Ziel der Ausarbeitung ist, die Nutzung der Erdgasinfrastruktur als effizienten Speicher von erneuerbaren Energien darzustellen. Dabei wird insbesondere auf das sogenannte Power- to-Gas Verfahren sowie den derzeitigen Stand der Technik und vorhandene Hindernisse zur Umsetzung eingegangen. In der Ausarbeitung werden keine weiteren Verfahren zur Nutzung der Erdgasinfrastruktur erläutert.
In den letzten 20 Jahren ist die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kontinuierlich gestiegen. Innerhalb Deutschlands machte 1990 der Anteil von regenerativ erzeugtem Strom aus Windenergie, Wasserkraft, Photovoltaik- und Biogasanlagen 3,4% des Bruttostromverbrauchs aus; im Jahr 2015 lag der Wert bereits bei 32,6%. Bis zum Jahr 2050 soll der Anteil des aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms bei mindestens 80% liegen und ist damit die wichtigste Elektrizitätsquelle für den Strommarkt.
Diese Entwicklung zeigt, dass die Frage nach langfristigen Stromspeichern im deutschen Energiesystem vor allem in Bezug auf die zunehmende volatile Einspeisung eine zentrale Rolle spielt. Dabei liegt das Augenmerk nicht ausschließlich auf dem Strommarkt sondern zunehmend auf der potentiellen Nutzung der bereits bestehenden deutschen Erdgasinfrastruktur. Inwiefern das bestehende Erdgasleitungsnetz für die Speicherung von erzeugtem Strom nutzbar ist, wird in dieser Arbeit anhand des Konzeptes von Power-to-Gas erläutert und mit einem Praxisbeispiel näher verdeutlicht.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
1.2 Aufbau der Arbeit
2. Grundlagen
2.1 Begriff und Definition Power-to-Gas
2.2 Begriff und Definition erneuerbarer Energien
2.3 Formen regenerativer Energien
3. Ökonomische Aspekte
3.1 Möglichkeiten und Grenzen erneuerbarer Energien
3.2 Speichermöglichkeiten in Deutschland
3.2.1 Aktuelle Speichersituation
3.2.2 Deutsche Erdgasinfrastruktur als Speichermöglichkeit
4. Nutzungsmöglichkeit der Erdgasinfrastruktur
4.1 Power-to-Gas Verfahren
4.1.1 Elektrolyse
4.1.2 Methanisierung
4.1.3 Alternative Nutzungsfelder
4.2 Power-to-Gas Anlage
5. Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial der bestehenden deutschen Erdgasinfrastruktur als effizientes Speichermedium für fluktuierende erneuerbare Energien, insbesondere unter Anwendung des Power-to-Gas-Verfahrens.
- Herausforderungen durch volatile Energieeinspeisung im Stromnetz.
- Vergleich von Speicherkapazitäten im Strom- und Gasnetz.
- Technische Grundlagen der Elektrolyse und Methanisierung.
- Fallbeispiel der mikrobiologischen Power-to-Gas-Anlage der Viessmann Group.
- Ökonomische und regulatorische Rahmenbedingungen für Power-to-Gas.
Auszug aus dem Buch
4.2 Power-to-Gas Anlage
Im März 2015 ging die weltweit erste von der Viessmann Group in Allendorf erstellte Power-to-Gas Pilotanlage mit einem mikrobiologischem Verfahren im industriellen Bereich in Betrieb (siehe Abbildung 10).
In der Power-to-Gas Anlage wird Wasserstoff aus der Elektrolyseanlage und CO2 aus einer benachbarten Biogasaufbereitungsanlage mit Schwach- oder Biogas umgewandelt in Biomethan, welches anschließend in das Erdgasnetz eingespeist und je nach Bedarf beispielsweise in einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage genutzt werden kann. Der gelöste Wasserstoff sowie das Kohlendioxid werden durch hochspezialisierte Mikroorganismen, welche robust sind und ungenutzt über mehrere Jahre leben können, aufgenommen. Daraus entsteht das Molekül Methan. Der gesamte Prozess wird bei einem konstanten Druck von fünf Bar und niedrigeren Temperaturen als beim chemisch-katalytischem Prozess (mit circa 300 Grad Celsius) durchgeführt.
