200 TWh

Σ2.400 TWh

Um 2.400 TWh Endenergie (Nutzenergie) bereit zu stellen, werden in Deutschland heute

ca. 4.000 TWh Primärenergie eingesetzt. Wir leisten uns derzeit einen Verlust von 40%.

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Dieser Verlust entspricht ca. 200 Mio. Tonnen Steinkohle, auf LKWs verladen (30t

Ladung, 20m Länge) bedeutet das eine LKW Kette von 133.000 km, das entspricht

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rLadung, 20m Länge) bedeutet das eine LKW Kette von 133.000 km, das entspricht

dreimal dem Erdumfang.

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04/

Energiesystem Deutschlandg yStromproduktion heute konventionell/hohe Auslastung

Endenergiebedarf 2010

Verkehr 700 TWh

Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh

Wärme 1.200 TWh

Σ2.400 TWh

Stromproduktion netto (nach Verlusten) 2012:

Kernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWhKernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWh

Fossil inkl. Pumpspeischer 90 GW x 3300 h 300 TWh

Erneuerbare: 70 GW x 1600 h 110 TWh

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installierte Leistung 172 GW x 3000 h

Strombedarf Ø : 57 GW x 8760 h Σ500 TWh

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r

Höchstlast: 84 GW

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Energiesystem Deutschlandg yStromproduktion heute konventionell/hohe Auslastung

Endenergiebedarf 2010

Verkehr 700 TWh

Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh

Wärme 1.200 TWh

Σ2.400 TWh

Stromproduktion netto (nach Verlusten) 2012:

Kernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWhKernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWh

Fossil inkl. Pumpspeischer 90 GW x 3300 h 300 TWh

Erneuerbare: 70 GW x 1600 h 110 TWh

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installierte Leistung 172 GW x 3000 h

Strombedarf Ø : 57 GW x 8760 h Σ500 TWh

Ø Last zu installierter Leistung = Faktor 3

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Höchstlast: 84 GW

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Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gEinsparungen im Verkehrs- und Wärmesektor angestrebt

Endenergiebedarf 2010

Verkehr 700 TWh

Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh

Wärme 1.200 TWh

Σ2.400 TWh

Endenergiebedarf 2050

(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)

Davon Verkehr 400 TWh

Davon Elektrizität 500 TWh

D Wä 550 TWh

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Davon Wärme 550 TWh

Σ1.450 TWh

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Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gÜberwiegende Erzeugung aus Erneuerbare

Endenergiebedarf 2050

(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)

Davon Verkehr 400 TWhDavon Verkehr 400 TWh

Davon Elektrizität 500 TWh

Davon Wärme 550 TWh

Σ1.450 TWh

Energieproduktion 2050:

Ziel der Bundesregierung: 60% Endenergie aus Erneuerbare

Windkraft 200 GW x 3.000 h 600 TWh

PV 200 GW 1 000 h 200 TWh

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PV 200 GW x 1.000 h 200 TWh

Sonstige EE 50 GW x 2.000 h 100 TWh

installierte Leistung 450 GW x 2.000 h

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installierte Leistung 450 GW x 2.000 h

Strombedarf Ø : 57 GW x 8.760 h Σ500 TWh

Überproduktion p.a.: ca. Σ400 TWh

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Überlast peak 200 bis 300 GW

Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gÜberwiegende Erzeugung aus Erneuerbare

Endenergiebedarf 2050

(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)

Davon Verkehr 400 TWhDavon Verkehr 400 TWh

Davon Elektrizität 500 TWh

Davon Wärme 550 TWh

Σ1.450 TWh

Energieproduktion 2050:

Ziel der Bundesregierung: 60% Endenergie aus Erneuerbare

Windkraft 200 GW x 3.000 h 600 TWh

PV 200 GW 1 000 h 200 TWh

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PV 200 GW x 1.000 h 200 TWh

Sonstige EE 50 GW x 2.000 h 100 TWh

installierte Leistung 450 GW x 2.000 h Ø Last zu

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installierte Leistung 450 GW x 2.000 h

