Energiespeicherkonzepte

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Entwicklung von modularen Konzepten zur Erzeugung, Speicherung und Einspeisung von Wasserstoff und synthetischem Methan in das Erdgasnetz

Eine Schlüsselkomponente für die Energieversorgung der Zukunft stellen effiziente Speicher- und Transporttechnologien dar, die Strom dann aufnehmen, wenn er im Überschuss produziert wird, und ihn in Energiesenken wieder abgeben. Die Gasinfrastruktur ist der zurzeit einzige existierende Energiespeicher mit einer für diese Aufgabe ausreichenden Kapazität. Die Umwandlung von Ökostrom in Wasserstoff oder Methan und dessen Einspeisung in das Gasnetz ist somit ein für die gesamte Energie- und Volkswirtschaft vielversprechender Lösungsansatz. Für die Nutzung des Speicher- und Transportpotenzials des Erdgasleitungsnetzes zur Einbindung erneuerbarer Energien sind leistungsfähige, zuverlässige und effiziente Powerto-Gas-Technologien erforderlich.

Die Speicher- und Verteilstruktur für Erdgas ist in Deutschland seit vielen Jahren etabliert und hervorragend ausgebaut. Allein durch Druckänderungen im Erdgasnetz können große Mengen gespeichert werden. Die bereits vorhandenen Poren- und Kavernenspeicher für Erdgas in Deutschland haben ein Arbeitsgasvolumen von ca. 23 Mrd. m3 entsprechend ca. 230 TWhchem (vgl. Pumpspeicherkraftwerke: ca. 0,04 TWhel). Weitere Speicher mit einem Volumen von 7 Mrd. m³ sind bereits in Planung oder in Bau. Insgesamt werden damit ohne Berücksichtigung des Erdgasnetzes mindestens 30 Mrd. m³ Speicherkapazität zur Verfügung stehen, was etwa dem Achtfachen der 2008 insgesamt durch Windkraft erzeugten elektrischen Energie entspricht.

Projektziele

• Aus- und Bewertung der Erfahrungen zur Toleranz des bestehenden Erdgasleitungsnetzes gegenüber Wasserstoff,
• Entwicklung von realistischen Anlagengrößenklassen unter Berücksichtigung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien sowie der residualen Last im Stromnetz,
• Erstellung von Power-to-Gas-Anlagenkonzepten,
• Bewertung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Konzepte,
• Ableitung von Handlungsempfehlungen für die Gaswirtschaft hinsichtlich der Technologieentwicklung und Abschätzung von erforderlichen regulatorischen Rahmenbedingungen.

Konzepte zur Speicherung von Wind- bzw. Solarenergie in Form von Wasserstoff und Methan sowie die Einspeisung dieser Gase in das Erdgasnetz werden bereitgestellt. Diese Ergebnisse sind für die Bewertung der technischen Effizienz sowie des volkswirtschaftlichen Nutzens von großer Bedeutung. Für die Gasinfrastruktur stellen Anlagen zur Erzeugung von Wasserstoff bzw. synthetischem, erneuerbarem Methan ein Element der Smart Gas Grids dar, welche eine wichtige Rolle in der zukünftigen integrierten Energieinfrastruktur einnehmen werden. Die bidirektionale Koppelung von Strom- und Gasnetzen eröffnet vielversprechende Perspektiven, welche in diesem Projekt energietechnisch und volkswirtschaftlich bewertet werden. Komponenten der Gasversorgung wurden hinsichtlich ihrer Toleranz bezüglich Wasserstoffs analysiert und bewertet. Viele Bereiche zeigen eine sehr hohe Verträglichkeit in Bezug auf Wasserstoff. Begrenzungen bei der Wasserstoffeinspeisung ergeben sich dagegen aus aktuellen Regelwerken und Normen – z. B. DVGW G 260, DIN 51624 und ECE R110 – oder durch die Verwendung spezieller technischer Komponenten, bei denen ein höherer Wasserstoffanteil im Erdgas zu Schäden bzw. Fehlfunktionen führen kann. Weitere Erkenntnisse hierzu werden im Rahmen des Forschungsvorhabens erarbeitet. Eine zukünftige Beimischung von 10 bis 15 Vol.-Prozent Wasserstoff im Erdgasnetz erscheint jedoch aus heutiger Sicht realistisch.

Veröffentlichungen

Power-to-Gas - Entwicklung von Anlagenkonzepten im Rahmen der
DVGW-Innovationsoffensive
Aufsatz von Gert Müller-Syring (u.a.), aus: gwf-Gas|Erdgas 11/2011

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