Workshop Energiepolitik am ScheidewegWorkshop I – Forschung und Entwicklung als Schlüssel zur Speicherung von Energie

Düsseldorf, 18. November 2013Dr.-Ing. Rolf Albus

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Energiespeicherung - Hintergrund

Die Ausregelung von Last (Bedarf) und Einspeisung (Erzeugung) wird essentiell für die Netzstabilität – auf der Stromseite. o Der massive Ausbau der Erzeugungs-

kapazität der Erneuerbaren Energiequellen (Windkraftanlagen, PV) führt zu Strom-spitzen:Erzeugung und Bedarf sind nicht mehr synchron.

o Das Stromnetz verfügt über keine nennenswerten Speicherkapazitäten.

Quelle: BMWi, GWI, 2013Folie 2

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StromnetzKohle

Kohle-KW

Industrie

Gasnetz Erneuerbare Energien

GuD-KW

Industrie

Mikro-KWK

BHKW Fluk

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Ausregelung zur Netzstabilisierung:Hochflexible Erzeugung, Lastmanagement, Netz- und Speicherausbau

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Energienetze und ihre Kopplung

Ausregelung von Last (Bedarf) und Einspeisung (Erzeugung) ist erforderlich.

Quelle: GWI, 2013

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Fluk

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Speicheroptionen – e-mobility

Strom aus Erneuerbaren Energiequellen wird in KFZ-Batterien gespeichert.

Quelle: GWI, 2013

Speicher-kapazität von 45 Mio. KFZ

ca. 6 Stunden

Batterien von 45 Mio. KFZ

e-mobility Stromnetz Erneuerbare Energien

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StromnetzGasnetz Erneuerbare Energien

GuD-KW

Industrie

Mikro-KWK

BHKW

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Speicheroptionen – Power-to-Gas

Strom aus Erneuerbaren Energiequellen wird chemisch gespeichert.

Quelle: GWI, 2013

Speicher-kapazität von

Netz und Gasspeichern

ca. 60 Tage

Existierende Speicher-kapazität

ca. 23 Mrd. m3N

ElektrolyseMethani-sierung

CO2

H2

CO2

H2Power-to-Gas

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[h]

Speicherkapazität [h]

Quelle: DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. Bonn, 2011

Speicheroptionen

Potenziale der verschiedenen Speichertechnologien.

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Autor Seite: 7 Folie 7

Speicheroptionen – Power-to-Gas

Power-to-Gas wird in verschiedenen Demonstrationsprojekten untersucht. Es sind alle Technologien vorhanden – aber der Teufel steckt im Detail.

Quelle: DVGW, 2011

o Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist ein altbekanntes Prinzip und wird seit Jahrzehnten erfolgreich in der chemischen Industrie eingesetzt. Auslegungsbasis Elektrolyseur ist eine gewünschte Wasserstoffmenge.

o Die P2G-Betriebsanforderungen sind heute: (Fluktuierende) Strommengen auf der Eingangsseite des Elektrolyseurs. Fragestellung: was machen wir dann mit dem Wasserstoff (Sauerstoff)?

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Strom im Gebäude – eine hochdynamische Randbedingung

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Die Dynamik ist beim realen Lastprofil wesentlich deutlicher ausgeprägt.

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Watt o Reales Lastprofil:

Ausgeprägte Spitzen und uneinheitlicher Verlauf; Differenzierung zw. WI, SO und ÜZ schwierig

Auf 1.000 kWh/a normiertes Standardlastprofil für Haushalte

Auf 1.000 kWh/a normiertes reales Lastprofil für Haushalte

WI – WinterÜZ – ÜbergangszeitSO – Sommer

o Normiertes Lastprofil: Einheitlicher und gedämpfter Verlauf

Quelle: VDMA, Thorsten Zoerner (www.stromhaltig.de), 2013

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Speicheroptionen – Batterien im Gebäude

Strom aus PV / KWK wird in Batterien gespeichert zur Optimierung des Stromeigenverbrauchs (Lastmanagement).

Quelle: Voltwerk, 2013

o Die optimale Systemintegration erfordert ein umfassendes und intelligentes Lastmanage-ment, das nicht an der Gebäudehülle halt macht.

o Gesamtprozessanalysen incl. Untersuchungen zu Netzrückkopplungen sind erforderlich.

o Eigenverbrauchsoptimierung kann / darf nicht zur Autarkie führen – Bezahlbarkeit von Lastspitzen?

o Für den Einsatz mit KWK gilt dergleiche Ansatz zur Optimierung des Eigenver-brauchs.

Batterie gestütztes Wechselrichtersystem zur Eigenverbrauchsoptimierung in einem 4-Personenhaushalt mit 5 kW Nennleistung, Speicherkapazität 8,8 kWh.

Autor

Speicheroptionen - Thermische Energie im Gebäude

Die Wärmespeicherung in Gebäuden ist auf dem Weg zu einem stromgeführten KWK-Betrieb eine zentrale Herausforderung, die umfassend und wirtschaftlich gelöst werden muss (Virtuelle Kraftwerke & Smart Grids)

Folie 10 Quelle: Prof. Dr. Bernhard Lenz, 2010

Autor Seite: 11

Fazit Speicherbedarf von Energie

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o Speicher sind notwendig für eine verlässliche Integration erneuerbarer Energien in die Energieversorgungssysteme (Glättung der fluktuierenden Erzeugung).

o Übertragungskapazität der Netze: 2009 wurde im Gasnetz eine Energiemenge von ca. 1.000 TWh übertragen, auf der Stromseite waren dies ca. 590 TWh.

o (Direkte) Speicherkapazität der Netze: Strom vernachlässigbar, Gasspeicher ca. 23 Mrd. m3

N.o Gasnetz als Speicher ist in ganz Deutschland flächendeckend verfügbar

(Gesamtlänge 475.000 km).o Vorhandene Speicherkapazitäten, z. B. Druckluftspeicher, Pumpspeicher sind kaum

ausbaufähig.o Elektrochemische und thermische Speicher eignen sich für die kurzzeitige

Speicherung. o Nur chemische Energiespeicher eignen sich für die Speicherung von Energie über

lange Zeiträume und in großen Mengen (hohe Flexibilität).

Die Möglichkeiten, chemische Energiespeicher wie H2 oder CH4 flexibel zu nutzen (Rückverstromung über KWK, (Ab)Wärmenutzung, Mobilität, Chemierohstoff), eröffnen neue Optionen für eine effektive und effiziente Energieversorgung.

Autor Seite: 12

Rahmenbedingungen für F&E

Wesentlicher Aspekte für erfolgreiche F&E zur Energiespeicherung liegt in der Mittel- bis Langfristigkeit der Programme. o Wesentliches Element künftiger forschungs- und technologiepolitischer Maßnahmen

sollte eine grundsätzliche Technologieoffenheit sein. o Bis zu einem wirtschaftlich vertretbaren Einsatz von chemischen und stofflichen

Energiespeichern muss ein längerer Zeithorizont veranschlagt werden. Somit stehen kurzfristig keine wirtschaftlich tragfähigen Lösungen zur Verfügung.

o Der F&E-Bedarf sämtlicher Speichertechnologien muss weiter identifiziert und strukturiert werden, insbesondere bei der Schlüsseltechnologie Elektrolyse, welche noch großes Potential zur Senkung der spezifischen Erzeugungskosten birgt: Deutschland zurzeit: 4.000 €/kW, USA: 489 $/kW (!)

o Für die technologische Entwicklung und die Umsetzung von F&E in Innovationen sind verlässliche und konstante Rahmenbedingungen und eine langfristig stabile Förderung mit solider Finanzierung notwendig:- Planungssicherheit für Investitionen der Unternehmen. - Ausrichtung der öffentlichen F&E-Förderprogramme auf einen langfristigen

technologischen Entwicklungshorizont.

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Herzlichen Dank für Ihre AufmerksamkeitDr.-Ing. Rolf AlbusGas- und Wärme-Institut Essen e.V. Hafenstraße 10145356 EssenTel.: +49 (0) 201 3618 - 101 Fax: +49 (0) 201 3618 - 102