Strombedarf Ø : 57 GW x 8.760 h Σ500 TWh

Überproduktion p.a.: ca. Σ400 TWh

Ø Last zu installierter Leistung = Faktor 8

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Überlast peak 200 bis 300 GW

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh

Überschuß-strom5 TWh

201 TWh

WindStrom-Export

Wärmelast KWK l

Wind onshore

205 GW513 TWh

KWK+solarzentral

Wärmelast total

611 TWh

Wind offshore

611 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

25 GW88 TWh

Wärmelast Mini-KWK +

l

Wasserkraft

5 GW21 TWh

man

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solar

Wärmelast Gas-WP +

Strom Import

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mGas WP + solar

Ü

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0 GW0 TWh

Σ1.120 TWh

Überschuß-wärme

Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh

Überschuß-strom5 TWh

201 TWh

WindStrom-Export

Wärmelast KWK l

Wind onshore

205 GW513 TWh

KWK+solarzentral

Wärmelast total

611 TWh

Wind offshore

611 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

25 GW88 TWh

Wärmelast Mini-KWK +

l

Wasserkraft

5 GW21 TWh

man

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solar

Wärmelast Gas-WP +

Strom Import

Energetische SanierungReduktion des

Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes

Wandlungs- und

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mGas WP + solar

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0 GW0 TWh

gWärmeverlusteCa. 200 TWh

Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt

Ca. 500 TWh

Σ1.120 TWh

Überschuß-wärme

Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh

Überschuß-strom5 TWh

201 TWh

WindStrom-Export

Wärmelast KWK l

Wind onshore

205 GW513 TWh

Bio-masse

50 TWh

Elektr.Wärme-pumpe

145 GW

KWK+solarzentral

Wärmelast total

611 TWh

Wind offshore

50 TWh

Erdgas

Solar-thermieZentral

Solar-thermie76 GW

611 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

25 GW88 TWh

50 TWh29 GW

Mini-KWK

30 GW Wärmelast Mini-KWK +

l

Wasserkraft

5 GW21 TWh

man

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Solar-thermie0 GW

Gas-

solar

Wärmelast Gas-WP +

Strom Import

Energetische SanierungReduktion des

Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes

Wandlungs- und

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mWärme-pumpe48 GW

Solar-thermie

Gas WP + solar

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0 GW0 TWh

gWärmeverlusteCa. 200 TWh

Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt

Ca. 500 TWh

Σ1.120 TWh

25 GW Überschuß-wärme

Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Batterie- Pump-

201TWh

500TWh

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh speicher

56 GWh

pspeicher

60 GWh

10.5TWh

9.9TWh

9TWh

7TWh 5

TWhÜberschuß-

strom5 TWh

201 TWh

WindPower-to-Gas

69 GW

Methan-speicher

68 TWh

GuD

24 GWWärme-speicher zentral

Strom-Export

Wärmelast KWK l

513TWh

180TWh

53

7TWh

0

TWh108

TWh 14TWh 15

TWh15

TWh

12TWh

Wind onshore

205 GW513 TWh

17

Bio-masse

50 TWh

KWKzentral

11 GW

Elektr.Wärme-pumpe

145 GW

zentral47 Mio. m³

KWK+solarzentral

Wärmelast total

608 TWh88

TWh

53

TWh

12 Wärme-

4TWh

TWh TWh

85TWh

361TWh

20TWh

Wind offshore

17TWh

50 TWh

Erdgas

11 GW

Solar-thermieZentral

Solar-thermie76 GW

608 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

TWhTWh

