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

7

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

9

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

2

4 1

2

3

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

13

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

18

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

22

Was haben wir gemacht? 2012 bis 2016

23

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

8

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