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Elektrolyse an Wasserstofftankstellen – eine geeignete Anwendung von Power to Gas?

Fabian Grüger 20.06.2017 Jahreskonferenz Power to Gas

2 | Reiner Lemoine Institut – Jahreskonferenz Power to Gas 2017

Agenda

Sind Wasserstofftankstellen relevant für Power to Gas?

Projekt „H2BER“

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden?

Projekt „H2BER“

Ergebnisse zu Betrieb und Wirtschaftlichkeit

Agenda

Projekt „H2BER“

Sind Wasserstofftankstellen relevant für Power to Gas? Status Quo H2-Tankstellen

Wasserstofftankstellen in Deutschland

Gegenwärtig gibt es 28 H2-Tankstellen, ~30 sind im Bau.

Quelle: H2 Mobility

Sind Wasserstofftankstellen relevant für Power to Gas? Ausbaupläne H2-Tankstellen

H2 Mobility plant: bis 2018: 100 Tankstellen

bis 2023: 400 Tankstellen

Quelle: H2 Mobility

Sind Wasserstofftankstellen relevant für Power to Gas? Ausbaupläne H2-Tankstellen

* Quelle:

Huétink, F. J. et al., Initial infrastructure

development strategies for the transition to

sustainable mobility, October 2010

H2 Mobility plant: bis 2018: 100 Tankstellen

bis 2023: 400 Tankstellen

Das Tankstellennetz muss darüber hinaus weiter ausgebaut werden.

10001500200025003000

Sind Wasserstofftankstellen relevant für Power to Gas? Bedarf an Elektrolyse

Bedarf an Elektrolyse

Mittelfristig sollte der Wasserstoff für Tankstellen vollständig aus Elektrolyse stammen.

bei 100 Tankstellen sind etwa 40 MW Elektrolyseleistung nötig

Bedarf an Elektrolyse

Mittelfristig sollte der Wasserstoff für Tankstellen vollständig aus Elektrolyse stammen.

Perspektivisch: Wenn 10 % der PKW-Strecken mit H2 zurückgelegt werden, sind

etwa 4 GW Elektrolyseleistung nötig

Wirtschaftlichkeit von Onsite-Elektrolyse

Onsite-Elektrolyse vs. zentrale Elektrolyse:

geringe Elektrolyseleistung führt zu höheren spezifischen Kosten + niedrigere Hürde, da geringeres Invest + Keine Transportlogistik und -kosten

H2 kann an Tankstellen zu einem hohen Preis verkauft werden: gegenwärtig etwa 8 €/kg netto. Wirtschaftlichkeit ist gegenwärtig dennoch nicht gegeben.

H2 kann an Tankstellen zu einem hohen Preis verkauft werden: gegenwärtig etwa 8 €/kg netto. Wirtschaftlichkeit ist gegenwärtig dennoch nicht gegeben. Kann die Vermarktung der Flexibilität dies ändern?

Agenda

Projekt „H2BER“

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Projektvorstellung H2BER

Entwicklung intelligenter Betriebsstrategien für die H2-Tankstelle am Flughafen BER

Simulation aller Tankstellenkomponenten, wie

Elektrolyse, H2-Speicher und -Verdichter

Entwicklung intelligenter Betriebsstrategien mit

Berücksichtigung von Prognosen

Optimierung der Komponentenauslegung für

zukünftige Tankstellen

Partner

Zeitraum: 01.01.2015 – 31.12.2016 Ort: Flughafen BER

Förderung

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Projektvorstellung H2BER

Druckelektrolyseur

H2-Feststoffspeicher H2-Niederdruckspeicher

H2-Mitteldruckspeicher

Nicht sichtbar: Hochdruckverdichter, Hochdruckspeicher, H2-Dispenser und bivalentes BHKW

Quelle: RLI

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Flexibilitätsoptionen

Flexibilitätsoptionen für Elektrolyse

Spotmarktteilnahme (Arbitrage)

Regelenergiemarktteilnahme

Primär

Sekundär

Tertiär (Minutenreserve)

Primär

Sekundär

Kopplung mit Erneuerbaren Energien

Prognosefehlerausgleich

Peak-Shaving / Valley-Filling

Gezielte Nutzung des EE-Stroms & Spotmarktteilnahme

Primär

Sekundär

Kopplung mit Erneuerbaren Energien

Prognosefehlerausgleich

Peak-Shaving / Valley-Filling

Gezielte Nutzung des EE-Stroms & Spotmarktteilnahme

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Spotmarktteilnahme

Spotmarkt

I: Spotmarkt- Szenario

Spotmarkt

I: Spotmarkt- Szenario

Nachfrage gemäß Tankstellenklasse „Small“

Elektrolyseur Nennleistung: ~450 kW Überlast: ~650 kW

Niederdruckspeicher Druck: 45 bar Volumen: 95 m³

Verdichter

Hochdruckspeicher Druck: 1.000 bar Volumen: 0,9 m³

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

Erfüllungstag Vortag

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

12 Uhr

Day-ahead Auktion: - Market clearing price - Stundenkontrakte

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

12 Uhr 15 Uhr

Intraday Auktion: - Market clearing price - ¼ - Stundenkontrakte

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

12 Uhr 15 Uhr

Intraday Auktion: - Market clearing price - ¼ - Stundenkontrakte Intraday Handel (kontinuierlich):