Wärmespei-cher

11TWh

0TWh

37 TWh

64TWh

245TWh

186TWh

368TWh1

25 GW88 TWh

50 TWh29 GW

Mini-KWK

30 GW Wärme-spei-

Wärmelast Mini-KWK +

l

21TWh

122TWh

37 TWh

61 Twh

TWhTWh

5.1

Wasserkraft

5 GW21 TWh

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Solar-thermie0 GW

Gas-

spei-cher

solar

Wärmelast Gas-WP +0

0TWh

0TWh

0TWh

50TWh

112TWh

104 114

TWhEnergetische SanierungReduktion des

Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes

Wandlungs- und Strom Import

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mWärme-pumpe48 GW

Solar-thermie

Wärme-spei-cher

Gas WP + solar

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0TWh

54TWh

0TWh

25TWh

104TWh

10TWh

114TWh

gWärmeverlusteCa. 200 TWh

Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt

Ca. 500 TWh

p

0 GW0 TWh

Σ1.120 TWh

25 GW Überschuß-wärme

4TWh

50TWh

32TWh

TWh

7TWhΣ441 GW

Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Batterie- Pump-

201TWh

500TWh

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh speicher

56 GWh

pspeicher

60 GWh

10.5TWh

9.9TWh

9TWh

7TWh 5

TWhÜberschuß-

strom5 TWh

201 TWh

WindPower-to-Gas

69 GW

Methan-speicher

68 TWh

GuD

24 GWWärme-speicher zentral

Strom-Export

Wärmelast KWK l

513TWh

180TWh

53

7TWh

0

TWh108

TWh 14TWh 15

TWh15

TWh

12TWh

Wind onshore

205 GW513 TWh

17

Bio-masse

50 TWh

KWKzentral

11 GW

Elektr.Wärme-pumpe

145 GW

zentral47 Mio. m³

KWK+solarzentral

Wärmelast total

608 TWh88

TWh

53

TWh

12 Wärme-

4TWh

TWh TWh

85TWh

361TWh

20TWh

Wind offshore

17TWh

50 TWh

Erdgas

11 GW

Solar-thermieZentral

Solar-thermie76 GW

608 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

TWhTWh

Wärmespei-cher

11TWh

0TWh

37 TWh

64TWh

245TWh

186TWh

368TWh1

25 GW88 TWh

50 TWh29 GW

Mini-KWK

30 GW Wärme-spei-

Wärmelast Mini-KWK +

l

21TWh

122TWh

37 TWh

61 Twh

TWhTWh

5.1

Wasserkraft

5 GW21 TWh

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Solar-thermie0 GW

Gas-

spei-cher

solar

Wärmelast Gas-WP +0

0TWh

0TWh

0TWh

50TWh

112TWh

104 114

TWhEnergetische SanierungReduktion des

Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes

Wandlungs- und Strom Import

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mWärme-pumpe48 GW

Solar-thermie

Wärme-spei-cher

Gas WP + solar

Ü

0TWh

54TWh

0TWh

25TWh

104TWh

10TWh

114TWh

gWärmeverlusteCa. 200 TWh

Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt

Ca. 500 TWh

p

0 GW0 TWh

Σ1.120 TWh

25 GW Überschuß-wärme

4TWh

50TWh

32TWh

TWh

7TWhΣ441 GW

Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Batterie- Pump-

201TWh

500TWh

Elektrische Last

500 TWh

Photovoltaik

206 GW201 TWh speicher

56 GWh

pspeicher

60 GWh

10.5TWh

9.9TWh

9TWh

7TWh 5

TWhÜberschuß-

strom5 TWh

201 TWh

WindPower-to-Gas

69 GW

Methan-speicher

68 TWh

GuD

24 GWWärme-speicher zentral

Strom-Export

Wärmelast KWK l

513TWh

180TWh

53

7TWh

0

TWh108

TWh 14TWh 15

TWh15

TWh

12TWh

Wind onshore

205 GW513 TWh

17Gesamtinvestition ca 800 bis 1 000 MrdBio-

masse

50 TWh

KWKzentral

11 GW

Elektr.Wärme-pumpe

145 GW

zentral47 Mio. m³

KWK+solarzentral

Wärmelast total

608 TWh88

TWh

53

TWh

12 Wärme-

4TWh

TWh TWh

85TWh

361TWh

20TWh

Wind offshore

17TWh

Gesamtinvestition ca. 800 bis 1.000 Mrd.Jährliche Kosten ca. 100 bis 120 Mrd.Das entspricht in etwa den heutigen

