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Power to Gas an Biogasanlagen als Kuppelstelle zwischen g g ppStrom- und Gasnetz
MicrobEnergy GmbHUlrich Schmack
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13 06 201217.04.2013
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04/13.06 2012
Inhalt
1. Energiewende und eigene Annahmen dazu
2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen
3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung
4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie
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13 06 2012
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04/13.06 2012
Inhalt
1. Energiewende und eigene Annahmen dazu
2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen
3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung
4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie
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Viessmann Gruppe - Komplettanbieterpp p
Broad Distribution Systems Engineering y g g
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04/
1.5 kW – 116 000 kW
Eigene Annahmen zur Energiewende
Strom wird überwiegend aus Sonne und Wind erzeugt Witt b di t i d St it i h ü ti
Vier Hauptaussagen – Szenario 2050 und der Weg dorthin
Strom wird überwiegend aus Sonne und Wind erzeugt Witterungsbedingt wird Strom zeitweise sehr günstig, zeitweise aber auch sehr teuer sein
- Strom im WärmemarktSt füh t KWK B t i b
Vi l Wi d t i d i
- Stromgeführter KWK-Betrieb- Wärmespeicher als mittelbaren Speicher - Batteriesystemen als Kurzzeitspeicher- Gasnetz als saisonaler Speicher
G l V i h h iViel Windstrom wird im Norden/ Nordosten erzeugt werden
- Gasnetz als Versorgungssicherheit
Nachdem die Grid-Parity am Verbrauchszähler erreicht ist, wird sich der PV (und Wind)-Ausbau zum Teil auch ohne Förderrichtlinien fortsetzen
Es wird deutlich mehr Leistung installiert sein, als durchschnittliche Last benötig wird, dadurch entstehen z T sehr große Überschüsse
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„Point of no return“
entstehen z. T. sehr große Überschüsse
- Stromspeicherung Tages- Wochen- und Quartalszyklisch
f d li h
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r„ist bereits 2012 überschritten
Bei steigenden Strombezugs-
erforderlich - Strom wird im Wärmemarkt gespeichert- Bedarfsverschiebung als Wertschöpfung
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04/Bei steigenden Strombezugs
kosten wegen höheren Netzumlagen werden Eigen-versorgungssysteme für Haushalt und Gewerbe attraktiver
Inhalt
1. Energiewende und eigene Annahmen dazu
2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen
3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung
4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie
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13.06 2012
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Energiesystem Deutschlandg yHeute hohe Primärenergieverluste
Endenergiebedarf 2010
Verkehr 700 TWh
Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh
Wärme 1.200 TWh
Σ2.400 TWh
Um 2.400 TWh Endenergie (Nutzenergie) bereit zu stellen, werden in Deutschland heute
ca. 4.000 TWh Primärenergie eingesetzt. Wir leisten uns derzeit einen Verlust von 40%.
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Dieser Verlust entspricht ca. 200 Mio. Tonnen Steinkohle, auf LKWs verladen (30t
Ladung, 20m Länge) bedeutet das eine LKW Kette von 133.000 km, das entspricht
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rLadung, 20m Länge) bedeutet das eine LKW Kette von 133.000 km, das entspricht
dreimal dem Erdumfang.
