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!