Ausgaben für Energie pro Jahr50 TWh

Erdgas

11 GW

Solar-thermieZentral

Solar-thermie76 GW

608 TWh

Wärmelast elektr. WP +

solar

TWhTWh

Wärmespei-cher

11TWh

0TWh

37 TWh

64TWh

245TWh

186TWh

368TWh1

25 GW88 TWh

Ausgaben für Energie pro Jahr

Vi l U t h St di d d Q ll50 TWh

29 GW

Mini-KWK

30 GW Wärme-spei-

Wärmelast Mini-KWK +

l

21TWh

122TWh

37 TWh

61 Twh

TWhTWh

5.1

Wasserkraft

5 GW21 TWh

Viele Untersuchungen, Studien und andere Quellen kommen zu einem ähnlichen Ergebnis, z.B.,

Fraunhofer ISE, Photon, IZES, Ökoinstitut, BEE, Boston Consulting Group

man

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Solar-thermie0 GW

Gas-

spei-cher

solar

Wärmelast Gas-WP +0

0TWh

0TWh

0TWh

50TWh

112TWh

104 114

TWhEnergetische SanierungReduktion des

Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes

Wandlungs- und Strom Import

Boston Consulting Group

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iess

mWärme-pumpe48 GW

Solar-thermie

Wärme-spei-cher

Gas WP + solar

Ü

0TWh

54TWh

0TWh

25TWh

104TWh

10TWh

114TWh

gWärmeverlusteCa. 200 TWh

Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt

Ca. 500 TWh

p

0 GW0 TWh

Σ1.120 TWh

25 GW Überschuß-wärme

4TWh

50TWh

32TWh

TWh

7TWhΣ441 GW

Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen

Ein mögliches Szenario 2050Winterwoche

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2013

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04

Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012

Ein mögliches Szenario 2050Frühjahrswoche

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Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012

Ein mögliches Szenario 2050Sommerwoche

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04

Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012

Früher: Bedarfsabhängige ErzeugungGut und langfristig planbarGut und langfristig planbar

Stundenkontrakte

Tagesganglinie

Stundenkontrakte

50 GW

g g g

Spitzenlast

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Grundlast

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01.1

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12

0 6 12 18 24

Langfristige Basisversorgung

Stra

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Folie

22

0 6 12 18 24

Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtnur kurzfristig planbar, lokal unterschiedlichnur kurzfristig planbar, lokal unterschiedlich

50 GWPV-Energie

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PV Energie

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Folie

23

0 6 12 18 24

Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtSpeicher verschieben Erzeugung Richtung BedarfSpeicher verschieben Erzeugung Richtung Bedarf

PV EnergiePV-Energie

50 GW

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Wind-Energie

Stra

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Folie

24

0 6 12 18 24

Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtGünstiger ist es, den Bedarf Richtung Erzeugung zu verschiebenGünstiger ist es, den Bedarf Richtung Erzeugung zu verschieben

PV EnergiePV-Energie

50 GW

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Wind-Energie

Stra

tegi

eme 0

Folie

25

0 6 12 18 24

Herausforderungen der Energiewende Statt steuerbare Erzeugung steuerbaren Verbrauch

Die Herausforderung besteht darin, dass wir von einer bedarfsabhängigen Erzeugung zu einer dargebotsabhängigen Verwendung kommen müssen.

Dem Marktgesetz von Angebot und Nachfrage folgend kann daraus geschlossen werden, dass die geänderten Strukturen auf der Erzeugungsseite eine Änderungen derdass die geänderten Strukturen auf der Erzeugungsseite eine Änderungen der Strukturen auf der Verbrauchsseite nach sich ziehen werden – marktbedingt zunächst lokal, dann regional und langfristig national/international

Der Wärmemarkt ist aufgrund der tageszyklischen Speicherbarkeit prädestiniert, den „Überschussstrom“ dargebotsabhängig zu verwenden

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g g g

Wertschöpfung erfolgt dort, wo die Steuerung des Verbrauchs optimiert werden kann

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Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“

Stromnetz

Betrieb

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BHKW

Betrieb

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Gasnetz

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Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“

Stromnetz

Betrieb

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BHKW

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Gasnetzvermiedenes

Gas

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04

Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“

Haushalte in Deutschland mit eigener ZentralWW-Heizung ca. 18 Mio.

