eine zukunftsträchtige Speichermöglichkeit

Präsentation zum Thema: "eine zukunftsträchtige Speichermöglichkeit"—  Präsentation transkript:

1 eine zukunftsträchtige Speichermöglichkeit
Power to Gas: eine zukunftsträchtige Speichermöglichkeit Forum Energieforschung - Trends in der Methanisierung Winterthur, 3. September 2014 Serena Danesi IEFE- Institute of Energy Systems and Fluid-Engineering

2 Agenda Was ist Power to Gas und warum beschäftigen wir uns damit?
Übersicht über Technologien der einzelnen Verfahrensschritte Elektrolyse Methanisierung Wirkungsgrade Entwicklungsstand / Pilotprojekte Aufgabenstellungen am IEFE

3 Warum benötigen wir Speicher für elektrische Energie?
Quote erneuerbarer Energieerzeugung wächst Zeitliche Diskrepanz zwischen Produktionskapazität und Bedarf nimmt zu Nutzung überschüssiger Kapazität durch Speicherlösungen Szenario für 80% EE in Deutschland 2050

4 Was ist Power to Gas? H2 CH4 Stromnetz Elektrolyse Methani-sierung CO2
Überschuss Elektrolyse Erneuerbare Energie Strom- produktion Methani-sierung Heizung Mobilität Industrie CO2 Quelle CH4 Erdgasnetz

5 Technische Realisierung der Elektrolyse
H2O + Energie → H2 + ½ O2 Niedertemperatur (NT) - Elektrolyse (60-80°C, bis 30 bar): Alkalische Elektrolyse (OH-) PEM, Proton Exchange Membrane (H+) Hochtemperatur (HT) - Elektrolyse ( °C) Festoxyd (O2-) Alkalische NT-Elektrolyse: PEM NT-Elektrolyse: HT-Elektrolyse: Anode Katode O2 H2 V H+ + - H2O Anode Katode O2 H2 V + - H2O (Dampf) O2- Anode Katode O2 H2 V OH- + - Alkalische Lösung

6 Vergleich der Elektrolysetechnologien
Alkalische El. PEM HT-El. Stand der Technik + - -- Grösse bis 760 Nm3/h bis 30 Nm3/h Wirkungsgrad = % % Lebensdauer Std Std 1.000 Std Betriebsmittel Kalilauge Wasser Gas Reinheit Teillast % % Investitionskosten

7 Pro und Kontra der Methanisierung
Bestehende Infrastruktur Pipelines, Speicherkavernen Tankstellen, Fahrzeugausrüstung H2 CH4 Speicherevolumen Erhöhung der Energiedichte 3 => 10 kWh/Nm³ (Verringerung des Speichervolumens) Contra: Bedarf einer zusätzlichen Prozessstufe (Investitions- und Betriebskosten)

8 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O RH0 = -165 kJ/mol
Methanisierung 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O RH0 = -165 kJ/mol Katalytische Methanisierung Katalysator, z.B. Nickel Temperatur °C Biologische Methanisierung Anaerobe Mikroorganismen Temperatur 40-70°C

9 CO2 Quellen Quelle CO2 Anteil Luft 0.04 Vol. % (2300 kWh / tCO2)
Industrie: Stahl- und Zement Raffinerie Chemie Vol. % ( kWh / tCO2) Vol. % bis 100 Vol. % Kraftwerke: Fossil CCS Vol. % ( kWh / tCO2) 90 Vol. % Biogasanlage: Vol. % (Rest CH4)

10 Wirkungsgrad NT-Elektrolyse Methan Strom Wasserstoff =75%
Solar-/ Windpark Elektrolyse Strom Methani-sierung Wasserstoff =75% Power to Gas 100% 60% =80% HT-Elektrolyse =90% =80% Solar-/ Windpark Strom Elektrolyse Wasserstoff Methanisierung Methan 100% Power to Gas 72%

11 Wirkungsgrad H0 = G0 + T S0

12 Wirkungsgrad NT-Elektrolyse Methan Strom Wasserstoff =75%
Solar-/ Windpark Elektrolyse Strom Methani-sierung Wasserstoff =75% Power to Gas 100% 60% =80% HT-Elektrolyse =90% =80% Solar-/ Windpark Strom Elektrolyse Solar-/ Windpark Strom Wasserstoff Methanisierung Methan 100% Power to Gas 72% 85%

13 Projekte Projekt Leistung [kW] Elektrolyse Methanisierung
Werlte (D) - Audi AG 6’000 alkalisch katalytisch Aragon (E) - ITHER 4’000+70 alkalisch+PEM n.v. Falkenhagen (D) - EON AG 2’000 PEM Regione Puglia (I) - INGRID Project 1’200 Grapzow (D) - RH2 Wind Project Gruppe 1’000 Graben (D) - Hamburg (D) - Vattefall 900 Prenzlau (D) - Enetrag AG 500 Frankfurt (D) - Thüga & ITM Power 360 n.v Foulum (DK) - Electrochae 250 biologisch Stuttgart (D) - Solar Fuel & Fraunhofer IWES Xermade (E) - Sotavento Project 200 Herten (D) - Stadt Herten & Evonic Industries 165 Leverkusen (D) - CO2RRECT, Siemens & RWE 100 Schwandorf (D) - Eucolino: Schmack & Viessmann Ibbenburen (D) - RWE, CERAM Hyd

14 IEFE Erneuerbare Energie Energiespeicher und –Netze Energieeffizienz
«Steigerung der installierten Leistung an erneuerbaren Energien» Energiespeicher und –Netze «Sichere Integration der fluktuierenden Erneuerbaren Energien in die Energieversorgung» Energieeffizienz «Reduktion des Energieverbrauchs von industriellen Prozessen und Anlagen»

15 Womit beschäftigt sich das IEFE?
Elektrolyse KOH PEM HT ? %vol CH4 Methani-sierung CO2 Erdgasnetz

16 Vielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Serena Danesi Wissenschaftliche Mitarbeiterin IEFE Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Telefon: +41 (0) Internet: