Power to gas 2014 10-29 thüga sz-g_anlage _besichtigung

Die Strom zu Gas-Demonstrationsanlage

der Thüga-Gruppe

- Herzlich Willkommen -

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Agenda

Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe

Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler

Energieversorger

Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem

Die Strom zu Gas-Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe

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Die Ziele der Energiewende sind klar formuliert

Auszug aus den energiepolitischen Zielen der Bundesregierung und Status Quo:

Quellen: BMWi, BDEW, Thüga

2012 2020 2030 2040 2050

Treibhausgas-

emissionen

(ggü. `90)

- 25 % - 40 % - 55 % - 70 % - 80 %

Anteil EE an Brutto-

Endenergiever-

brauch

12 % 18 % 30 % 45 % 60 %

Anteil EE an

Stromverbrauch 24 %* 35 % 50 % 65 % 80 %

Absenkung

Stromverbrauch

(ggü. `08)

- 2 % - 10 % - 15 % - 25 %

* 2014 1.Halbjahr: 28,5% (vorläufig)


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Die Energiewende bedarf vier starker Säulen

ENERGIEWENDE ENERGIEWENDE

Erzeugung

STROMMARKTMODELL 2.0

z. B. Integrated-Market-Model der Thüga-Gruppe

Speicher Netze Effizienz


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Der fluktuierende Anteil der ins Energienetz zu integrierenden

elektrischen Energie aus EE wird künftig stark steigen

Datenquelle: bmu Leitstudie 2010, entso-e, TenneT

Künftiger Speicherbedarf durch den Ausbau Erneuerbarer Energien

gemäß einer Studie der Thüga Aktiengesellschaft - Beispielhafte Darstellung für März 2030

Durch die zunehmende Einspeisung von PV und Wind über den notwendigen

Bedarf hinaus, wird die Flexibilität des Energiesystems immer wichtiger

Quelle: Thüga Aktiengesellschaft


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Mit Hilfe der Strom zu Gas-Technologie kann Erneuerbare

Energie aus Wind und Sonne grundlastfähig gemacht werden.

Der Speicherbedarf an regenerativ

erzeugtem Strom im Jahr 2050 könnte

über 50 TWh betragen.

Nur chemische Langzeitspeicher

können elektrische Energie

im TWh-Bereich aufnehmen.



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Agenda


Energieversorger



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Eine dezentrale Erzeugung aus Erneuerbaren Energien erfordert

eine dezentrale Speicherung überschüssiger EE

70 %

30 %

Gasverteilnetze Gastransportnetze

Quelle: BDEW, dena Verteilnetzstudie, WEMAG Netz GmbH

97 %

3 %

Verteilnetze Übertragungsnetze

Anteile der Einspeisung

Erneuerbarer Energien (D)

Anteil der Verteilnetze am

deutschen Gasabsatz

Ca. 97 % der Erneuerbaren

Energien werden dezentral erzeugt

Dezentrale Speicherung

naheliegend


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Die Speicherkapazität des Gasverteilnetzes reicht bei Weitem

aus, um den Speicherbedarf im Jahr 2050 zu decken

* Bei einem max. Anteil von 10% vol. Wasserstoff im Erdgas

Quelle: BDEW, eigene Analyse

Potenzial der Gasverteilnetze für die Speicherung von Wind- und Sonnenstrom

Jährliche Speicherkapazität des

Gasverteilnetzes → 200TWh

Speicherbedarf 2050 → 50 TWh

EE-Wasserstoff*

EE-Methan

→ 8 TWh

Die Gasverteilnetze, in Verbindung mit Strom zu Gas, haben

das größte Potential, um große Mengen Energie zu speichern.

Unser Slogan: "Strom zu Gas – Energiespeicher der Zukunft"


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Integration von Strom zu Gas in kommunale Netze


Die kommunalen Netze verbinden effizient die Erzeugung und

Nutzung volatiler Erneuerbarer Energien


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Für den Wasserstoff aus der Elektrolyse ergibt sich ein breites

Anwendungsfeld

Wasserstoff ist ein Multitalent für verschiedene Anwendungen

Rohstoff für die Industrie

Kraftstoff für die Mobilität

Brennstoff für die Wärmeversorgung

Brennstoff für die Rückverstromung in

KWK-Anlagen

Quelle: dena – Strategieplattform Power to Gas


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Vorteile der Integration der Strom zu Gas-Technologie in

kommunale Netze

Sämtliche notwendige Infrastruktur

für Betrieb bereits vorhanden

Erhöhung des Wirkungsgrades

(insbes. durch Abwärmenutzung)