Theoretisch mögl Heizstableistung pro Haushalt 10 kWTheoretisch mögl. Heizstableistung pro Haushalt 10 kW

Gesamt Leistung ca. 180 GWg

Kapazität pro Tag (nur Warmwasserbereitung = 10kwh/Haushalt und Tag) ca. 180 GWh/d

Kapazität pro Jahr ca. 65 TWh/a

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Zum Vergleich:

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Mic

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neZum Vergleich:

Am bisher ertragreichsten PV Tag in Deutschland (25. Mai 2012) betrug die

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04PV Einspeisung 179 GWh

Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtNeben kurzfristigen sind mittelfristig auch saisonale Effekte auszugleichen

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Zukünftiges Energiesystem: Kopplung von Strom und GasnetzPower to Gas

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04S

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Inhalt

1. Energiewende und eigene Annahmen dazu

2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen

3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung

4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie

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0413.06 2012

Biologische MethanisierungBiogas-Prozess

50% CH450% CO2

Biomasse (Polymere)

Hydrolyse

Monomere (gelöste org. Verbind.)

Acidogenese

organische Säuren Alkohole CO2 + H2

Acetogenese

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Essigsäure

Methanogenese

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Biogas: 50% CH4 + 50% CO2

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04

Biologische MethanisierungBiogas-Prozess + biol. Methanisierung

50% CH450% CO2 H2

Elektrolyse

A

Biomasse (Polymere)

Hydrolyse

Monomere (gelöste org. Verbind.)

Acidogenese

organische Säuren Alkohole CO2 + 4H2

Acetogenese

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Essigsäure

Methanogenese

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Biogas: 95% CH4 (SNG)

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Biologische MethanisierungMethanogenese

Wenig komplexer Prozess

Methanogenese

Regulierbar:

-Anschaltbar bei Verfügbarkeit von H2/CO2

-Abschaltbar bei Fehlen der Gase =

„Ruhezustand der Mikroorganismen“„Ruhezustand der Mikroorganismen

Wirkungsgrad von 75 bis 80%

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CO + 4H CH + 2H O

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Quelle: Brock, Mikrobiologie

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

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04

Zwei Möglichkeiten der Methanisierung:T h i h k t l ti h d bi l i hTechnisch-katalytisch und biologisch

Biologische Lösung: Methanogenese

Technische Lösung: Sabatier-Prozess (1902)

Elektrolyse2 H2O2 H2+O2

ÜberschussstromPro:

Gut steuerbar

Pro:

Geringe Temperatur

Methanisierung

2 H2O 2 H2+O2Gute Skalierbarkeit

Kontra:

g pNiedriger Druck (Biogasanwendung)Keine hohen Anforderungen an Reinheit der Gase

Temperatur (>250°C) geeigneter Katalysator

Temperatur(40-70°C), wässrige

UmgebungMethanisierung

4 H2 +CO2 CH4 +H2OSeltene RohstoffeEmpfindlicher KatalysatorHohe Reinheit der

Flexibel Kleine Einheiten –Dezentraler Einsatz möglich

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Gase erforderlichHohe TemperaturGeringe FlexibilitätHoher Druck

Kontra:

Biologisches System

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Hoher Druck

Wahrscheinlicher Einsatzbereich: Wahrscheinlicher Einsatzbereich:

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04S

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e 36zentral bei großtechnischen Industrieprozessen

z.B. wie Kraftwerken,Stahl- oder Zementherstellg.dezentral bei Brauereien, Brennereien und Biogasanlagen

Restwasserstoff kleiner 5% in der kontinuierlichen Cofire-Kultur t V ä M i il d Z i h W t ffunter Vergärung von Maissilage und Zumischen von Wasserstoff

32,0 NL H2

Wasserstoff‐umsatz 94%

2,1 NL H2

24 5 NL CH

, 2

Produktgasqualität:Eduktgasqualität:

