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ZSW – Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Stuttgart
in Kooperation mit den Projektpartnern
Technik und Zieleder 250 kWel -Power-to-Gas-Forschungsanlage
Einweihung der 250 kWel -Power-to-Gas-AnlageZSW-Technikum, Industriestr. 42, Stuttgart, 30.10.2012
Technik und Ziele der 250 kWel -Power-to-Gas-Anlage - Inhalt -
Ziele / FragenTechnik / KostenFazit / Handlungsempfehlungen
Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G®): Ziele
Verstetigung des fluktuierenden Angebots erneuerbarer Energien (EE)
Speicherdauer > 1 Woche / saisonale Speicherung
Kraftstoff für nachhaltige Mobilität
Konvergenz von Stromnetz, Gasnetz und Mobilität
Reduktion des Agrarflächenbedarfs für Energiepflanzen
Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G®): Ziel = Konvergenz von Stromnetz, Gasnetz und Mobilität
Strom Gas
Mobilität SNG: Substitute Natural Gas (Erdgassubstitut)
Strom- netz
Sonne
WindGuD-Kraftwerk /
BHKW
CO2 -Speicher
Gas- netz
Elektrolyse / H2 -Speicher
Methanisierung
H2
CO2
CH4
VERSTROMUNG
STROMSPEICHERUNG
CO2
Untertage- Gasspeicher
H2
CO2
Strom H2 SNG Mobilität
Brennstoffzellen- Fahrzeuge
Erdgas- Fahrzeuge
Batterie-elektrische Fahrzeuge
Die Systemlösung Power-to-Gas (P2G®): Fragen
Wie erfolgt Langzeitspeicherung von Energie heute?
Welche Speicherkapazitäten sind in Deutschland zur Langzeitspeicherung von EE notwendig?
Welche Kraftstoffe sind „einfach“ herstellbar?
Welche existierende Infrastruktur ist für die Integration ins existierende Energiesystem nutzbar?
Woher kommt das CO2 für die Methanisierung?
Welche technischen Herausforderungen gibt es derzeit? Welche Maßnahmen sind für deren Lösung notwendig?
Wann wird Power-to-Gas am Markt verfügbar sein? Unter welchen Bedingungen wird Power-to-Gas ein wirtschaftliches Verfahren sein?
Was erwartet die Wissenschaft und Forschung von der Politik?
Technik und Ziele der 250 kWel -Power-to-Gas-Anlage - Inhalt -
Ziele / FragenTechnik / KostenFazit / Handlungsempfehlungen
Technische Ziele der P2G® - 250 kWel - Anlage
Aufbau und Versuchsbetrieb der Forschungsanlage
Weiterentwicklung der P2G-Technologie / Prozess-Optimierung (Effizienz, Dynamik, intermittierender Betrieb,Gasaufbereitung, ….)
Transfer von Betriebsstrategien auf 6 MW - Anlage von AUDI / SolarFuel
Reduktion der Anlagenkosten(neue Betriebsstrategien bei der Methanisierung, Flexibilisierung der Eduktgasqualität)
Vorbereitung der Kommerzialisierung
Aufbau der 250kWel -P2G®-Anlage im ZSW-Technikum in Stuttgart-Vaihingen
Source: http://maps.google.de
Aufbau der 250 kWel -P2G®-Anlage: Blockfließbild
Aufbau der 250 kWel -P2G®-Anlage im ZSW-Technikum in Stuttgart-Vaihingen
Elektrolyse
1 MW-Stromnetzanschluss
Recycle-Gas- Kompressor
Methanisierung
CO2 -Lager
Gas-Lager
Gaskonditionierung
Gas-Entsorgung
Wichtige technische Daten der Elektrolyseanlageaus der Messung während Inbetriebnahme:
• Betriebsdruck: 6 – 11bara für 100% Liefermenge
• DC-Maximalleistung: 295 kW bei 430 mA/cm2
• Max. Wasserstoffabgabemenge: 65 Nm3/h
• Kaskadierter Betrieb ab 10 % der Anlagenleistung
• Sofortiger Lastabwurf ohne Standby-Betrieb
• Rohgasreinheit: 0,11 Vol.-% H2 in O2 (PN )
• Produktgasreinheit: 2 ppmv O2 in H2
Realisierungsstand:• Fertigstellung: 31.05.2012• Final Acceptance Test (FAT): 25.06.2012• Inbetriebnahme ZSW: 23.10.2012
Ergebnisse der 250 kWel -P2G®-Anlage: Aktueller Arbeitsstand Elektrolyse
ElektrolyseblockA = 1000 cm2
i = 430 mA/cm2
P = 80 kW max.