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04/
Energiesystem Deutschlandg yStromproduktion heute konventionell/hohe Auslastung
Endenergiebedarf 2010
Verkehr 700 TWh
Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh
Wärme 1.200 TWh
Σ2.400 TWh
Stromproduktion netto (nach Verlusten) 2012:
Kernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWhKernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWh
Fossil inkl. Pumpspeischer 90 GW x 3300 h 300 TWh
Erneuerbare: 70 GW x 1600 h 110 TWh
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installierte Leistung 172 GW x 3000 h
Strombedarf Ø : 57 GW x 8760 h Σ500 TWh
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Höchstlast: 84 GW
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Energiesystem Deutschlandg yStromproduktion heute konventionell/hohe Auslastung
Endenergiebedarf 2010
Verkehr 700 TWh
Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh
Wärme 1.200 TWh
Σ2.400 TWh
Stromproduktion netto (nach Verlusten) 2012:
Kernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWhKernenergie: 12 GW x 7500 h 90 TWh
Fossil inkl. Pumpspeischer 90 GW x 3300 h 300 TWh
Erneuerbare: 70 GW x 1600 h 110 TWh
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installierte Leistung 172 GW x 3000 h
Strombedarf Ø : 57 GW x 8760 h Σ500 TWh
Ø Last zu installierter Leistung = Faktor 3
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Höchstlast: 84 GW
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Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gEinsparungen im Verkehrs- und Wärmesektor angestrebt
Endenergiebedarf 2010
Verkehr 700 TWh
Elektrizität 500 TWhElektrizität 500 TWh
Wärme 1.200 TWh
Σ2.400 TWh
Endenergiebedarf 2050
(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)
Davon Verkehr 400 TWh
Davon Elektrizität 500 TWh
D Wä 550 TWh
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Davon Wärme 550 TWh
Σ1.450 TWh
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Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gÜberwiegende Erzeugung aus Erneuerbare
Endenergiebedarf 2050
(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)
Davon Verkehr 400 TWhDavon Verkehr 400 TWh
Davon Elektrizität 500 TWh
Davon Wärme 550 TWh
Σ1.450 TWh
Energieproduktion 2050:
Ziel der Bundesregierung: 60% Endenergie aus Erneuerbare
Windkraft 200 GW x 3.000 h 600 TWh
PV 200 GW 1 000 h 200 TWh
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PV 200 GW x 1.000 h 200 TWh
Sonstige EE 50 GW x 2.000 h 100 TWh
installierte Leistung 450 GW x 2.000 h
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installierte Leistung 450 GW x 2.000 h
Strombedarf Ø : 57 GW x 8.760 h Σ500 TWh
Überproduktion p.a.: ca. Σ400 TWh
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Überlast peak 200 bis 300 GW
Energiesystem Deutschland - zukünftigg y gÜberwiegende Erzeugung aus Erneuerbare
Endenergiebedarf 2050
(Ziel der Bundesregierung: 40% Einsparung durch Effizienz zu 2010)
Davon Verkehr 400 TWhDavon Verkehr 400 TWh
Davon Elektrizität 500 TWh
Davon Wärme 550 TWh
Σ1.450 TWh
Energieproduktion 2050:
Ziel der Bundesregierung: 60% Endenergie aus Erneuerbare
Windkraft 200 GW x 3.000 h 600 TWh
PV 200 GW 1 000 h 200 TWh
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PV 200 GW x 1.000 h 200 TWh
Sonstige EE 50 GW x 2.000 h 100 TWh
installierte Leistung 450 GW x 2.000 h Ø Last zu
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installierte Leistung 450 GW x 2.000 h
Strombedarf Ø : 57 GW x 8.760 h Σ500 TWh
Überproduktion p.a.: ca. Σ400 TWh
Ø Last zu installierter Leistung = Faktor 8
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Überlast peak 200 bis 300 GW
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh
Überschuß-strom5 TWh
201 TWh
WindStrom-Export
Wärmelast KWK l
Wind onshore