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24,5 NL CH4

22 6 NL CO

47,2 NL Biogas

32,7 NL CH4

15 0 NL CO

Produktgasqualität:CH4 : 66%CO2 : 30%H2 : 4%

Eduktgasqualität:CH4 : 52%CO2 : 48%

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ne22,6 NL CO2 15,0 NL CO22 

79 2 NL Mischgas 49 1 NL Produktgas

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0479,2 NL Mischgas 49,1 NL Produktgas

Erstes BION®-Projekt im technischen Maßstab

Elektrolyse: Alkali Elektrolyse (ErreDue)

El L i t 110 kWEl. Leistung: 110 kW

H2-Produktion: max. 20Nm³

H2 V d M th i i i Bi f tH2 Verwendung: Methanisierung im Biogasfermenter

CH4 Verwendung: Rückverstromung im BHKW

Ziel des Projektes: Demonstration und Weiterentwicklung der TechnologieZiel des Projektes: Demonstration und Weiterentwicklung der Technologie

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100m³-Fermenter

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Inhalt

1. Energiewende und eigene Annahmen dazu

2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen

3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung

4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie

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0413.06 2012

Regelenergiemarkt

Notwendigkeit von Regelleistung

Last höher als Prognose Ab f iti R ll i t Abruf von positiver Regelleistung

Prognose höher als Last Abruf von negativer Regelleistung

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bHQuelle: dena: Integration EE, Endbericht (15.08.2012, Seite 74)

Abruf von negativer Regelleistung

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Prognosefehler: Abweichung des viertelstündlichen Mittelwerts der tatsächlichen Last vom prognostizierten Wert

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04

Rauschen: Abweichungen des tatsächlichen Verlaufs der Last vom viertelstündlichen Mittelwert

Regelenergie Regelenergiemarkt - Leistung

Verbrauch Erzeugungg g

Max.84 GW

Konv.97 GW84 GW Wind

30 GWPV

28 GW97 GW

Biom.6 GW

min.20 GW

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neg. Regelleistung pos. Regelleistung

6 GW20 GW

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Primär-regel-

leistung

Sekundär-regel-

leistung

Minuten-reserve

Primär-regel-

Leistung

Sekundär-regel-

leistung

Minuten-reserve

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04leistung0,6 GW

leistung2,1 GW 2,4 GW

Leistung0,6 GW

leistung2,1 GW2,4 GW

Wirtschaftliche BetrachtungenAusgangszustand

55% CH455% CH445 % CO20% H2

GasaufbereitungBiomethan (~100%CH4) 275 Nm³/h

netz

GasaufbereitungRohbiogas 500 Nm³/h

CH4 275 Nm³/hCO2 225 Nm³/h

Gas

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Wirtschaftliche BetrachtungenBiogasanlage mit PtG Anlage

60% CH4

Gasaufbereitung netz

60% CH439 % CO21% H2

Biomethan (~100%CH4) 304 Nm³/h

GasaufbereitungRohbiogas 506 Nm³/h

CH4 304 Nm³/hCO2 197 Nm³/h

/

Gas

n

davon Speichergas29 Nm³/h

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H2 6 Nm³/h

H2 120 Nm³/h

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Elektrolyseur

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Biogas: Die Technologie zum Ausgleich von fluktuierenden erneuerbaren Energien und Nachfrageschwankungen

Leistung

Stromnetz

Strom ProduktionStromüberschuß

Strom-Produktion

Einspeisung

Elektrolyseur Methani-sierung

BHKWEinspeisung erneuerbarer Energien

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Stromnachfrage

sierungStromdefizit

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neStromnachfrage

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04

ZeitGasleitung

Speicherpotenzial BiogasBiogasanlagen in Deutschland

Biogasanlagen in Deutschland: ca. 7.500

Installierte Leistung: ca. 3 GW

Durchschnittliche Laufzeit p.a. ca. 7.400h

Produzierte el. Energie: ca. 22 TWh

Speicherkap. Derzeit (4h) ca. 12 GWh

Umbau intermittierender Betrieb: ca. 9 GWca. 48 GWh

Kopplung mit PtG: ca. 15 GWca. 75 GWh

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Installierte neg. Leistungbei 1000h Betrieb/a: ca. 30 GW

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