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DVGW stellt Studie zu Speicherpotentialen des Erdgasnetzes für erneuerbare Energien vor

Chemische Energiespeicher sind die einzigetechnisch und wirtschaftlich realisierbare Option, erneuerbare Energienin großen Mengen langfristig zu speichern und bedarfsgerechtmit hohen Leistungen bereit zu stellen. Damit kommt der Power-to-Gas-Technologie, mit der Ökostrom durch Elektrolyse in Wasserstoffoder synthetisches Erdgas umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichertwerden kann, eine Schlüsselrolle bei der erfolgreichen Umsetzungder Energiewende zu.

Relevant wird diese Technologie mit einer weiteren Zunahme erneuerbarer Energie in der Stromversorgung. Im Gegensatz zu bereits etablierten Speichern, wie etwa Pumpspeicherkraftwerken,
besitzt Power-to-Gas weitaus größere Potenziale, um langfristig in großen Mengen erneuerbare Energie zu speichern. Die Gasnetz-Infrastruktur ist in diesem Zusammenhang von besonderer
Bedeutung: Schon heute können in den bestehenden unterirdischen Gasspeichern etwa 200 Terawattstunden Energie gespeichert werden. Dieses Volumen entspricht in etwa der 23.000-fachen Kapazität eines hochmodernen Pumpspeicherkraftwerks.


Dies sind die zentralen Ergebnisse einer wissenschaftlichen Studie zur Erzeugung, Speicherung und Einspeisung von Wasserstoff und Methan ins Erdgasnetz, die der DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches aktuell veröffentlicht hat. Dem interdisziplinären Forscherteam gehörten Vertreter aus Wissenschaft und Industrie an. Neben der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH und der DVGWForschungsstelle am Engler-Bunte-Institut in Karlsruhe waren das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, die E.ON Ruhrgas AG sowie die VNG Verbundnetz Gas AG federführend an der Untersuchung beteiligt.

Erstmals liegt damit eine wissenschaftliche Auswertung von Potenzialen und Limitationen im Hinblick auf die Speicherfunktion und die Wasserstofftoleranz der bestehenden Erdgasinfrastruktur in Deutschland vor. Die technischen Grenzwerte von Wasserstoff im Erdgas sind für chemische Energiespeichertechnologien von maßgeblicher Bedeutung.
„Es ist davon auszugehen, dass die bestehende Erdgasinfrastruktur für Wasserstoffbeimischungen im einstelligen Prozentbereich bezogen auf das Volumen geeignet ist. Es existiert aber noch Forschungsbedarf hinsichtlich einiger zentraler Elemente wie etwa Erdgasspeicher, Gasturbinen und den Tanks von Erdgasfahrzeugen. Vertiefte Untersuchungen und wissenschaftliche Begleitforschungen sind derzeit Gegenstand von Folgeprojekten im Rahmen unserer Innovationsoffensive, um die noch offenen Fragen zu klären“, erklärte Dr. Gerald Linke, Leiter des DVGW-Forschungsclusters „Power-to-Gas“. Trotz der optimistischen Grundtendenz könnten weitere Forschungsergebnisse jedoch zeigen, dass entscheidende Bauteile und Infrastrukturbestandteile nicht im erwarteten Maße wasserstofftolerant seien, so Linke weiter. Deren Anpassung könne dann zu wirtschaftlichen Herausforderungen führen.


„Mit der Methanisierung steht uns darüber hinaus eine Technologie zur Verfügung, um aus Wasserstoff und Kohlendioxid, idealerweise aus regenerativen Quellen wie Biogasanlagen, synthetisches Methan zu erzeugen. Dieses kann dem Erdgasnetz unbegrenzt beigemischt werden. Derzeit sind hier Wirkungsgrade von bis zu 80 % erreichbar. Zukünftig können durch Verschaltung der noch im Forschungsstadium befindlichen Hochtemperaturelektrolyse und der Methanisierung deutliche Wirkungsgradverbesserungen erzielt werden“, betonte Gert Müller-Syring vom Forschungsinstitut DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, der die Erstellung der Studie koordiniert hat.

Die Studie löst die Power-to-Gas-Technologie von der Betrachtung als reiner Stromspeicher. Sie beschreibt die systemischen Vorteile von Power-to-Gas als Bindeglied eines volatilen regenerativen Stromsystems mit einem flexiblen und speicherfähigen Gassystem. Damit kann erneuerbarer Strom bedarfsgerecht für eine Vielzahl von Anwendungen bereitgestellt werden: In der Wärme- und Stromversorgung, genauso wie in der Mobilität oder gar als chemischer Grundstoff.
Gleichzeitig untersucht die Studie anhand von vier Anlagenkonzepten mit jeweils unterschiedlichen Einspeisewegen optimale Standorte für Power-to-Gas-Anlagen in Deutschland. Der begrenzende Faktor zur Dimensionierung der Elektrolyse-Leistung und letztlich der Energiespeicherpotenziale ist bei der Wasserstoff-Direkteinspeisung die gültige Zumischgrenze von Wasserstoff zum Erdgas bei der Direkteinspeisung. Ein konstant hoher Erdgaslastfluss wirkt dabei generell vorteilhaft und einspeisekapazitätsvergrößernd. Vor diesem Hintergrund sind als optimale Standorte solche zu betrachten, an denen ein hohes regeneratives Energieangebot und ein möglichst kontinuierlicher Erdgaslastfluss vorliegen. Hinsichtlich der absoluten Gestehungskosten sind große Anlagen bei möglichst vielen Volllaststunden zu bevorzugen. Bei der Methanisierung entfällt die Zumischgrenze und erweitert so die Standortauswahl maßgeblich.

Die Studie steht unter folgendem Link zum Download bereit:
www.dvgw-innovation.de/fileadmin/dvgw/angebote/forschung/innovation/pdf/g1_07_10.pdf



Hintergrund
Um nach den Maßgaben der Energiewende 80 Prozent des im Jahre 2050 benötigten Stromes aus regenerativen Energiequellen zu erzeugen, muss bis zu diesem Zeitpunkt die Volatilität bei der Einspeisung erneuerbarer Energien in die Versorgungssysteme beherrscht werden. Gleichzeitig muss auch die Entkopplung der Einspeisung vom Energiebedarf durch ausreichende Möglichkeiten zur Energiespeicherung abgesichert sein. Anders formuliert: Erneuerbare Energie muss grundlastfähig werden.
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. Das deutsche Erdgassystem stellt mit seinem fast 500.000 km langen Leitungsnetz ein riesiges und schon flächendeckend vorhandenes Speichermedium dar. Derzeit transportiert dieses Netz jährlich fast 1.000 Milliarden Kilowattstunden Energie in Form von Erdgas und Bio-Erdgas und damit in etwa die doppelte
Energiemenge des deutschen Stromnetzes (rund 540 Milliarden Kilowattstunden).
Zusätzlich können in den unterirdischen Gasspeichern knapp 200 Milliarden Kilowattstunden eingelagert werden (also fast 25 % des jährlichen deutschen Gasabsatzes), bis 2020 soll diese Kapazität auf 300 Milliarden Kilowattstunden steigen.

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