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Power-to-Gas 28.5.2015

Die Grafik zeigt das Schema Power-to-Gas-Verfahrens des Projektes 100%EE durch PtG.
© Michael Specht

Power-to-Gas aus 100 Prozent Erneuerbaren

Ökostrom in Gas umwandeln und dadurch speicherbar machen – das sogenannte Power-to-Gas-Verfahren macht es möglich. Ein Forschungsverbund untersucht dafür dessen Potenzial und Eignung. Dafür untersuchen die Forscher, wie eine 100-prozentige Versorgung aus erneuerbaren Energien konkret aussehen kann und welche Anforderungen sich an ein zukünftiges Energieversorgungssystem unter Einbeziehung der PtG-Technik ergeben.

Projektstatus Fertiggestellt
Projektlaufzeit November 2012 bis April 2015

Für eine lastgangkonforme Energieversorgung durch 100% erneuerbare Energien (EE) wird eine Technik benötigt, deren Speicherkapazität und -dauer die heute üblichen Techniken deutlich übertrifft. Beim Power-to-Gas-Verfahren (PtG) wird Strom in synthetisches Erdgas umgewandelt und dieses kann bei Bedarf in Strom zurückverwandelt werden. Bei der systemanalytischen Konzeption und praktischen Demonstration der Versorgung einer dezentralen Region auf Basis 100 Prozent erneuerbarer Energie (100% EE) wird der Fokus auf den Einsatz von PtG zur Energiespeicherung gelegt. Dies beinhaltet die Konkretisierung und Quantifizierung der technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an die PtG-Technik als Speicher sowie die praktische Demonstration der technischen Machbarkeit und Grenzen der Darstellung eines 100%-EE-Systems mit PtG.

Das Netz stabil halten

Im Zuge der Umstellung des Energiesystems hin zu einer Energieversorgung auf Basis von 100 Prozent erneuerbaren Energien werden die relativen Anteile der Einspeisung volatil erzeugter regenerativer Energie (Windkraft und Photovoltaik (PV) in das Stromversorgungsnetz stark ansteigen. Die Darstellung dieser hohen relativen Anteile von Wind- und PV-Strom wird das System der Stromversorgung und Verteilnetze vor neue Herausforderungen stellen: Zum einen muss die Zuverlässigkeit und Stabilität des Netzes sichergestellt werden, zum anderen müssen Maßnahmen ergriffen werden, um hohe Quoten volatiler erneuerbarer Energien am Strom-Mix überhaupt erst zu ermöglichen, das heißt zeitliche Über- und Unterdeckungen von Verbrauch und Dargebot auszugleichen. Dadurch werden vermehrt Stromspeicher im Netz notwendig sein wie Langfristspeicher für eine Speicherung potenziell großer Energiemengen über mehrere Tage bis Wochen/Monate hinweg bei geringen Ruheverlusten. Eine Möglichkeit ist die PtG-Technologie, bei der die Speicherung des Stroms als chemischen Energieträger Methan (EE-Gas) realisiert wird.

Die wesentlichen Anforderungen die sich aus heutiger Sicht speziell in diesem Kontext an das PtG-Verfahren stellen, sind zum einen aus systemischer Sicht die Fähigkeit der Darstellung eines dynamischen Betriebs im Ausgleich zu volatiler Stromerzeugung und die entsprechende Steuerungsfähigkeit bei gleichzeitiger Kompatibilität mit peripheren, insbesondere auch stofflich angebundenen Einrichtungen, wie zum Beispiel regenerative CO2-Quellen oder des Gasnetzes, zum Beispiel hinsichtlich erforderlicher Gasqualitäten und -drücke. Aus wirtschaftlicher Sicht stellt sich die Anforderung, dass auch bei der sich im Ausgleichsbetrieb realisierbaren Auslastung des Verfahrens (Volllaststunden) ein ökonomisch sinnvoller Betrieb dargestellt werden muss.

Simulation und Optimierung

Ziele des Projekts sind deswegen zum einen die Konkretisierung und die Quantifizierung der technischen wie wirtschaftlichen Anforderungen an die PtG-Technik für den beschriebenen Einsatzzweck, zum anderen die praktische Demonstration der technischen Machbarkeit beziehungswiese die Grenzen der Darstellung eines 100%-EE Systems unter Einsatz der PtG als Energiespeicher. Neben der vollständigen Simulation und Optimierung der zu betrachtenden Modellregion mit PtG-Einsatz sollen die Anforderungen an PtG im Rahmen der Demonstrationsphase, durch die nur in der Praxis zu gewinnenden Erfahrungen geschärft werden, wodurch ein bis heute unerreichtes Niveau erlangt wird, die Technologie bezüglich ihrer Grenzen und Potenziale, quantitativen Anforderungen und Weiterentwicklungsbedarfe zu bewerten.

