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Agenda
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler
Energieversorger
Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem
Die Strom zu Gas-Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe
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3
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Die Ziele der Energiewende sind klar formuliert
Auszug aus den energiepolitischen Zielen der Bundesregierung und Status Quo:
Quellen: BMWi, BDEW, Thüga
2012 2020 2030 2040 2050
Treibhausgas-
emissionen
(ggü. `90)
- 25 % - 40 % - 55 % - 70 % - 80 %
Anteil EE an Brutto-
Endenergiever-
brauch
12 % 18 % 30 % 45 % 60 %
Anteil EE an
Stromverbrauch 24 %* 35 % 50 % 65 % 80 %
Absenkung
Stromverbrauch
(ggü. `08)
- 2 % - 10 % - 15 % - 25 %
* 2014 1.Halbjahr: 28,5% (vorläufig)
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Die Energiewende bedarf vier starker Säulen
ENERGIEWENDE ENERGIEWENDE
Erzeugung
STROMMARKTMODELL 2.0
z. B. Integrated-Market-Model der Thüga-Gruppe
Speicher Netze Effizienz
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Der fluktuierende Anteil der ins Energienetz zu integrierenden
elektrischen Energie aus EE wird künftig stark steigen
Datenquelle: bmu Leitstudie 2010, entso-e, TenneT
Künftiger Speicherbedarf durch den Ausbau Erneuerbarer Energien
gemäß einer Studie der Thüga Aktiengesellschaft - Beispielhafte Darstellung für März 2030
Durch die zunehmende Einspeisung von PV und Wind über den notwendigen
Bedarf hinaus, wird die Flexibilität des Energiesystems immer wichtiger
Quelle: Thüga Aktiengesellschaft
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Mit Hilfe der Strom zu Gas-Technologie kann Erneuerbare
Energie aus Wind und Sonne grundlastfähig gemacht werden.
Der Speicherbedarf an regenerativ
erzeugtem Strom im Jahr 2050 könnte
über 50 TWh betragen.
Nur chemische Langzeitspeicher
können elektrische Energie
im TWh-Bereich aufnehmen.
Quelle: Thüga Aktiengesellschaft
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Agenda
Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler
Energieversorger
Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem
Die Strom zu Gas-Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe
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Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Eine dezentrale Erzeugung aus Erneuerbaren Energien erfordert
eine dezentrale Speicherung überschüssiger EE
70 %
30 %
Gasverteilnetze Gastransportnetze
Quelle: BDEW, dena Verteilnetzstudie, WEMAG Netz GmbH
97 %
3 %
Verteilnetze Übertragungsnetze
Anteile der Einspeisung
Erneuerbarer Energien (D)
Anteil der Verteilnetze am
deutschen Gasabsatz
Ca. 97 % der Erneuerbaren
Energien werden dezentral erzeugt
Dezentrale Speicherung
naheliegend
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Die Speicherkapazität des Gasverteilnetzes reicht bei Weitem
aus, um den Speicherbedarf im Jahr 2050 zu decken
* Bei einem max. Anteil von 10% vol. Wasserstoff im Erdgas
Quelle: BDEW, eigene Analyse
Potenzial der Gasverteilnetze für die Speicherung von Wind- und Sonnenstrom
Jährliche Speicherkapazität des
Gasverteilnetzes → 200TWh
Speicherbedarf 2050 → 50 TWh
EE-Wasserstoff*
EE-Methan
→ 8 TWh
Die Gasverteilnetze, in Verbindung mit Strom zu Gas, haben
das größte Potential, um große Mengen Energie zu speichern.