205 GW513 TWh
KWK+solarzentral
Wärmelast total
611 TWh
Wind offshore
611 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
25 GW88 TWh
Wärmelast Mini-KWK +
l
Wasserkraft
5 GW21 TWh
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solar
Wärmelast Gas-WP +
Strom Import
© V
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mGas WP + solar
Ü
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0 GW0 TWh
Σ1.120 TWh
Überschuß-wärme
Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh
Überschuß-strom5 TWh
201 TWh
WindStrom-Export
Wärmelast KWK l
Wind onshore
205 GW513 TWh
KWK+solarzentral
Wärmelast total
611 TWh
Wind offshore
611 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
25 GW88 TWh
Wärmelast Mini-KWK +
l
Wasserkraft
5 GW21 TWh
man
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solar
Wärmelast Gas-WP +
Strom Import
Energetische SanierungReduktion des
Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes
Wandlungs- und
© V
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mGas WP + solar
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0 GW0 TWh
gWärmeverlusteCa. 200 TWh
Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt
Ca. 500 TWh
Σ1.120 TWh
Überschuß-wärme
Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh
Überschuß-strom5 TWh
201 TWh
WindStrom-Export
Wärmelast KWK l
Wind onshore
205 GW513 TWh
Bio-masse
50 TWh
Elektr.Wärme-pumpe
145 GW
KWK+solarzentral
Wärmelast total
611 TWh
Wind offshore
50 TWh
Erdgas
Solar-thermieZentral
Solar-thermie76 GW
611 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
25 GW88 TWh
50 TWh29 GW
Mini-KWK
30 GW Wärmelast Mini-KWK +
l
Wasserkraft
5 GW21 TWh
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Solar-thermie0 GW
Gas-
solar
Wärmelast Gas-WP +
Strom Import
Energetische SanierungReduktion des
Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes
Wandlungs- und
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mWärme-pumpe48 GW
Solar-thermie
Gas WP + solar
Ü
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0 GW0 TWh
gWärmeverlusteCa. 200 TWh
Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt
Ca. 500 TWh
Σ1.120 TWh
25 GW Überschuß-wärme
Σ441 GWΣ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Batterie- Pump-
201TWh
500TWh
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh speicher
56 GWh
pspeicher
60 GWh
10.5TWh
9.9TWh
9TWh
7TWh 5
TWhÜberschuß-
strom5 TWh
201 TWh
WindPower-to-Gas
69 GW
Methan-speicher
68 TWh
GuD
24 GWWärme-speicher zentral
Strom-Export
Wärmelast KWK l
513TWh
180TWh
53
7TWh
0
TWh108
TWh 14TWh 15
TWh15
TWh
12TWh
Wind onshore
205 GW513 TWh
17
Bio-masse
50 TWh
KWKzentral
11 GW
Elektr.Wärme-pumpe
145 GW
zentral47 Mio. m³
KWK+solarzentral
Wärmelast total
608 TWh88
TWh
53
TWh
12 Wärme-
4TWh
TWh TWh
85TWh
361TWh
20TWh
Wind offshore
17TWh
50 TWh
Erdgas
11 GW
Solar-thermieZentral
Solar-thermie76 GW
608 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
TWhTWh
Wärmespei-cher
11TWh
0TWh
37 TWh
64TWh
245TWh
186TWh
368TWh1
25 GW88 TWh
50 TWh29 GW
Mini-KWK
30 GW Wärme-spei-
Wärmelast Mini-KWK +
l
21TWh
122TWh
37 TWh
61 Twh
TWhTWh
5.1
Wasserkraft
5 GW21 TWh
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Solar-thermie0 GW
Gas-
spei-cher
solar
Wärmelast Gas-WP +0
0TWh
0TWh
0TWh
50TWh
112TWh
104 114
TWhEnergetische SanierungReduktion des
Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes
Wandlungs- und Strom Import
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mWärme-pumpe48 GW
Solar-thermie
Wärme-spei-cher
Gas WP + solar
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0TWh
54TWh
0TWh
25TWh
104TWh
10TWh
114TWh
gWärmeverlusteCa. 200 TWh
Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt
Ca. 500 TWh
p
0 GW0 TWh
Σ1.120 TWh
25 GW Überschuß-wärme
4TWh
50TWh
32TWh
TWh
7TWhΣ441 GW
Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Batterie- Pump-
201TWh
500TWh
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh speicher
56 GWh
pspeicher
60 GWh
10.5TWh
9.9TWh
9TWh
7TWh 5
TWhÜberschuß-
strom5 TWh
201 TWh
WindPower-to-Gas
69 GW
Methan-speicher
68 TWh
GuD
24 GWWärme-speicher zentral
Strom-Export
Wärmelast KWK l
513TWh
180TWh
53
7TWh
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TWh108
TWh 14TWh 15
TWh15
TWh
12TWh
Wind onshore
205 GW513 TWh
17
Bio-masse
50 TWh
KWKzentral
11 GW
Elektr.Wärme-pumpe
145 GW
zentral47 Mio. m³
KWK+solarzentral
Wärmelast total
608 TWh88
TWh
53
TWh
12 Wärme-
4TWh
TWh TWh
85TWh
361TWh
20TWh
Wind offshore
17TWh
50 TWh
Erdgas
11 GW
Solar-thermieZentral
Solar-thermie76 GW
608 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
TWhTWh
Wärmespei-cher
11TWh
0TWh
37 TWh
64TWh
245TWh
186TWh
368TWh1
25 GW88 TWh
50 TWh29 GW
Mini-KWK
30 GW Wärme-spei-
Wärmelast Mini-KWK +
l
21TWh
122TWh
37 TWh
61 Twh
TWhTWh
5.1
Wasserkraft
5 GW21 TWh
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Solar-thermie0 GW
Gas-
spei-cher
solar
Wärmelast Gas-WP +0
0TWh
0TWh
0TWh
50TWh
112TWh
104 114
TWhEnergetische SanierungReduktion des
Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes
Wandlungs- und Strom Import
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mWärme-pumpe48 GW
Solar-thermie
Wärme-spei-cher
Gas WP + solar
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54TWh
0TWh
25TWh
104TWh
10TWh
114TWh
gWärmeverlusteCa. 200 TWh
Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt
Ca. 500 TWh
p
0 GW0 TWh
Σ1.120 TWh
25 GW Überschuß-wärme
4TWh
50TWh
32TWh
TWh
7TWhΣ441 GW
Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Batterie- Pump-
201TWh
500TWh
Elektrische Last
500 TWh
Photovoltaik
206 GW201 TWh speicher
56 GWh
pspeicher
60 GWh
10.5TWh
9.9TWh
9TWh
7TWh 5
TWhÜberschuß-
strom5 TWh
201 TWh
WindPower-to-Gas
69 GW
Methan-speicher
68 TWh
GuD
24 GWWärme-speicher zentral
Strom-Export
Wärmelast KWK l
513TWh
180TWh
53
7TWh
0
TWh108
TWh 14TWh 15
TWh15
TWh
12TWh
Wind onshore
205 GW513 TWh
17Gesamtinvestition ca 800 bis 1 000 MrdBio-
masse
50 TWh
KWKzentral
11 GW
Elektr.Wärme-pumpe
145 GW
zentral47 Mio. m³
KWK+solarzentral
Wärmelast total
608 TWh88
TWh
53
TWh
12 Wärme-
4TWh
TWh TWh
85TWh
361TWh
20TWh
Wind offshore
17TWh
Gesamtinvestition ca. 800 bis 1.000 Mrd.Jährliche Kosten ca. 100 bis 120 Mrd.Das entspricht in etwa den heutigen
Ausgaben für Energie pro Jahr50 TWh
Erdgas
11 GW
Solar-thermieZentral
Solar-thermie76 GW
608 TWh
Wärmelast elektr. WP +
solar
TWhTWh
Wärmespei-cher
11TWh
0TWh
37 TWh
64TWh
245TWh
186TWh
368TWh1
25 GW88 TWh
Ausgaben für Energie pro Jahr
Vi l U t h St di d d Q ll50 TWh
29 GW
Mini-KWK
30 GW Wärme-spei-
Wärmelast Mini-KWK +
l
21TWh
122TWh
37 TWh
61 Twh
TWhTWh
5.1
Wasserkraft
5 GW21 TWh
Viele Untersuchungen, Studien und andere Quellen kommen zu einem ähnlichen Ergebnis, z.B.,
Fraunhofer ISE, Photon, IZES, Ökoinstitut, BEE, Boston Consulting Group
man
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Solar-thermie0 GW
Gas-
spei-cher
solar
Wärmelast Gas-WP +0
0TWh
0TWh
0TWh
50TWh
112TWh
104 114
TWhEnergetische SanierungReduktion des
Wärmebedarfs auf 60% des 2010-Wertes
Wandlungs- und Strom Import
Boston Consulting Group
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mWärme-pumpe48 GW
Solar-thermie
Wärme-spei-cher
Gas WP + solar
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0TWh
54TWh
0TWh
25TWh
104TWh
10TWh
114TWh
gWärmeverlusteCa. 200 TWh
Energie aus Biomasse, Erdgas und Umwelt
Ca. 500 TWh
p
0 GW0 TWh
Σ1.120 TWh
25 GW Überschuß-wärme
4TWh
50TWh
32TWh
TWh
7TWhΣ441 GW
Σ 823TWh Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012, eigene Berechnungen
Ein mögliches Szenario 2050Winterwoche
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4/20
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© M
