Power-to-Gas als essentieller Bestandteil der zukünftigen Energieversorgung

17.08.2015
Von: Martin Thema

Globale Speicherwende für den Klimaschutz: Laut einer jüngsten Untersuchung der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) ist mit einer wirtschaftlichen Nutzung von Power-to-Gas in naher Zukunft zu rechnen.

Zu erwartende Stromüberschüsse in Deutschland bei steigenden Anteilen erneuerbarer Energien. Quelle: FENES, 2015.

Abbildung 1: Zu erwartende Stromüberschüsse in Deutschland bei steigenden Anteilen erneuerbarer Energien. Quelle: OTH Regensburg, FENES

Entwicklung der Windgas-Anlagenkapazität in Deutschland in den Jahren 2005 bis 2015/17: Durchbruch der Windgas-Technologie zeichnet sich ab den Jahren 2009 bis 2012 sowohl in langfristiger Planung als auch in bereits in Betrieb befindlichen Anlagen ab. G

Entwicklung der Windgas-Anlagenkapazität in Deutschland in den Jahren 2005 bis 2015/17: Durchbruch der Windgas-Technologie zeichnet sich ab den Jahren 2009 bis 2012 sowohl in langfristiger Planung als auch in bereits in Betrieb befindlichen Anlagen ab. Quelle: OTH Regensburg, FENES

Bereits das heutige, noch zu großen Teilen fossil geprägte Energieversorgungssystem basiert maßgeblich auf der Speicherung von Energie: in fossilen Rohstoffen gespeicherter Sonnenenergie. Diese bisher einseitig ausspeichernde Nutzung fossiler Speicher gilt es im Rahmen der Energiewende durch alternative Formen der Energiespeicherung zu ersetzen, in Kombination mit einer an Angebot und Nachfrage angepassten Fahrweise von Erzeugung und Verbrauch sowie dem angemessenen Aus- und Umbau der bestehenden Energieverteilung zu.

Eine exakte Angabe wann Stromspeicher in welchem Maße benötigt werden, ist aufgrund einer Vielzahl verschiedener Einflussfaktoren wie beispielsweise der Entwicklung des Netzausbaus derzeit nicht möglich. Allein die Überschüsse aus regenerativer Erzeugung im Stromsystem werden sich (Sterner und Stadler 2014) zufolge gegen Ende der Energiewende auf bis zu 60 bis 100 TWh (terawatt hours) im Jahr belaufen, was über zehn Prozent der Bruttostromproduktion in Deutschland im Jahr 2012 entspricht (siehe Abbildung 1).

Stromüberschuss, Speicherwende, Power-to-Gas (P2G)

Dem Speicherkonzept Power-to-Gas (auch „Windgas“) wird dabei zweifellos eine Schlüsselrolle zuteil. Keine andere Speicheroption bietet derart vielseitige Integrations- und Verknüpfungsmöglichkeiten um die erforderlichen Speicherkapazitäten im Stromsystem zu erreichen sowie die Dekarbonisierung der anderen Energiesektoren (Wärme/Kälte, Verkehr und Chemie) zu ermöglichen.

Power-to-Gas nutzt erneuerbaren Strom, um chemische Energieträger herzustellen. In der Einspeicherung wird Wasserstoff (H2) über eine Elektrolyse (alkalische, Membran- oder Hochtemperaturelektrolyse) erzeugt. Daran anschließen kann eine Methanisierung, welche aus H2 und CO2 Methan (CH4) erzeugt, welches vollständig kompatibel mit der vorhandenen Erdgasinfrastruktur ist und als Substitut das fossile Erdgas ersetzen kann.

Zur Speicherung und dem Transport dienen das Gasnetz, Poren- und Kavernenspeicher oder Druckgastanks. Das Speichergas kann äußerst flexibel über verschiedene Entladetechnologien (z.B. Gasturbine (Strom/Wärme), Erdgas-Verbrennungsmotor (Mobilität/Strom/Wärme), Gastherme (Wärme), etc.) in Anwendungen der Energiewirtschaft sowie Abnehmer der chemischen Industrie genutzt werden.

Windgas, Speicherwende, Power-to-Gas, P2G

Um die im Zuge der Energiewende zunehmend wetterabhängig fluktuierende Stromerzeugung zu verstetigen, ist Power-to-Gas derzeit die einzige national verfügbare Speichertechnik, um relevante Energiemengen auch längerfristig im Monats- und Jahresbereich zu verschieben. Herkömmliche Speicher (wie beispielsweise Pump- oder Batteriespeicher) sind lediglich in der Lage Schwankungen im Minuten bis Tagesbereich abzufedern.

Power-to-Gas befindet sich derzeit in einem Entwicklungsumfeld von rasant zunehmender Bedeutung. Nachdem im Jahr 2005 die erste Anlage dieser Art zur Wasserstofferzeugung in Planung ging sind, heute bereits über 23 MW Elektrolyseleistung in Power-to-Gas-Pilotprojekten realisiert. Bei günstiger Entwicklung der Rahmenbedingungen – d. h. der Ermöglichung einer sektorenübergreifenden wirtschaftlichen Speicherung durch reduzierte Abgabenlast – ist bis 2017 derzeit mit knapp 31 MW projektierter Windgas-Leistung in Europa zu rechnen (s. Abbildung 3). Auch weltweit nimmt das Interesse an Power-to-Gas stark zu und es ist mit einer Einführung der noch jungen Technologie am Markt in naher Zukunft zu rechnen. Dabei zunächst verursachte Mehrkosten können jüngsten Untersuchungen von FENES zufolge zukünftig durch Ausnutzung von Überschussstrommengen aus Wind- und Photovoltaik mehr als ausgeglichen werden.

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