Stromnetzentlastung durch

dezentrale Speicherung

Ausgeprägte Akzeptanz bei der

Bevölkerung

Potential zur Abminderung des

nötigen Netzausbaus


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Gasverteilnetze spielen eine wichtige Rolle im Energiesystem

von morgen

Vision der Thüga-Gruppe

• 97 % der regenerativen Energie

wird dezentral erzeugt

• Gasverteilnetze sind flächen-

deckend vorhanden

• Die vorhandenen Gasverteil-

netze können den künftigen

Speicherbedarf an überschüssi-

ger regenerativer Energie

decken

Die dezentrale Erzeugung regene-

rativer Energie erfordert eine

dezentrale Speicherlösung


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Zur Umsetzung der Energiewende ist mittel- bis langfristig Speicher-

bedarf im TWh-Bereich notwendig

Nur eine chemische Speicherung mit Strom zu Gas kann die benötig-

ten, langfristigen Speicherkapazitäten in ausreichender Menge bieten

Die Strom zu Gas-Technologie ist bekannt, die Anpassung an die

aktuellen Anforderungen muss erprobt werden

Die Politik muss zusammen mit Wirtschaft und Verbänden verlässliche

Rahmenbedingungen schaffen

Ein wirtschaftlicher Betrieb ist unter den derzeitigen Rahmenbeding-

ungen nicht möglich

Die Thüga-Gruppe möchte die Einbindung von Strom zu Gas in kommunale

Gasverteilnetze demonstrieren und aktiv dazu beitragen, die Rahmen-

bedingungen zu verbessern.

Politik und Energieversorgungsunternehmen müssen jetzt

beginnen die Technologie Strom zu Gas voranzubringen


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Agenda


Energieversorger



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13 Partner aus der Thüga-Gruppe realisieren eine Strom zu Gas-

Demoanlage zur Einspeisung von Wasserstoff in ein Verteilnetz

Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe

Sitz der beteiligten Projektpartner

Anlagenstandort:

Frankfurt am Main


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Im November 2013 wurde von unserer Anlage weltweit erstmalig

Wasserstoff in ein Gasverteilnetz eingespeist

27.09.2013

Ankunft Elektrolyseur in Frankfurt am Main

26.11.2013

Weltweit erstmalige Einspeisung von Wasserstoff in das Gasverteilnetz

07.05.2014

Offizielle Inbetriebnahmefeier

in Frankfurt am Main

2014 – 2016

Demonstrationsbetrieb mit wissenschaftlicher Begleitung

Ab 2017

evtl. Folgeprojekt

Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe

Ende 2012

Unterzeichnung der Kooperations-

vereinbarung mit den Projektpartnern

25.03.2013

Vertragsunterzeichnung mit ITM Power

03.07.2013

1. Spatenstich

14.02.2014

Abnahme des Elektrolyseurs durch den TÜV Hessen


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Demonstration der Integration von Strom zu Gas-Anlagen in das

zukünftige Energiesystem

Prüfung der technischen Machbarkeit und Sammlung von Betriebs-

erfahrungen zur Einspeisung in die kommunalen Gasverteilnetze

Schaffung einer Grundlage zur politischen Diskussion zum Thema

Energiespeicher

Entwicklung eines möglichen Geschäftsfeldes

Standardisierung und Normungsarbeit

Wesentliche Ziele des Strom zu Gas-Projekts der Thüga-Gruppe


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Die energiepolitischen Rahmenbedingungen müssen geschaffen

werden

Technische

Regelungen

• Integration der neuen Technologien in bestehende

technische Regelungen der Erdgasinfrastruktur

– Zumischung und Einspeisung von H2

Bestehender

Rechtsrahmen u. a. EEG, EnWG, BImSchG,

EEWärmeG

• Schaffung von Anreizen, um die unstetige Einspeisung von Strom aus

fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu kompensieren

– Ermöglichung der Entwicklung verschiedener Nutzungspfade

– Sicherstellung eines verwendungspfadoffenen Einsatzes

– Befreiung von Letztverbraucherabgaben

Strommarkt-Modell

2.0

• Schaffung von Rahmenbedingungen, für einen verlässlich planbaren

und wirtschaftlich auskömmlichen Betrieb von Anlagen

– Geeignete (technologieoffene) Berücksichtigung von Speichern und

Alternativen

– Ermöglichung von Wettbewerb

– Thüga-Integrated-Market-Model

Erprobungs- und

Markteinführung

• Schaffung zeitlich und im Volumen begrenzter

Markteinführungsinstrumente

– Ermöglichung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebs

– Investitionszuschuss, zinsgünstige Finanzierung, Anschubfinanzierung

Die Forderungen der Thüga-Gruppe* für die verschiedenen Bereiche sind:

* Die Thüga-Forderungen sind in das Eckpunktepapier

der dena vom 18.06.2013 eingeflossen; s. dort. Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe

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Impressionen: 27.09.2013: Die Anlieferung der Anlage

Die Anlage wiegt etwa 10 t und ist in einem Container

(2,45 m hoch, 6 m lang und 3,30 m breit) untergebracht.