- Pay-As-Bid - Handel bis 30 Minuten vor Erfüllung möglich - ¼ - Stundenkontrakte

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

12 Uhr 15 Uhr

- Pay-As-Bid - Handel bis 30 Minuten vor Erfüllung möglich - ¼ - Stundenkontrakte Verwendung als

Strompreisprognose

Spotmarkt

0:00 -1:00 1:00 -2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 … 23:00-0:00

12 Uhr 15 Uhr

- Pay-As-Bid - Handel bis 30 Minuten vor Erfüllung möglich - ¼ - Stundenkontrakte

Stromeinkauf für Elektrolyse

Verwendung als Strompreisprognose

Spotmarkt

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Regelenergiemarktteilnahme

Sekundärregelleistungsmarkt (SRL)

II: Regelenergiemarktteilnahme (Szenario I + SRL)

f [Hz]

II: Regelenergiemarktteilnahme (Szenario I + SRL)

f [Hz]

Gebotene Leistung: 200 kW

Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)

Elektrolyseur

Negative Regelleistung

Wie kann die Flexibilität der Elektrolyse eingesetzt werden? Kopplung mit Erneuerbaren Energien

Windenergieanlagen-Anbindung

III: Windenergieanlagen-Szenario (Szenario I + Windenergieanlage)

Windenergieanlage (WEA) in räumlicher Nähe Nennleistung: 1,2 MW

Erzeugung Windenergieanlage

Max. Leistung Elektrolyseur

Verkauf am Spotmarkt (keine EEG-Vergütung)

Zukauf am Spotmarkt

Agenda

Projekt „H2BER“

Ergebnisse zu Betrieb und Wirtschaftlichkeit Methodik

Methodik zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit

Simulation eines Jahres in ¼-Stunden-Auflösung

Annuitätenmethode, Berücksichtigung von Invest- und Betriebsausgaben für:

Elektrolyse

Niederdruckspeicher

Hochdruckspeicher

Verdichter

Dispenser und Kühlung

Verrohrung / Aufbau

Windenergieanlage (WEA)

Annuitätenmethode, Berücksichtigung von Invest- und Betriebsausgaben für:

Elektrolyse

Niederdruckspeicher

Hochdruckspeicher

Verdichter

Dispenser und Kühlung

Verrohrung / Aufbau

Windenergieanlage (WEA)

Umlage der Gesamtkosten auf die nachgefragte Wasserstoffmasse €/kg

10 €

12 €

14 €

Spotmarkt SRL WEA WEA"Medium"

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

7,98 €/kg Abgabepreis

Ergebnisse zu Betrieb und Wirtschaftlichkeit Vergleich der Szenarien

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg

12,85 €/kg

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg 11,58 €/kg

10,79 €/kg

12,85 €/kg

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg

9,32 €/kg

12,85 €/kg 11,58 €/kg

10,79 €/kg

Spotmarkt mit Vorausschau

Spotmarkt simpel

Spotmarkt mit Vorausschau

Spotmarkt simpel

Enthält Kosten für Aufbau und Betrieb der WEA Enthält Erlöse aus dem Verkauf von nicht für Elektrolyse nutzbaren Strom

Reduziert auf 40 %

Sankey-Diagramm: WEA-Szenario

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg

9,32 €/kg

12,85 €/kg 11,58 €/kg

10,79 €/kg

10 €

12 €

14 €

in €

Simpel

Mit Vorausschau

Ohne Umlagen

13,06 €/kg

9,32 €/kg

8,07 €/kg

12,85 €/kg 11,58 €/kg

10,79 €/kg

Agenda

Projekt „H2BER“

1. Im Verkehrssektor können hohe H2-Preise erzielt werden.

2. Der Markt kann eine bedeutende Größe erreichen.

3. Auslastung der Tankstellen ist sehr wichtig für die Wirtschaftlichkeit.

4. Flexibilität der Onsite-Elektrolyse kann gut in Verbindung mit einer WEA genutzt werden.

5. Die Wirtschaftlichkeit kann erreicht werden, wenn Regularien für Eigenstromnutzung

angepasst werden.

Vielen Dank!

Kontakt: Fabian Grüger Tel.: +49 30 1208-434-34 fabian.grueger@rl-institut.de Reiner Lemoine Institut gGmbH Rudower Chaussee 12 12489 Berlin

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