DVGW-Innovationsoffensive Gastechnologie

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1 DVGW-Innovationsoffensive Gastechnologie
Energiewende und DVGW-Innovationsoffensive Gastechnologie DVGW Forschung und Beteiligungsmanagement 27. Juni 2012

2 1. Die Verantwortung des DVGW für umweltschonende
1. Die Verantwortung des DVGW für umweltschonende technologische Gasinnovationen - Satzungsgemäße Kernaufgaben als Pflichtaufgaben des DVGW • Technisch-wissenschaftliche Förderung des Gas- und Wasserfaches mit besonderem Schwerpunkt auf Sicherheit Hygiene Umweltschutz - Bündelung des technisch-wissenschaftlichen Sachverstandes der Gasbranche in Deutschland • ca Mitglieder • davon Energie- und Wasserversorgungsunternehmen • Forschungsinstitute in Essen, Dresden, Freiberg, Karlsruhe, Leipzig, Mühlheim • ca. 400 Mitarbeiter SNG-Studie – Energetische Betrachtung der thermochemischen Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen und anschließender dezentraler Nutzung mit innovativen Verwendungstechnologien Das Projekt ist bereits abgeschlossen. Sie finden den Abschlussbericht zum Download auf Die thermochemische Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen wie SNG (synthetisches Erdgas) oder Wasserstoff aus festen Brennstoffen (z. B. Steinkohle oder ligninreiche Biomasse) stellt eine interessante Variante der Veredelung dar. Im Gegensatz zur zentralen Stromerzeugung in Großkraftwerken besteht die Möglichkeit, dezentral energieeffiziente Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien einzusetzen, die einen hohen energetischen Gesamtwirkungsgrad ermöglichen. Projektziele Ziel der Studie war eine energetische Bewertung der Pfade - dezentrale Verstromung über die Einspeisung von SNG bzw. Wasserstoff in das Gasnetz und Nutzung in KWK-Anlagen, - zentrale Verstromung in Kraftwerken, sowie der - Vergleich mit der Einspeisung von Biogas. Es wurden verschiedene Kraftwerkskonzepte mit und ohne CCS energetisch bewertet. Dabei fanden insbesondere die derzeit absehbaren Entwicklungen in der Kraftwerkstechnologie Berücksichtigung. Auch erfolgte eine Analyse verschiedener Erzeugungstechnologien von SNG und Wasserstoff aus Kohle. Zur Bewertung der energetischen Gesamtwirkungsgrade wurden die Gesamtprozessketten der zentralen Verstromung in Großkraftwerken mit der dezentralen Nutzung von gasförmigen Brennstoffen mit Kraft-Wärme-Kopplung verglichen. Für die Kraft-Wärme-Kopplung sind derzeit erreichbare Wirkungsgrade (BHKW) und angestrebte Zielbereiche (z. B. Brennstoffzelle) angesetzt.

3 2. Die Innovationsoffensive Gas als Reaktion auf die CO2- und
2. Die Innovationsoffensive Gas als Reaktion auf die CO2- und Klimaproblematik Nutzung der fossilen Energien als Hauptverursacher der anthropogenen CO2-Emissionen Politik und Gesellschaft verlangen konkrete Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emissionen 2007: Integriertes Energie- und Klimaprogramm (IEKP) als 1. Maßnahmenkatalog der Bundesregierung - 2008: Prognos-Gutachten des DVGW  technische Potentiale für Gas, aber auch Handlungsnotwendigkeiten für die Gasbranche Ein Vergleich der Effizienz der Einspeisung und Verstromung des Biogases mit Abwärmenutzung dezentral mit Verstromung des Biogases direkt an der Biogasanlage bei dem in der Regel keine Abwärmenutzung möglich ist. Die Randbedingungen sind komplett in der Grafik erläutert.