Es sind zwei zeitliche abgegrenzte Phasen zur sukzessiven Bearbeitung geplant. Das Projekt befindet sich aktuell in der 1. Phase.

1. Phase = Konzeptionsphase: Eingrenzung einer Modellregion, Potenzialabschätzung für die PtG-Technologie für diese Modellregion, Simulation und Optimierung der 100%-EE-Versorgung in dieser Modellregion, sowie Analyse und Bewertung der Ergebnisse. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Anforderungen an die PtG-Anlage für die Demonstrationsphase definiert.
Die erste Phase läuft bis Februar 2014. Insgesamt sind folgende Arbeitspakte in der 1. Phase geplant:  1. Potenzialabschätzung der PtG-Technologie für die Modellregion, 2. Anforderungen an die Simulation der Modellregion und Datenbasis, 3. Erstellung des Simulationsmodells für die Modellregion, 4. Durchführung der Simulation, 5. Auswertung der Simulation, 6. Tauglichkeitsüberprüfung

2. Phase = Demonstrationsphase: Durch die Umsetzung des Konzeptes im Praxisversuch werden die Modellergebnisse verifiziert und auf operativer Basis optimiert. Insgesamt sind folgende Arbeitspakte in der 2. Phase geplant: 7. Design und Bau der PtG-Anlage und Optimierung, 8. Integration in die Energielandschaft, 9. Betrieb und Demonstration, 10. Auswertung

Technische und wirtschaftliche Anforderungen konkretisieren und quantifizieren

Übergreifendes Ziel des Projekts ist die systemanalytische Konzeption und praktische Demonstration der Stromversorgung  einer Region auf Basis 100%-Erneuerbarer Energie (EE) unter dem Fokus des Einsatzes der Power-to-Gas zur Energiespeicherung.
Ziele des Projekts sind deswegen zum einen die Konkretisierung und die Quantifizierung der technischen wie wirtschaftlichen Anforderungen an die PtG-Technologie für den beschriebenen Einsatzzweck, zum anderen die praktische Demonstration der technischen Machbarkeit beziehungsweise die Grenzen der Darstellung eines 100%-EE Systems unter Einsatz der PtG-Technologie als Energiespeicher.

Demophase soll Praxistauglichkeit beweisen

Eine Besonderheit des Projekts ist die Demonstration und praktische Erforschung des in der ersten Phase erarbeiteten Konzepts. Hierzu wird eine PtG-Anlage gemäß den erforschten Hard- und Softwarespezifikationen der ersten Projektphase erarbeitet und bereitgestellt. Diese PtG-Anlage wird somit erstmals eine Anlagentechnik beinhalten, die spezifisch auf die Anforderungen eines Betriebs in einer realitätsnahen Umgebung mit hohen EE-Anteilen angepasst ist. Mit der Demonstrationsphase werden Erfahrungen gesammelt, die nur in der Praxis zu gewinnen sind und wodurch ein bis heute unerreichtes Niveau erlangt wird, die Technik bezüglich ihrer Grenzen und Potenziale, quantitativen Anforderungen und Weiterentwicklungsbedarfe zu bewerten.

Auf Basis von erarbeiteten Anforderungen an das Simulationsmodell wird das Modell erstellt und die entsprechende Software angefertigt.  Auf Basis dieses Simulationsmodells wird für die festgelegten Szenarien die Simulation und Optimierung eines 100% EE Versorgungssystem für die Modellregion durchgeführt.

Ökonomisch sinnvoller Betrieb

Ziel ist die Konkretisierung und Quantifizierung der technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an die PtG-Technologie als Speicher. Im Rahmen des Projektes werden als Input für die Simulation wirtschaftliche Parameter erarbeitet und mit der Simulation Anforderungen generiert. Im Rahmen der Demonstrationsphase werden die Ergebnisse aus der Simulation verifiziert. Aus wirtschaftlicher Sicht stellt sich die Anforderung, dass auch bei der sich im Ausgleichsbetrieb realisierbaren Auslastung des Verfahrens (Volllaststunden) ein ökonomisch sinnvoller Betrieb dargestellt werden muss.

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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Forschungsförderung

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