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1 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft.

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Präsentation zum Thema: "1 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft."—  Präsentation transkript:

1 1 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft.

2 Übersicht Energiewirtschaft und Energiewende heute –Zweifel und Probleme –Machbarkeit der Energiewende Warum wir Wasserstoff brauchen –Die Vision einer Wasserstoffwirtschaft Zusammenfassung 2

3 Heutige Energieversorgung Zentrale Großkraft werke Solar Wind Strom Heizenergie -träger Heizöl Erdgas Solar Heizung Warmwasser Raumwärme Verlust Stromnetz Solar Stromspeicher 3 Biomasse

4 Notwendigkeit der Energiewende Klimawandel Ressourcenknappheit Abhängigkeit von Importen Energiewende : 100% Erneuerbare Energien 4

5 Machbarkeit der Energiewende technisch und wirtschaftlich 5

6 6 Globales Szenario: 100 % erneuerbare Energien Einsparungen + Effizienzmaßnahmen

7 Kosten der konventionellen Energien Forschungsausgaben und Subventionen Gesellschaftliche Kosten Anpassung an den Klimawandel Belastung des Gesundheitssystems Kernenergie: Rückbau und Endlagerung 7

8 Kosten der erneuerbaren Energien 8 Quelle: Zentrum für Solar und Wasserstoffforschung 10 Jahre

9 Problem der Energiewende Wie werden Verbrauch und Erzeugung in Einklang gebracht? Konventioneller Erzeuger Konventioneller Erzeuger Verbraucher Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Erneuerbarer Erzeuger Stromnetz fluktuierend regelbar fluktuierend kontrolliert Speicher saisonal langfristig Speicher saisonal langfristig 9

10 Zusammenfassung des Fluktuationsproblems Mögliche Lösung –Massiver Netzausbau –Speicherausbau –Break-Even-Point zwischen Netz- und Speicherausbau Nachteile des Netzausbau –nur begrenzt sinnvoll (Großwetterlagen) –hohe Infrastrukturkosten/aufwendiges Lastmanagement –Erneuerbare Energien von Natur aus dezentral 10

11 Die Wasserstoffwirtschaft Wie eine Vision Wirklichkeit wird! 11

12 Wasserstoffnutzung stationär mobil 12

13 13

14 H2H2 O2O2 H2OH2O Wärme Strom 14 Brennstoffzellenheizung Produktion von Strom und Wärme etwa im Verhältnis 1:1 Im Sommer ist das Verhältnis von Warmwasser- zu Strombedarf etwa 40:60. Brennstoffzelle

15 15

16 Brennstoffzellenfahrzeuge hoher Komfort –Elektromotor –Brennstoffzelle und Wasserstoffdrucktank Bremsenergierückgewinnung 16 Mercedes F-Cell, 700 Bar Tank, 400 km Van Hool, 350 Bar Tank, 350 km Toyota FCHV, 700 Bar Tank, 800 km

17 Wasserstofftransport und Speicherung 17

18 18

19 Wasserstofftransport 19 StromnetzGasnetz Verluste ca. 6% verbrauchsabhängige Erzeugung nötig 600 MW-Leitung, 110kV: 1,2 Mio. /km Netzentgelt 2011: 5,06 Ct/kWh Verluste < 0,1% Speichermöglichkeit 600 MW-Leitung: 0,5 Mio. /km Netzentgelt 2011: 1,42 Ct/kWh Netzaus- und Umbau: ca. 10 Mrd. Netzausbau: In den nächsten 10 Jahren: 40 Mrd.

20 Wasserstofftransport Sicherheit –Wasserstoff ist hochflüchtig. –Wasserstoff verbrennt mit geringer Strahlungshitze. –Geruchsmittel/Sensoren für Wasserstoff 20

21 Wasserstofftransport Umnutzung des heutigen Erdgasnetzes –Strategiepapier des Strategiekreis Wasserstoff des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit: "Für eine zukünftige Wasserstoff-Energiewirtschaft […] ein Verteilnetz zu betreiben, das […] zu einem größeren Teil durch Umwandlung von dann nicht mehr benötigten Erdgasleitungen entstünde. –TÜV Süd, Website: […] ein Pipelineverteilnetz aufzubauen, welches im Prinzip unseren heutigen Erdgasleitungen entspricht. So könnte einmal jedes Haus mit Wasserstoff statt Erdgas versorgt werden. Weltweit werden rund 1000 Kilometer Wasserstoff-Pipelines betrieben. 21