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Die Strom zu Gas-Anlage der Thüga-Gruppe wird auf einem

Werksgelände der Mainova AG in Frankfurt am Main betrieben

Technologie: PEM – Elektrolyse

Elektrische Anschlussleistung: ca. 300 kW

Erzeugtes Wasserstoffvolumen: 60 Nm3/h

Geplante Betriebsarten für

den 3-jährigen Betrieb der

Thüga-Demonstrations-

anlage:

• Regelleistungsbetrieb –

Anbieten von negativer

Sekundärregelleistung

• Forschungsbetrieb

Anlagentechnik –

Anlagenparameter für

verschiedene Betriebsmodi

bestimmen

• Hybrides Kraftwerk –

Erneuerbare Energien

regelbar machen


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Funktionsschema: Wasserelektrolyse - PEM-Verfahren

Nach einer Idee der Humbolt State University


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Quelle: ITM Power

PEM-Elektrolyse-Stacks


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Quelle: ITM Power

Elektrolyseur - Seitenansicht rechts


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Quelle: ITM Power

Elektrolyseur - Seitenansicht links


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Container mit PEM-Elektrolyseur vor Ort in Frankfurt

Quelle: Thüga Aktiengesellschaft, ITM Power


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Unsere Gasdruckregelmess- und Mischanlage (GDRMMA)

Aufgaben GDRMMA:

• Einmischen des Wasserstoffs

in den Erdgasvolumenstrom

• Wasserstoffanteil im

Volumenstrom: max. 2 %

• Messung des Volumenstroms

von Erdgas und Wasserstoff,

der Drücke und der

Gasqualität des erzeugten

Wasserstoffs

• Einspeisung des

Gasgemisches mit konstantem

Druck in das Erdgasverteilnetz


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29

BACKUP

BACKUP


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Strom zu Gas ist die integrative Lösung zur Umsetzung der

Energiewende durch Verknüpfung des Strom- und Gasnetzes


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Bekanntes aus dem Chemieunterricht wird wieder angewendet

+ -

Gleichspannung

H2O

H2 O2

Anode Kathode

Mögliche Elektrolyseverfahren: • Membran-Elektrolyse

• Alkalische-Elektrolyse

Wasser & Strom

Wasserstoff & Sauerstoff

Die Elektrolyse als Umwandlungsschritt von Strom zu Gas


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Nur chemische Langzeitspeicher können elektrische Energie

im TWh-Bereich aufnehmen

Stromspeichermethoden im Vergleich

Quelle: VDE-Studie Energiespeicher, Thüga Aktiengesellschaft

Stromspeichersystem

Langzeitspeicher Kurzzeitspeicher

Strom zu Gas

(chemische Speicher)

Batterie

• Begrenzte Speicherkapazität

• nur im Stundenbereich einsetzbar

Pump-

speicher

Druckluft-

speicher

Power to

Heat

• Infrastruktur bereits flächendeckend vorhanden

• unbegrenzte Speicherkapazität

• im Tages-/Wochenbereich einsetzbar


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Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden

Integration der neuen Technologien in bestehende technische

Regelungen der Erdgasinfrastruktur

Schaffung von Anreizen, um die unstetige Einspeisung von Strom aus

fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu kompensieren

Schaffung von Rahmenbedingungen, für einen verlässlich planbaren

und wirtschaftlich auskömmlichen Betrieb von Anlagen

Schaffung zeitlich und im Volumen begrenzter

Markteinführungsinstrumente

Forderungen der Thüga-Gruppe

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Auch Solllastgänge mit schnellen Lastwechseln können von der

Anlage nachgefahren werden

• Der Lastgang wurde entworfen, um eine Reihe unterschiedlicher, repräsentativer

Betriebszustände über dem gesamten Betriebsbereich des Elektrolyseurs zu testen

• Ein Teil des Tests entspricht einem simulierten Windprofil

• Die Daten sind als Prozentwerte bezüglich Vollast angegeben

© Thüga Aktiengesellschaft, ITM Power


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Anordnung der Gebäude der Strom zu Gas- Demonstrations-

anlage der Thüga-Gruppe in Frankfurt am Main


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Das Integrated-Market-Model (Thüga) umfasst einen Kapazitätsmarkt für EE und

konv. Kraftwerke sowie erstmalig eine Einbeziehung der Nachfrage

Quellenverweis: Pressemeldung der Thüga Aktiengesellschaft


Environment

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