Unser Slogan: "Strom zu Gas – Energiespeicher der Zukunft"
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Integration von Strom zu Gas in kommunale Netze
Quelle: Thüga Aktiengesellschaft
Die kommunalen Netze verbinden effizient die Erzeugung und
Nutzung volatiler Erneuerbarer Energien
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Für den Wasserstoff aus der Elektrolyse ergibt sich ein breites
Anwendungsfeld
Wasserstoff ist ein Multitalent für verschiedene Anwendungen
Rohstoff für die Industrie
Kraftstoff für die Mobilität
Brennstoff für die Wärmeversorgung
Brennstoff für die Rückverstromung in
KWK-Anlagen
Quelle: dena – Strategieplattform Power to Gas
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Vorteile der Integration der Strom zu Gas-Technologie in
kommunale Netze
Sämtliche notwendige Infrastruktur
für Betrieb bereits vorhanden
Erhöhung des Wirkungsgrades
(insbes. durch Abwärmenutzung)
Stromnetzentlastung durch
dezentrale Speicherung
Ausgeprägte Akzeptanz bei der
Bevölkerung
Potential zur Abminderung des
nötigen Netzausbaus
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Gasverteilnetze spielen eine wichtige Rolle im Energiesystem
von morgen
Vision der Thüga-Gruppe
• 97 % der regenerativen Energie
wird dezentral erzeugt
• Gasverteilnetze sind flächen-
deckend vorhanden
• Die vorhandenen Gasverteil-
netze können den künftigen
Speicherbedarf an überschüssi-
ger regenerativer Energie
decken
Die dezentrale Erzeugung regene-
rativer Energie erfordert eine
dezentrale Speicherlösung
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Zur Umsetzung der Energiewende ist mittel- bis langfristig Speicher-
bedarf im TWh-Bereich notwendig
Nur eine chemische Speicherung mit Strom zu Gas kann die benötig-
ten, langfristigen Speicherkapazitäten in ausreichender Menge bieten
Die Strom zu Gas-Technologie ist bekannt, die Anpassung an die
aktuellen Anforderungen muss erprobt werden
Die Politik muss zusammen mit Wirtschaft und Verbänden verlässliche
Rahmenbedingungen schaffen
Ein wirtschaftlicher Betrieb ist unter den derzeitigen Rahmenbeding-
ungen nicht möglich
Die Thüga-Gruppe möchte die Einbindung von Strom zu Gas in kommunale
Gasverteilnetze demonstrieren und aktiv dazu beitragen, die Rahmen-
bedingungen zu verbessern.
Politik und Energieversorgungsunternehmen müssen jetzt
beginnen die Technologie Strom zu Gas voranzubringen
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Agenda
Herausforderungen der Energiewende aus Sicht kommunaler
Energieversorger
Chancen von Strom zu Gas für ein integriertes Energiesystem
Die Strom zu Gas-Demonstrationsanlage der Thüga-Gruppe
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Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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13 Partner aus der Thüga-Gruppe realisieren eine Strom zu Gas-
Demoanlage zur Einspeisung von Wasserstoff in ein Verteilnetz
Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe
Sitz der beteiligten Projektpartner
Anlagenstandort:
Frankfurt am Main
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Im November 2013 wurde von unserer Anlage weltweit erstmalig
Wasserstoff in ein Gasverteilnetz eingespeist
27.09.2013
Ankunft Elektrolyseur in Frankfurt am Main
26.11.2013
Weltweit erstmalige Einspeisung von Wasserstoff in das Gasverteilnetz
07.05.2014
Offizielle Inbetriebnahmefeier
in Frankfurt am Main
2014 – 2016
Demonstrationsbetrieb mit wissenschaftlicher Begleitung
Ab 2017
evtl. Folgeprojekt
Strom zu Gas-Projekt der Thüga-Gruppe
Ende 2012
Unterzeichnung der Kooperations-
vereinbarung mit den Projektpartnern
25.03.2013
Vertragsunterzeichnung mit ITM Power
03.07.2013
1. Spatenstich
14.02.2014
Abnahme des Elektrolyseurs durch den TÜV Hessen
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Demonstration der Integration von Strom zu Gas-Anlagen in das
zukünftige Energiesystem
Prüfung der technischen Machbarkeit und Sammlung von Betriebs-
erfahrungen zur Einspeisung in die kommunalen Gasverteilnetze
Schaffung einer Grundlage zur politischen Diskussion zum Thema
Energiespeicher
Entwicklung eines möglichen Geschäftsfeldes
Standardisierung und Normungsarbeit
Wesentliche Ziele des Strom zu Gas-Projekts der Thüga-Gruppe
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Die energiepolitischen Rahmenbedingungen müssen geschaffen
werden
Technische
Regelungen
• Integration der neuen Technologien in bestehende
technische Regelungen der Erdgasinfrastruktur
– Zumischung und Einspeisung von H2
Bestehender
Rechtsrahmen u. a. EEG, EnWG, BImSchG,
EEWärmeG
• Schaffung von Anreizen, um die unstetige Einspeisung von Strom aus
fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu kompensieren
– Ermöglichung der Entwicklung verschiedener Nutzungspfade
– Sicherstellung eines verwendungspfadoffenen Einsatzes
– Befreiung von Letztverbraucherabgaben
Strommarkt-Modell
2.0
• Schaffung von Rahmenbedingungen, für einen verlässlich planbaren
und wirtschaftlich auskömmlichen Betrieb von Anlagen
– Geeignete (technologieoffene) Berücksichtigung von Speichern und
Alternativen
– Ermöglichung von Wettbewerb
– Thüga-Integrated-Market-Model
Erprobungs- und
Markteinführung
• Schaffung zeitlich und im Volumen begrenzter
Markteinführungsinstrumente
– Ermöglichung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebs
– Investitionszuschuss, zinsgünstige Finanzierung, Anschubfinanzierung
Die Forderungen der Thüga-Gruppe* für die verschiedenen Bereiche sind:
* Die Thüga-Forderungen sind in das Eckpunktepapier
der dena vom 18.06.2013 eingeflossen; s. dort. Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Impressionen: 27.09.2013: Die Anlieferung der Anlage
Die Anlage wiegt etwa 10 t und ist in einem Container
(2,45 m hoch, 6 m lang und 3,30 m breit) untergebracht.
