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Power-to-Gas: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse
Dr.-Ing. Peter Missal
Geschäftsführer, e-rp GmbH Alzey
6. Lautrer Energieforum, SWK AG Kaiserslautern, 12.03.2014
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Überblick
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1. Energiepolitische Ziele
2. Power-to-Gas als Baustein der Zukunft
3. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse
4. Ausblick
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1. Energiepolitische Ziele
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Energiekonzept der Bundesregierung 2010 und die Energiewende 2011
Energiepolitische Ausrichtung Deutschlands bis 2050 (Auszug):
• Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch 60%
• Reduzierung des Primärenergieverbrauchs gegenüber 2008 um 50%
• Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch mind. 80% bis 2050
• Ausbau der Netzinfrastruktur
• Entwicklung, Förderung und Ausbau von Speicherkapazitäten
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Koalitionsvertrag 2011 der rheinland-pfälzischen Landesregierung
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Energiepolitische Zielsetzung in Rheinland-Pfalz bis 2030 (Auszug):
• Verfünffachung der Stromerzeugung aus Windenergie bis 2020
• Steigerung der Stromerzeugung aus Photovoltaik auf über 2 Mrd. kWh pro Jahr bis 2020
• Deckung des bilanziellen Stromverbrauchs in Rheinland-Pfalz zu 100% aus erneuerbaren Energien ab 2030
• Windkraft mit einem Anteil von ca. 67% und Photovoltaik mit einem Anteil von ca. 23% werden die tragenden Säulen der rheinland-pfälzischen Stromerzeugung
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2. Power-to-Gas als Baustein der Zukunft
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Übersicht über Stromspeichertechnologien
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Lastganglinien vom 01.01. bis 08.01. in den Jahren 2008, 2009, 2010 und 2011
Fluktuierender Windstrom
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Fluktuierender Photovoltaikstrom
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Lastganglinien vom 01.01. bis 08.01. in den Jahren 2009, 2010 und 2011
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Konstanter Biogasstrom
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Lastganglinien vom 01.12. bis 07.12. in den Jahren 2011, 2012 und 2013
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Auswahl des notwendigen Energiespeichers
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Speicherkapazität
1 Tag
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Nutzung verschiedener Speichertechnologien
Erkenntnisse
• Unterscheidung der Speichertypen in ihrer Kapazität
• Unterscheidung zwischen einer kurzzeitigen und einer langzeitigen
Energiespeicherung
• Langzeitige Energiespeicherung mittels Power-to-Gas unter
Nutzung der vorhandenen und zukünftigen Infrastruktur (Pipelines,
Gasspeicher, GuD-Kraftwerke, BHKW´s, µ-KWK´s,…)
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Nutzung verschiedener Speichertechnologien
Erkenntnisse
• Unterscheidung der Speichertypen in ihrer Kapazität
• Unterscheidung zwischen einer kurzzeitigen und einer langzeitigen
Energiespeicherung
• Langzeitige Energiespeicherung mittels Power-to-Gas unter Nutzung
der vorhandenen und zukünftigen Infrastruktur (Pipelines,
Gasspeicher, GuD-Kraftwerke, BHKW´s, µ-KWK´s,…)
• Bereitstellung von Kohlendioxid durch Biogas u.a.
(bei Einspeicherung mittels Methan)
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Stromspeicherung durch Power to Gas Wichtige Verfahrensschritte:
Elektrolyse
4 H2O 4 H2 + 2O2
(„Verbrauch“ von elektrischer Energie)
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Stromspeicherung durch Power to Gas Wichtige Verfahrensschritte:
Elektrolyse
4 H2O 4 H2 + 2O2
(„Verbrauch“ von elektrischer Energie)
Methanisierung
4 H2 + CO2 CH4 + 2H2O
(„Gewinn“ von Wärme)
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Rückverströmung durch Gas to Power Wichtige Verfahrensschritte:
Rückverströmung (z. B. KWK-Anlagen)
4 H2 + 2O2 + 7,52 N2 4 H2O + 7,52 N2
CH4 + 2O2 + 7,52 N2 CO2 + 2 H2O + 7,52 N2
Luft
Luft
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(„Gewinn“ von elektrischer Energie und Wärme)
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Dezentrale Energieversorgung mit Windstrom
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3. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse
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Modellstandort Kirchheimbolanden
• dezentrale Energieversorgung mit Windstrom
• Zusammenwirken von Erzeugung, Speicherung und
Verbrauch des Windstroms mittels Power-to-Gas
• Ermittlung der notwendigen Investitions- und Betriebskosten
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse
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Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse bei veränderten Parametern
Nutzungsdauer Investitionskosten Volllaststunden der
WKA
hoch 30 Jahre WKA
1.400 €/kWel
Elektrolyse
1.800 €/kWel
Methanisierung
1.000 €/kW
3.000 Bh
niedrig 20 Jahre WKA
1.000 €/kWel
Elektrolyse
1.000 €/kWel
Methanisierung
600 €/kW
2.000 Bh
= Standardfall (inkl. Biogasanlage, Speicherung, BHKW-Anlagen, usw.)
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Kapitalwert in Abhängigkeit von Kalkulationszinssatz und Stromerzeugungspreis (Standardfall)
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Kapitalwert in Abhängigkeit von Kalkulationszinssatz und Stromerzeugungspreis (hohe Laufzeit, hohe Nutzungsdauer, niedrige Investitionskosten)
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Preis-Lernkurve von Windkraftanlagen
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Quelle: iwes.fraunhofer, 2009
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Preis-Lernkurve von Photovoltaikanlagen aus kristallinem Silizium
24 Quelle: Fraunhofer ISE, 2011
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Weitere Entwicklung der durchschnittlichen Kennwerte von Windenergieanlagen
Quelle: Agora, Entwicklung der Windenergie in Deutschland, Juni 2013
(Schwachwindanlage Typ II: 2 MW, 125 m Nabenhöhe, 110 m Rotordurchmesser, in der Tabelle nicht enthalten)
Typ I II I
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Weitere Entwicklung der durchschnittlichen Kennwerte von Windenergieanlagen
Quelle: Agora, Entwicklung der Windenergie in Deutschland, Juni 2013
Ziel: deutliche Erhöhung der Volllaststunden
Typ I II I
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Ökologische Betrachtung (CO2-Bilanz)
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Der Prozess ist CO2-neutral!
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Schlussfolgerungen
• derzeit keine wirtschaftliche dezentrale Energieversorgung
der Stadt mit Windstrom erreichbar
• Reduzierung der Investitionskosten notwendig
• Erhöhung der Laufzeit der Windkraftanlagen notwendig
• gegebenenfalls Erhöhung der Nutzungsdauern der Anlagen
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4. Ausblick
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Weitere Entwicklungsschritte:
Pilot-Anlage 2009
Alpha-Anlage 2012
Beta-Anlage
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e-rp GmbH betreibt mit zwölf Partnern der Thüga-Gruppe eine Power-to-Gas Anlage
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*
* Anlagenstandort: Frankfurt am Main
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Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit den vier Säulen der Energiewende der e-rp mit Kooperationspartnern
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Gruppe
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!