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Stofflicher Speicher
BMWi
Bio-Methan im Verbund 6.10.2016

Die Aminwäsche trennt CO2 vom Rohbiogas der EWE-Biogasanlage ab, sorgt somit für einspeisefähiges Biomethan und liefert jetzt auch CO2 an die Methanisierungseinheit der Audi e-gas-Anlage.
© AUDI AG

Weltweit erste industrielle Power-to-Gas-Anlage

Forscher verfolgten im Projekt WOMBAT die Idee das Strom- und Gasnetz miteinander zu verbinden. Überschüssiger Strom aus regenerativen Quellen soll zur Gewinnung von Wasserstoff genutzt werden. Dieser wird mit Kohlendioxid in einer Biogasanlage zu Methan, also der Hauptkomponente von Erdgas, synthetisiert. So lässt sich die komplexe Infrastruktur der Gaswirtschaft vom Transport bis zur Speicherung nutzen.

Projektstatus Projekt beendet
Typische Anlagengröße Energie Kapazität des Erdgasnetzes
Typische Anlagengröße Leistung 6 MW
Energiedichte volumetrisch Analog Erdgasnetz
Wirkungsgrad AC/VN CH4 54% +/- 3%
Brauchbarkeitsdauer der Anlage (1 Zyklus/Tag) Zielwert: > 20 Jahre
Ansprechzeit bei Bereitstellung der Energie 30 Sekunden
Typische Entladezeit Variabel durch sehr hohe Verstromungsleistung im Netz
Typische Zeit zwischen Ein- und Auslagerung Beliebig durch orts- und zeit- unabhängige Speicherung
Anwendungsfelder, Beispiele Bereitstellung von e-gas für Mobilität unter Verwendung von elektrischer Überschussenergie. Einsatz als Sekundärregelleistung (SRL) möglich.
Laufzeit Juli 2012 bis September 2016

Der Name des Projektes WOMBAT leitet sich her von „Wirkungsgrad-Optimierung Methanisierungs- und Biogas-Anlagen-Technologie“. An der Anlage in der niedersächsischen Gemeinde Werlte wollen die Wissenschaftler die gesamte Prozesskette von der Elektrolyse und Methanisierung bis hin zur Nutzung optimieren. Dazu gehören technische Optimierungen am Anlagenverbund, sowie systemische Analysen zu den Rückkopplungen in den Netzen und im Mobilitätsbereich. Untersucht wird auch, wie Vermarktungswege für die eingespeicherte Energie etabliert werden können. Die Forscher wollen aufzeigen, wie die Gesamtwirtschaftlichkeit der Technologie erreicht werden kann und zur ökologischen Optimierung für die Sektoren Energie und Mobilität beitragen.
Die weltweit erste Power-to-Gas-Pilotanlage im industriellen Maßstab bietet die Möglichkeit, Erkenntnisse aus dem laufenden Betrieb einer solchen Anlage zu ziehen.

  • Mit drei Elektrolyseuren à 2 MW ist die Audi e-gas-Anlage der größte Power-to-Gas-Standort der Welt. © AUDI AG
  • Erneuerbare Strom wird via Elektrolyse und Methanisierung in speicherbares synthetisches Erdgas umgewandelt. Das sogenannte Audi e-gas kann in Haushalten, Industrien sowie in der Mobilität eingesetzt werden. © AUDI AG
  • Grafik der Power-to-Gas-Anlage © Audi AG
  • Mit drei Elektrolyseuren à 2 Megawatt ist die Audi e-gas-Anlage der größte Power-to-Gas-Standort der Welt. Hersteller der alkalischen Elektrolyseure ist die Firma McPhy Energy. © AUDI AG
  • Das Herzstück der Audi e-gas-Anlage: die Methanisierungseinheit, in der Wasserstoff und Kohlendioxid miteinander zu Methan reagieren. © AUDI AG

Synergien im Verbund

Ein besonderer Forschungsschwerpunkt liegt auf den Synergien mit der Biomethananlage des Projektpartners EWE. Die Wissenschaftler prüfen, inwieweit der Wirkungsgrad eines Verbunds Biomethan-/Power-to-Gas-Anlage (PtG-Anlage) durch ein spezifisches Wärmemanagement gegenüber einem Einzelbetrieb der beiden Anlagen gesteigert werden kann. Dieser Ansatz erscheint vielversprechend, denn in der PtG-Anlage gibt es verschiedene Wärmequellen wie den Elektrolyseur und die Methanisierungseinheit. In der Biomethananlage hingegen wird für einige Prozessschritte Wärme benötigt z. B. für die Hygienisierung der Abfälle, für die Fermenter-Beheizung und für die CO2-Abtrennung. Ein Austausch der Wärmemengen erscheint naheliegend. Besondere Herausforderungen ergeben sich aber durch den intermittierenden Betrieb der PtG-Anlage, dem ein kontinuierlicher Wärmebedarf der Biomethananlage gegenübersteht.