4 2. Die Innovationsoffensive Gas als Reaktion auf die CO2 – und
2. Die Innovationsoffensive Gas als Reaktion auf die CO2 – und Klimaproblematik 2009: DVGW-Innovationsoffensive Gastechnologie zur Mobilisierung von technologischen Gas-Innovationen Herbst 2010/Frühjahr 2011: Energieprogramm und Energiewende der Bundesregierung mit ehrgeizigen CO2-Reduzierungsmaß-nahmen (-80% bis 2050) Herbst 2011: Verlängerung der Innovationsoffensive Gas: Schwerpunkte: PtoG, Greening von Gas, dezentrale KWK, hocheffiziente Anwendungstechnik (Gas-Plus-Technik), Smart Gas Grid (Koppelung mit Stromsystem) Auf die Biogas Versorgungskette bezogen, ermöglicht die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung hohe energetische Gesamtwirkungsgrade von bis zu 71 Prozent, wenn neben der erzeugten elektrischen Energie auch für die anfallende Abwärme kontinuierliche Nutzungsmöglichkeiten bestehen. Zentral an der Biogasanlage kann die Abwärme in der Regel nicht genutzt werden, weswegen die Einspeisung ins Erdgasnetz aus energetischer Sicht sinnvoll ist

5 3. Die Projektziele sind ausgerichtet auf die technischen CO2-
3. Die Projektziele sind ausgerichtet auf die technischen CO2- Senkungsmöglichkeiten durch innovative Gastechnologien - Stärken von Erdgas/Gas und der Gastechnologie sind zu nutzen von Natur aus CO2-emissionsarm mischbar mit regenerativ erzeugten Gasen Erzeugung regenerativer Gase durch bekannte und erprobte Technologien im Großmaßstab speicherbar hohe Flexibilität und Entkoppelung von Erzeugung und Nutzung durch leistungsfähige und flächendeckende Gas-Infrastruktur hocheffiziente, dezentrale und multifunktionale Anwendungs-möglichkeiten In der zentralen Stromerzeugung liegen die gegenwärtig realisierbaren elektrischen Wirkungsgrade zwischen 43 (Braunkohle) und 59 Prozent (Erdgas). In den nächsten 10 Jahren sind Erhöhungen im niedrigen einstelligen Prozentbereich zu erwarten. Weitere Potenziale werden derzeit in IGCC[9]-Technologien (Integrated Gasification Combined Cycle deutsch: Kombi-Prozess mit integrierter Vergasung) gesetzt, mit denen sich theoretisch deutlich höhere Wirkungsgrade als bei der konventionellen Kohleverstromung erzielen lassen. Bisherige Erfahrungswerte zeigen jedoch keine signifikante Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades bei gleichzeitig deutlich erhöhter Komplexität. So ist z. B. bei der Bewertung die Hilfsenergie für die Luftzerlegung zu berücksichtigen. Der Energieaufwand für CO2-Abtrennung, -Transport und -Speicherung (CCS) wird mit 7 bis 14 Prozentpunkten veranschlagt. Bei Berücksichtigung dieser Faktoren ist zu erkennen, dass die zu erwartenden elektrischen Wirkungsgrade für Kohlekraftwerke unter 40 Prozent liegen dürften.

6 4. Thesen und zentrale Ansatzpunkte für die Ziele der
4. Thesen und zentrale Ansatzpunkte für die Ziele der Innovationsoffensive Gastechnologie in der Energiewende Die Energieversorgung in Deutschland muss zwingend und dauerhaft höchste Versorgungssicherheit bei wirtschaftlicher und umweltschonender Energienutzung sicherstellen. Der geplante starke Ausbau der regenerativen, volatilen Stromerzeugung (Wind, PV) erfordert dauerhaft ein planbares und allzeit nutzbares Komplementärsystem. Die Gasversorgung in Deutschland ist das ideale Komplementärsystem für die regenerative Energieerzeugung.

