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Bereit für die Energiewende?

Bereit für die Energiewende?. Mit Wasserstoff in die Zukunft. Übersicht. Energiewirtschaft und Energiewende heute Zweifel und Probleme Machbarkeit der Energiewende Warum wir Wasserstoff brauchen Die Vision einer Wasserstoffwirtschaft Zusammenfassung. Heutige Energieversorgung. Verlust.

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Bereit für die Energiewende?

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Presentation Transcript

  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

  3. Heutige Energieversorgung Verlust Stromspeicher Solar Zentrale Großkraftwerke Solar Strom Stromnetz Wind Solar • Warmwasser • Raumwärme Biomasse • Heizenergie-träger • Heizöl • Erdgas Heizung

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

  5. Machbarkeit der Energiewende technisch und wirtschaftlich

  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

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

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

  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

  11. Die Wasserstoffwirtschaft Wie eine Vision Wirklichkeit wird!

  12. Wasserstoffnutzung stationär mobil

  13. Brennstoffzellenheizung O2 Produktion von Strom und Wärme etwa im Verhältnis 1:1 Im Sommer ist das Verhältnis von Warmwasser- zu Strombedarf etwa 40:60. Wärme Brennstoffzelle Strom H2O H2

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

  15. Wasserstofftransport und Speicherung

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

  17. Wasserstofftransport • Sicherheit • Wasserstoff ist hochflüchtig. • Wasserstoff verbrennt mit geringer Strahlungshitze. • Geruchsmittel/Sensoren für Wasserstoff

  18. 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.“

  19. Wasserstoffspeicherung • Flüssig- oder Druckspeicher marktreif • Langzeitdruckspeicher in Salzkavernen • Erfahrung mit Stadtgas (H2-Anteil >50%) • Erfahrung mit reinem H2 für chemische Industrie • Leckageverlust ca. 0,015 % p.a. • Kapazitäten • Untertagespeicher: 73 TWh H2

  20. Salzkavernenspeicher

  21. Wasserstoffspeicherung Speichervolumen: 8.000.000 m3 • Pumpspeicherkraftwerk • Druckluftspeicherkraftwerk (adiabat) • Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle Leistung in MW Druckluft Wasserstoff, zentral verstromt Pumpspeicher Zeit in Tagen Quelle: KBB Underground Technologies GmbH

  22. Wasserstoffproduktion Elektrolyse Biomassevergasung

  23. Elektrolyse Strom • Wasser  Wasserstoff + Sauerstoff • 2 H2O  2 H2 + O2 • Wirkungsgrad ist spannungsabhängig • 1,42 V: nahe 100% Wirkungsgrad Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MWWirkungsgrad: 65%-70% Hi

  24. Elektrolyse • Wirtschaftlicher Wirkungsgrad • abhängig von den Stackkosten • Produktionsmenge • NOW Studie • heute 40-66,7 % (Hi) • Wirkungsgrad langfristig 52,6-73 % (Hi) Lurgi Druckelektrolyseur (30bar) mit einer Leistung von 2,3 MWWirkungsgrad: 65%-70% Hi

  25. Biomassevergasung • Vergasung • Synthesegas: • H2 + CO + CO2 + H2O Biomasse Sauerstoff • Produktionsdruck bis zu 70bar • Effizienz: 75% - 84% (feucht) Mineraldünger C Gasreinigung O • Shift-Reaktion • Herstellung von Wasserstoff aus Synthesegas H O • Trennung H H2 CO2

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

  27. Vergleich der Effizienz verschiedener Biomassenutzungsarten Kraftstoffnutzung Stromnutzung Verbrennungsmotor Brennstoffzelle

  28. Systemüberblick Wasserstoffwirtschaft

  29. Heizung • Warmwasser Nahwärmenetz Speicher • Biomasse • Reststoffe • Anbau Brennstoffzellen- Heizkraftwerk Vergasung Hausbrenn-stoffzelle H2 -Gasnetz Wind Elektrolyseur Steckdose Lokale Stromnetze Solar

  30. Kosten einer Wasserstoffwirtschaft

  31. Zukünftige Energiepreise • 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 Erste Anlagen Prognose Datenquellen: DLR, Tetzlaff, eigene Berechnungen

  32. 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 ?

  33. Zusammenfassung

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

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

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

  37. 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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