22 Wasserstoffspeicherung Flüssig- oder Druckspeicher marktreif Langzeitdruckspeicher in Salzkavernen –Erfahrung mit Stadtgas (H 2 -Anteil >50%) –Erfahrung mit reinem H 2 für chemische Industrie –Leckageverlust ca. 0,015 % p.a. Kapazitäten –Untertagespeicher: 73 TWh H 2 22

23 Salzkavernenspeicher 23

24 Wasserstoffspeicherung 24 Wasserstoff, zentral verstromt Pumpspeicher Druckluft Speichervolumen: m 3 Zeit in Tagen Leistung in MW Quelle: KBB Underground Technologies GmbH Pumpspeicherkraftwerk Druckluftspeicherkraftwerk (adiabat) Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle

25 Wasserstoffproduktion Elektrolyse Biomassevergasung 25

26 26

27 Elektrolyse Wasser Wasserstoff + Sauerstoff 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Wirkungsgrad ist spannungsabhängig 1,42 V: nahe 100% Wirkungsgrad Strom 27 Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MW Wirkungsgrad: 65%-70% H i

28 Elektrolyse Wirtschaftlicher Wirkungsgrad abhängig von den Stackkosten Produktionsmenge NOW Studie heute 40-66,7 % (H i ) Wirkungsgrad langfristig 52,6-73 % (H i ) 28 Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MW Wirkungsgrad: 65%-70% H i

29 29

30 30 H Biomassevergasung Biomasse Sauerstoff (feucht) H O C O Produktionsdruck bis zu 70bar Effizienz: 75% - 84% CO 2 H2H2 Vergasung Synthesegas: H 2 + CO + CO 2 + H 2 O Gasreinigung Shift-Reaktion Herstellung von Wasserstoff aus Synthesegas Trennung Mineraldünger

31 Biomasse in einer Wasserstoffwirtschaft Reststoffe und Energiepflanzen aller Art nutzbar Ökologischer Anbau nach Prof. Scheffer möglich 31 Roggen und Wintererbsenmischkultur

32 Vergleich der Effizienz verschiedener Biomassenutzungsarten 32 Kraftstoffnutzung Stromnutzung VerbrennungsmotorBrennstoffzelle

33 Systemüberblick Wasserstoffwirtschaft 33

34 Brennstoffzellen- Heizkraftwerk Solar Elektrolyseur H 2 -Gasnetz Nahwärmenetz Biomasse Reststoffe Anbau Heizung Warmwasser Steckdose Hausbrenn- stoffzelle Lokale Stromnetze Vergasung Speicher Wind 34

35 Kosten einer Wasserstoffwirtschaft 35

36 Zukünftige Energiepreise Erste Anlagen Prognose Endkundenpreise –Bio-H2: 3-6 Cent/kWh –Elektrolyse-H2: 8-10 Cent/kWh Heute (ohne Steuern) –Erdgas: 6 Cent/kWh –Strom: 12 Cent/kWh Elektrolysewasserstoff 36 Datenquellen: DLR, Tetzlaff, eigene Berechnungen

37 Qualitative Kostenbetrachtung Doppelnutzen der Brennstoffzellenheizung –Kosten auf heutigem Niveau Massenproduktion –Übergangsphase: Stabilisierung des Stromnetzes –Verzicht auf Stromnetzausbau Dezentrale Verstromung –Vollständige Wärmenutzung Weiternutzung Gasnetz –kein Neubau von z.B. Nahwärmenetzen Wegfall der Strominfrastruktur ? 37

38 Zusammenfassung 38

39 Zusammenfassung Die Energiewende ist technisch und wirtschaftlich machbar. Wasserstoff ist das ideale Speicher- und Transportmedium. Die Energiewende kann mithilfe von Wasserstoff optimiert werden. 39

40 40 Bereit für die Energiewende? Mit Wasserstoff in die Zukunft. Fragen & Diskussion

41 Wasserstofftransport Diffusion –extrem geringe Diffusionsrate in Metalle Versprödung –Beschleunigung der Spannungsrisskorrosion bei ferritischen Stählen –andere Materialien (z. B. Austenitische Stähle) können verwendet werden Korrosion 41

42 42 Brennstoffzellenheizung Produktion von Strom und Wärme etwa im Verhältnis 1:1 Im Sommer ist das Verhältnis von Warmwasser- zu Strombedarf etwa 40:60.


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