Das wie in Abbildung 11 produzierte Methan kann ebenfalls als Kraftstoff und als Beitrag zur CO2 neutralen Mobilität genutzt werden Die H2 Produktion liegt bei 60 bis 220 m3/h.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der volatilen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ein und definiert die Nutzung der Erdgasinfrastruktur als Speicheroption als Zielsetzung der Arbeit.
2. Grundlagen: Hier werden zentrale Begriffe wie Power-to-Gas und erneuerbare Energien definiert sowie verschiedene regenerative Energieformen erläutert.
3. Ökonomische Aspekte: Das Kapitel behandelt die Herausforderungen bei der Netzstabilität durch erneuerbare Energien, analysiert die aktuelle Speichersituation und hebt das Potenzial der Erdgasinfrastruktur hervor.
4. Nutzungsmöglichkeit der Erdgasinfrastruktur: Dieser Abschnitt beschreibt detailliert das Power-to-Gas-Verfahren (Elektrolyse und Methanisierung) sowie ein konkretes Pilotprojekt zur industriellen Anwendung.
5. Fazit und Ausblick: Das Fazit bewertet die Erdgasinfrastruktur als effiziente Großspeicherlösung und diskutiert notwendige regulatorische Anpassungen für den Erfolg der Technologie.
Schlüsselwörter
Energiewende, Power-to-Gas, Erdgasinfrastruktur, Stromspeicherung, Elektrolyse, Methanisierung, erneuerbare Energien, Volatilität, Gasspeicher, Wasserstoff, synthetisches Methan, Sektorenkopplung, Viessmann, Nachhaltigkeit, Energiewirtschaft
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert die technische und ökonomische Eignung der bestehenden deutschen Erdgasinfrastruktur als Speicherlösung für Strom aus erneuerbaren Energien durch Power-to-Gas.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Energiespeicherung, dem Power-to-Gas-Verfahren, der Integration regenerativer Energien und den regulatorischen Rahmenbedingungen in Deutschland.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, aufzuzeigen, dass die Erdgasinfrastruktur ein effizientes, bereits existierendes System darstellt, um die volatile Stromerzeugung aus Wind- und Solarkraft flexibel zu puffern.
Welche wissenschaftliche Methode findet Anwendung?
Es handelt sich um eine theoretische Seminararbeit, die auf einer umfassenden Literaturanalyse und der Untersuchung eines technologischen Praxisbeispiels basiert.
Was wird im Hauptteil detailliert beleuchtet?
Der Hauptteil gliedert sich in eine ökonomische Betrachtung der Speicherproblematik und eine detaillierte technische Beschreibung der Power-to-Gas-Verfahrensschritte sowie der Anlage in Allendorf.
Durch welche Schlüsselbegriffe ist die Arbeit charakterisiert?
Die wichtigsten Begriffe sind Power-to-Gas, Energiewende, Stromspeicherung, Wasserstoff und synthetisches Methan.
Warum wird die Erdgasinfrastruktur als bessere Speicherlösung als Stromnetze angesehen?
Aufgrund der enormen Speicherkapazität des Gasnetzes, die weit über der von derzeitigen Stromspeichern wie Batterien oder Pumpspeicherkraftwerken liegt.
Was zeichnet das im Dokument beschriebene Verfahren der Viessmann Group besonders aus?
Die Anlage nutzt ein innovatives, mikrobiologisches Verfahren zur Methanisierung, das auch CO2 aus nicht hochkonzentrierten Quellen verwerten kann.
- Citation du texte
- Maren Humbert (Auteur), 2016, "Power-to-Gas". Die Nutzung der deutschen Erdgasinfrastruktur im Rahmen der Energiewende, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/388616