icro
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Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012
Ein mögliches Szenario 2050Frühjahrswoche
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04
Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012
Ein mögliches Szenario 2050Sommerwoche
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04
Quelle: Fraunhofer ISE, Hans Martin Henning 2012
Früher: Bedarfsabhängige ErzeugungGut und langfristig planbarGut und langfristig planbar
Stundenkontrakte
Tagesganglinie
Stundenkontrakte
50 GW
g g g
Spitzenlast
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Grundlast
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ting
2013
01.1
0.20
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0 6 12 18 24
Langfristige Basisversorgung
Stra
tegi
eme 0
Folie
22
0 6 12 18 24
Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtnur kurzfristig planbar, lokal unterschiedlichnur kurzfristig planbar, lokal unterschiedlich
50 GWPV-Energie
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PV Energie
© V
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mee
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01.1
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0 6 12 18 24
Stra
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eme 0
Folie
23
0 6 12 18 24
Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtSpeicher verschieben Erzeugung Richtung BedarfSpeicher verschieben Erzeugung Richtung Bedarf
PV EnergiePV-Energie
50 GW
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Wi d E i
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01.1
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Wind-Energie
Stra
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24
0 6 12 18 24
Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtGünstiger ist es, den Bedarf Richtung Erzeugung zu verschiebenGünstiger ist es, den Bedarf Richtung Erzeugung zu verschieben
PV EnergiePV-Energie
50 GW
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Wi d E i
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01.1
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Wind-Energie
Stra
tegi
eme 0
Folie
25
0 6 12 18 24
Herausforderungen der Energiewende Statt steuerbare Erzeugung steuerbaren Verbrauch
Die Herausforderung besteht darin, dass wir von einer bedarfsabhängigen Erzeugung zu einer dargebotsabhängigen Verwendung kommen müssen.
Dem Marktgesetz von Angebot und Nachfrage folgend kann daraus geschlossen werden, dass die geänderten Strukturen auf der Erzeugungsseite eine Änderungen derdass die geänderten Strukturen auf der Erzeugungsseite eine Änderungen der Strukturen auf der Verbrauchsseite nach sich ziehen werden – marktbedingt zunächst lokal, dann regional und langfristig national/international
Der Wärmemarkt ist aufgrund der tageszyklischen Speicherbarkeit prädestiniert, den „Überschussstrom“ dargebotsabhängig zu verwenden
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Wertschöpfung erfolgt dort, wo die Steuerung des Verbrauchs optimiert werden kann
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Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“
Stromnetz
Betrieb
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BHKW
Betrieb
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Gasnetz
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Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“
Stromnetz
Betrieb
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BHKW
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Gasnetzvermiedenes
Gas
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Wärmemarkt als Lösungsanbieter Speicherpotential „Power to heat“
Haushalte in Deutschland mit eigener ZentralWW-Heizung ca. 18 Mio.