Ein Großteil des eingespeicherten synthetischen Methans soll als Kraftstoff für CNG-Fahrzeuge genutzt werden. Im Rahmen des Projekts sollen Möglichkeiten gefunden werden, die Erlöse für das erneuerbare Methan und die Kosten für sein Inverkehrbringen im Verkehrssektor zu optimieren. Auf diese Weise sollgezeigt werden, wie PtG-Anlagen innerhalb eines marktwirtschaftlichen Rahmens noch vor Eintreten einer energiewirtschaftlichen Notwendigkeit kostendeckend betrieben und damit weiterentwickelt werden können.

Monitoring

Die Optimierung des Verbunds Biomethananlage/PtG-Anlage soll durch ein umfassendes Monitoring begleitet und dokumentiert werden. Dazu wird ein technisches Konzept mit einer Reihe von Messpunkten entwickelt, mit dem Stoff- und Energieströme in hoher zeitlicher Auflösung über die Dauer des Projektvorhabens erfasst und analysiert werden können. Durch die unterschiedlichen zu analysierenden Betriebsstrategien, die zudem in Abhängigkeit der Situation im Stromnetz, der Witterung usw., also unter wechselnden Bedingungen, umgesetzt und analysiert werden sollen, wird die PtG-Anlage mit erhöhtem personellen Aufwand gefahren. Ziel ist ein Optimierung nach unterschiedlichen Kriterien (Stabilisierung Stromnetz, Reduzierung nicht nutzbarer Strommengen, Wirtschaftlichkeit, Gesamtökologie des Verbunds PtG/BGA, Standfestigkeit Elektrolyse/Methanisierung), sodass schließlich im Sinne einer weitgehenden Automatisierung des Anlagenbetriebs sinnvolle und stabile Regelalgorithmen entwickelt werden können.
Bei der Optimierung im Bereich der Nutzung der eingespeicherten Energiemengen werden systemische Untersuchungen unter Zuhilfenahme klassischer Life-Cycle-Assessments und Szenario-Analysen vorgenommen.

Wirtschaftlichkeit im Fokus

PtG-Anlagen werden ihre Systemdienstleistung nur erbringen können, wenn eine Gesamtwirtschaftlichkeit erreicht werden kann und somit eine gewisse Verbreitung der Technologie über entsprechende Investments möglich erscheint. Daher liegt ein besonderer Fokus auf der Analyse und Optimierung der Stellgrößen, die einen großen Einfluss auf Kosten und Erlöse haben.

Regelbetrieb seit Ende 2013

Im Mai 2011 wurde die Entscheidung getroffen, gemeinsam mit dem Anlagenbauer SolarFuel (heute: ETOGAS) im Emsland eine industrielle Power-to-Gas-Anlage neben eine bestehende Biomethan-Anlage des Energieversorgers EWE zu bauen. Dabei soll das für die Methanisierung benötigte CO2 aus der Biogasaufbereitung genutzt werden.

Die PtG-Anlage hat ihren Regelbetrieb seit Ende 2013 aufgenommen. Grundsätzliche Vorarbeiten wurden in den Bereichen Monitoring Wärmemanagement, Strombezug sowie Life-Cycle-Analyse und Inverkehrbringen des Energieträgers e-gas in Angriff genommen.
Hinzu kommen in diesem Jahr unter anderem Optimierungsmaßnahmen an der Biomethan-Anlage, die eine verbesserte Versorgung der e-gas-Anlage mit hochkonzentriertem Kohlendioxid  gewährleisten sollen. Mit der Inbetriebnahme der e-gas-Anlage im Laufe des Sommers können auf Basis der Monitoring-Installationen Daten erhoben werden und später die ersten technischen Optimierungsmaßnahmen bzgl. des Betriebs der beiden Anlagen im Zusammenspiel eingeleitet werden. Für 2014 und die Folgejahre sind dann ökologische wie ökonomische Optimierungen in der Fahrweise beider Anlagen vorgesehen, insbesondere vor dem Hintergrund der Verfügbarkeit von Substraten für die Biogasanlage und der konkreten Netzsituation (Strom und Gas) am Anlagenstandort Werlte.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

21. September 2017
Elektromobilität im ÖPNV

25. September 2017
EU PVSEC 2017

26. September 2017
Batterien für Bordnetze, Hybrid- und Elektrofahrzeuge

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Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.