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Die Strom zu Gas-Anlage der Thüga-Gruppe wird auf einem
Werksgelände der Mainova AG in Frankfurt am Main betrieben
Technologie: PEM – Elektrolyse
Elektrische Anschlussleistung: ca. 300 kW
Erzeugtes Wasserstoffvolumen: 60 Nm3/h
Geplante Betriebsarten für
den 3-jährigen Betrieb der
Thüga-Demonstrations-
anlage:
• Regelleistungsbetrieb –
Anbieten von negativer
Sekundärregelleistung
• Forschungsbetrieb
Anlagentechnik –
Anlagenparameter für
verschiedene Betriebsmodi
bestimmen
• Hybrides Kraftwerk –
Erneuerbare Energien
regelbar machen
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Funktionsschema: Wasserelektrolyse - PEM-Verfahren
Nach einer Idee der Humbolt State University
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Container mit PEM-Elektrolyseur vor Ort in Frankfurt
Quelle: Thüga Aktiengesellschaft, ITM Power
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Unsere Gasdruckregelmess- und Mischanlage (GDRMMA)
Aufgaben GDRMMA:
• Einmischen des Wasserstoffs
in den Erdgasvolumenstrom
• Wasserstoffanteil im
Volumenstrom: max. 2 %
• Messung des Volumenstroms
von Erdgas und Wasserstoff,
der Drücke und der
Gasqualität des erzeugten
Wasserstoffs
• Einspeisung des
Gasgemisches mit konstantem
Druck in das Erdgasverteilnetz
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Strom zu Gas ist die integrative Lösung zur Umsetzung der
Energiewende durch Verknüpfung des Strom- und Gasnetzes
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Bekanntes aus dem Chemieunterricht wird wieder angewendet
+ -
Gleichspannung
H2O
H2 O2
Anode Kathode
Mögliche Elektrolyseverfahren: • Membran-Elektrolyse
• Alkalische-Elektrolyse
Wasser & Strom
Wasserstoff & Sauerstoff
Die Elektrolyse als Umwandlungsschritt von Strom zu Gas
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Nur chemische Langzeitspeicher können elektrische Energie
im TWh-Bereich aufnehmen
Stromspeichermethoden im Vergleich
Quelle: VDE-Studie Energiespeicher, Thüga Aktiengesellschaft
Stromspeichersystem
Langzeitspeicher Kurzzeitspeicher
Strom zu Gas
(chemische Speicher)
Batterie
• Begrenzte Speicherkapazität
• nur im Stundenbereich einsetzbar
Pump-
speicher
Druckluft-
speicher
Power to
Heat
• Infrastruktur bereits flächendeckend vorhanden
• unbegrenzte Speicherkapazität
• im Tages-/Wochenbereich einsetzbar
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden
Integration der neuen Technologien in bestehende technische
Regelungen der Erdgasinfrastruktur
Schaffung von Anreizen, um die unstetige Einspeisung von Strom aus
fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu kompensieren
Schaffung von Rahmenbedingungen, für einen verlässlich planbaren
und wirtschaftlich auskömmlichen Betrieb von Anlagen
Schaffung zeitlich und im Volumen begrenzter
Markteinführungsinstrumente
Forderungen der Thüga-Gruppe
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Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Auch Solllastgänge mit schnellen Lastwechseln können von der
Anlage nachgefahren werden
• Der Lastgang wurde entworfen, um eine Reihe unterschiedlicher, repräsentativer
Betriebszustände über dem gesamten Betriebsbereich des Elektrolyseurs zu testen
• Ein Teil des Tests entspricht einem simulierten Windprofil
• Die Daten sind als Prozentwerte bezüglich Vollast angegeben
© Thüga Aktiengesellschaft, ITM Power
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe
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Anordnung der Gebäude der Strom zu Gas- Demonstrations-
anlage der Thüga-Gruppe in Frankfurt am Main
Strom zu Gas-Demoanlage der Thüga-Gruppe