Theoretisch mögl Heizstableistung pro Haushalt 10 kWTheoretisch mögl. Heizstableistung pro Haushalt 10 kW
Gesamt Leistung ca. 180 GWg
Kapazität pro Tag (nur Warmwasserbereitung = 10kwh/Haushalt und Tag) ca. 180 GWh/d
Kapazität pro Jahr ca. 65 TWh/a
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Zum Vergleich:
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Mic
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neZum Vergleich:
Am bisher ertragreichsten PV Tag in Deutschland (25. Mai 2012) betrug die
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04PV Einspeisung 179 GWh
Zukünftig: Erzeugung witterungsbedingtNeben kurzfristigen sind mittelfristig auch saisonale Effekte auszugleichen
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Zukünftiges Energiesystem: Kopplung von Strom und GasnetzPower to Gas
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Inhalt
1. Energiewende und eigene Annahmen dazu
2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen
3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung
4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie
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Biologische MethanisierungBiogas-Prozess
50% CH450% CO2
Biomasse (Polymere)
Hydrolyse
Monomere (gelöste org. Verbind.)
Acidogenese
organische Säuren Alkohole CO2 + H2
Acetogenese
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Essigsäure
Methanogenese
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Biogas: 50% CH4 + 50% CO2
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Biologische MethanisierungBiogas-Prozess + biol. Methanisierung
50% CH450% CO2 H2
Elektrolyse
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Biomasse (Polymere)
Hydrolyse
Monomere (gelöste org. Verbind.)
Acidogenese
organische Säuren Alkohole CO2 + 4H2
Acetogenese
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Essigsäure
Methanogenese
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Biogas: 95% CH4 (SNG)
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Biologische MethanisierungMethanogenese
Wenig komplexer Prozess
Methanogenese
Regulierbar:
-Anschaltbar bei Verfügbarkeit von H2/CO2
-Abschaltbar bei Fehlen der Gase =
„Ruhezustand der Mikroorganismen“„Ruhezustand der Mikroorganismen
Wirkungsgrad von 75 bis 80%
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CO + 4H CH + 2H O
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Quelle: Brock, Mikrobiologie
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
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Zwei Möglichkeiten der Methanisierung:T h i h k t l ti h d bi l i hTechnisch-katalytisch und biologisch
Biologische Lösung: Methanogenese
Technische Lösung: Sabatier-Prozess (1902)
Elektrolyse2 H2O2 H2+O2
ÜberschussstromPro:
Gut steuerbar
Pro:
Geringe Temperatur
Methanisierung
2 H2O 2 H2+O2Gute Skalierbarkeit
Kontra:
g pNiedriger Druck (Biogasanwendung)Keine hohen Anforderungen an Reinheit der Gase
Temperatur (>250°C) geeigneter Katalysator
Temperatur(40-70°C), wässrige
UmgebungMethanisierung
4 H2 +CO2 CH4 +H2OSeltene RohstoffeEmpfindlicher KatalysatorHohe Reinheit der
Flexibel Kleine Einheiten –Dezentraler Einsatz möglich
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Gase erforderlichHohe TemperaturGeringe FlexibilitätHoher Druck
Kontra:
Biologisches System
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Hoher Druck
Wahrscheinlicher Einsatzbereich: Wahrscheinlicher Einsatzbereich:
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e 36zentral bei großtechnischen Industrieprozessen
z.B. wie Kraftwerken,Stahl- oder Zementherstellg.dezentral bei Brauereien, Brennereien und Biogasanlagen
Restwasserstoff kleiner 5% in der kontinuierlichen Cofire-Kultur t V ä M i il d Z i h W t ffunter Vergärung von Maissilage und Zumischen von Wasserstoff
32,0 NL H2
Wasserstoff‐umsatz 94%
2,1 NL H2
24 5 NL CH
, 2
Produktgasqualität:Eduktgasqualität:
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24,5 NL CH4
22 6 NL CO
47,2 NL Biogas
32,7 NL CH4
15 0 NL CO
Produktgasqualität:CH4 : 66%CO2 : 30%H2 : 4%
Eduktgasqualität:CH4 : 52%CO2 : 48%
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ne22,6 NL CO2 15,0 NL CO22
79 2 NL Mischgas 49 1 NL Produktgas
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0479,2 NL Mischgas 49,1 NL Produktgas
Erstes BION®-Projekt im technischen Maßstab
Elektrolyse: Alkali Elektrolyse (ErreDue)
El L i t 110 kWEl. Leistung: 110 kW
H2-Produktion: max. 20Nm³
H2 V d M th i i i Bi f tH2 Verwendung: Methanisierung im Biogasfermenter
CH4 Verwendung: Rückverstromung im BHKW
Ziel des Projektes: Demonstration und Weiterentwicklung der TechnologieZiel des Projektes: Demonstration und Weiterentwicklung der Technologie
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100m³-Fermenter
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Inhalt
1. Energiewende und eigene Annahmen dazu
2 Ei ö li h S i 2050 d i2. Ein mögliches Szenario 2050 und seine Herausforderungen
3 Biologische Methanisierung3. Biologische Methanisierung
4. Rolle und Potenziale der PtG-Technologie
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Regelenergiemarkt
Notwendigkeit von Regelleistung
Last höher als Prognose Ab f iti R ll i t Abruf von positiver Regelleistung
Prognose höher als Last Abruf von negativer Regelleistung
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bHQuelle: dena: Integration EE, Endbericht (15.08.2012, Seite 74)
Abruf von negativer Regelleistung
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Prognosefehler: Abweichung des viertelstündlichen Mittelwerts der tatsächlichen Last vom prognostizierten Wert
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Rauschen: Abweichungen des tatsächlichen Verlaufs der Last vom viertelstündlichen Mittelwert
Regelenergie Regelenergiemarkt - Leistung
Verbrauch Erzeugungg g
Max.84 GW
Konv.97 GW84 GW Wind
30 GWPV
28 GW97 GW
Biom.6 GW
min.20 GW
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neg. Regelleistung pos. Regelleistung
6 GW20 GW
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Primär-regel-
leistung
Sekundär-regel-
leistung
Minuten-reserve
Primär-regel-
Leistung
Sekundär-regel-
leistung
Minuten-reserve
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04leistung0,6 GW
leistung2,1 GW 2,4 GW
Leistung0,6 GW
leistung2,1 GW2,4 GW
Wirtschaftliche BetrachtungenAusgangszustand
55% CH455% CH445 % CO20% H2
GasaufbereitungBiomethan (~100%CH4) 275 Nm³/h
netz
GasaufbereitungRohbiogas 500 Nm³/h
CH4 275 Nm³/hCO2 225 Nm³/h
Gas
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Wirtschaftliche BetrachtungenBiogasanlage mit PtG Anlage
60% CH4
Gasaufbereitung netz
60% CH439 % CO21% H2
Biomethan (~100%CH4) 304 Nm³/h
GasaufbereitungRohbiogas 506 Nm³/h
CH4 304 Nm³/hCO2 197 Nm³/h
/
Gas
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davon Speichergas29 Nm³/h
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H2 6 Nm³/h
H2 120 Nm³/h
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Elektrolyseur
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Biogas: Die Technologie zum Ausgleich von fluktuierenden erneuerbaren Energien und Nachfrageschwankungen
Leistung
Stromnetz
Strom ProduktionStromüberschuß
Strom-Produktion
Einspeisung
Elektrolyseur Methani-sierung
BHKWEinspeisung erneuerbarer Energien
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Stromnachfrage
sierungStromdefizit
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neStromnachfrage
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ZeitGasleitung
Speicherpotenzial BiogasBiogasanlagen in Deutschland
Biogasanlagen in Deutschland: ca. 7.500
Installierte Leistung: ca. 3 GW
Durchschnittliche Laufzeit p.a. ca. 7.400h
Produzierte el. Energie: ca. 22 TWh
Speicherkap. Derzeit (4h) ca. 12 GWh
Umbau intermittierender Betrieb: ca. 9 GWca. 48 GWh
Kopplung mit PtG: ca. 15 GWca. 75 GWh
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Installierte neg. Leistungbei 1000h Betrieb/a: ca. 30 GW
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