Wichtige technische Daten der Methanisierung:
• Zwei Festbettreaktorkonzepte betreibbar in unterschiedlichen Konfigurationen
• Katalysatorfüllmenge je ca. 50 l
• TReaktor : 200 - 550 °C / Pabs : < 16 bar
• Verschiedene Kühlkonzepte (Druckwasser/Dampf und Salzschmelze)
• Produktgasleistung bis 15 m3CH4 /h
Realisierungsstand:
• Funktionstests
• Abnahme nach Betriebssicherheitsverordnung
• Inbetriebnahme der Teilsysteme
Ergebnisse der 250 kWel -P2G®-Anlage: Aktueller Arbeitsstand Methanisierung
Kostenschätzung Elektrolyse / P2G®-Gesamtanlage
€/kW
4000
2000
1000
300
Ziel Gesamtanlage
Ziel Elektrolyse
t
< 2 €cent/kWhH2
(4000 h/a; ohne Stromkosten)
> 8 €cent/kWhH2
(4000 h/a; ohne Stromkosten)
Entwicklungsbeginn P2G-Anlagen
Technik und Ziele der 250 kWel -Power-to-Gas-Anlage - Inhalt -
Ziele / FragenTechnik / KostenFazit / Handlungsempfehlungen
Fazit: Optionen für die (saisonale) Langzeitspeicherung von Energie durch chemische Energieträger
Wasserstoff (H2)
Erdgassubstitut (CH4, SNG)
Flüssige Kohlenwasserstoffe
Chemische Energieträger werden auch in einem zukünftigen Energiesystemfür den Strom-, Wärme- und Mobilitätsmarkt benötigt!Für die Energie-Langzeitspeicherung existiert hierzu keine Alternative!
Fazit: Kombination Biomassenutzung/P2G – Reduktion des Agrarflächenbedarfs für Erneuerbare Kraftstoffe
Agrarflächenbedarf für 100%-Biokraftstoffquote ist nicht ausreichend.
Biomasse enthält erneuerbaren Kohlenstoff und ist somit prädestiniert für die Erzeugung C-basierter Kraftstoffe.
Die Kombination “Biomasse/P2G” eröffnet eine 2- bis 3-fach höhere Ausbeute an Kraftstoffen im Vergleich zur alleinigen Nutzung derBiomasse.
Flächenlimitierung gilt nicht für P2G! Biomasseressourcen solltensinnvoll, d.h. in Kombination mit P2G eingesetzt werden!
Fazit: P2G®-ROADMAP
2007:P2G®-Konzept
2009:P2G® 25 kW
2012:P2G® 250 kW
2013:P2G® 6000 kW
(AUDI / SolarFuel)
2015:kommerzielle P2G®-Anlagen
Handlungsempfehlungen: Mögliche Anreizmechanismen
Verzicht auf Letztverbraucherabgaben für Pilotanlagen über die gesamte Betriebszeit
Vorschlag EU: Erneuerbare Kraftstoffe der 2. Generation aus Reststoffen und erneuerbare, nicht-biogene Kraftstoffe werden mit Faktor 4 auf die EE-Kraftstoffquote angerechnet [COM (2012) 595 final, 17.10.2012]
P2G®-ROADMAP
kommerzielle P2G®-Anlagen
P2G® 250 kW
Dank an P2G®-Team! Dank an BMU für Finanzierung!