7 Regenerative Energie Gas
4. Thesen und zentrale Ansatzpunkte für die Ziele der Innovationsoffensive Gastechnologie in der Energiewende Regenerative Energie Gas Volatilität flexibel / planbar „nicht“ speicherbar speicherbar unvollständige Infrastruktur flächendeckende Infrastruktur bedarfsentkoppelte Produktion bedarfsgenaue Bereitstellung

8 - Die zentralen Ansatzpunkte der Innovationsoffensive:
4. Thesen und zentrale Ansatzpunkte für die Ziele der Innovationsoffensive Gastechnologie in der Energiewende - Die zentralen Ansatzpunkte der Innovationsoffensive: • Power-to-Gas als System: H2-Erzeugung durch Elektrolyse mit regenerativem Überschussstrom, Speicherung und Verteilung in der Gasinfrastruktur • Entlastung des Strom-Systems durch PtoG (Speicher, Transport) • KWK, insbesondere dezentral, als hocheffiziente, sichere und dem Strombedarf angepasste Stromerzeugungstechnologie • Steigerung der Effizienz der Endenergienutzung Beimischung von regenerativen Gasen zum Erdgas (Greening von Gas) • Systemanalytische Analyse und Optimierung der Nutzungs- und Umwandlungskette

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5. Die Organisation der Innovationsoffensive Gastechnologie spiegelt die grundsätzlichen Themenbereiche und Umsetzungserfordernisse wider DVGW-Innovationsoffensive Cluster Power-to-Gas Cluster Smart Grids Cluster KWK / Anwendungs-technik Cluster Gas in Systemverbund Cluster Kommunikation DVGW-Innovationsoffensive Phase II, ab 2012

10 6. Themenschwerpunkte und FuE-Projekte der Fachcluster
6.1 Power-to-Gas • Schlüsselthemen: - Elektrolysetechnik: Effizienz, Dynamik … - Methanisierung - Beimischprozess/ -potentiale • FuE- und sonstige Projekte: - Elektrolysetechnik - Umwandlungstechnik H2 → CH4 - H2-Zumischgrenzen - Brennwertverfolgung - Begleitung von Demo-Anlagen

11 6. Themenschwerpunkte und FuE-Projekte der Fachcluster
6.2 Gas-to-Power • Gasverstromung mit Abwärmenutzung (KWK) (zentral mit GuD-KW) dezentral mit KWK oder Brennstoffzellen • Schlüsselthemen: - Rückverstromung von PtoG über dezentrale KWK - Stromerzeugung im Regelenergiemodus - Intelligente Abwärmenutzung • FuE-Projekte: - Wirkungsgrade (Strom, Gesamt) - Systemintegration (Strom, Wärme, Objekte) - Wärmespeicher / Dimensionierung - Brennstoffzellen (Wirkungsgrad, Flexibilität, Standfestigkeit)

12 6. Themenschwerpunkte und FuE-Projekte der Fachcluster
6.3 CO2-Reduzierung durch intelligente Gas-Anwendungstechnik • Objektangepasste und optional integrierte Heizungs-, Kühlungs- und Klimasysteme auf Gasbasis reduzieren Endenergiebedarf und CO2-Emissionen • Schlüsselthemen: - Kostenoptimierte CO2-Reduktion durch Kombination von Dämmung und hocheffizienter Gasanwendung - Greening von Gas (Bio, Wind, Sonne) - Abwärmenutzung, auch für Substitution von Stromanwen dungen - Gebäudespezifische Optimierung des Energiesystems - Gas in der Mobilität - Nutzung von CO2 aus Biogasanlagen - Effizienzsteigerung von Nicht-KWK-Anlagen (private Haushalte, Industrie)

13 6. Themenschwerpunkte und FuE-Projekte der Fachcluster
- Dynamische Simulation und Optimierung von dezentralen KWK-Anlagen in Gebäude-Energiesystemen - Wärmespeicher: Bedarf, Dynamik, Speichermedien - Umweltwärmeeinkoppelung / Gas-Wärmepumpe - Nutzungsvarianten für CO2 aus Biogas-Anlagen