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Die AUDI-e-gas-Anlage in Werlteein P2G-Projekt am Standort einer Biogasanlage
Thomas GötzeHannover, 08.11.2017
Biogasanlage der EWE in Werlte (2011)
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 2
Power to Gas – Speicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie in die Erdgasinfrastruktur
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 3
Elektrolyse
Methanisierung(Power to Gas)
���(biogen)
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GAS
NET
Z
STR
OM
NET
Z
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���
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���/SNG
Herstellung von Kerosin,Benzin und Diesel(Power to Liquids)
CNG-Fahrzeuge
Direkte H2-Nutzung(Power to Hydrogen)
„überschüssiger“ Strom (regenerativ)
��
�� HFC-Fahrzeuge
Chemische Industrie
Industrie
Wärme-markt
Benzin-,Diesel-
Fahrzeuge
EWE NETZ GmbH
EWE NETZ GmbH
EWE ERNEUERBARE ENERGIEN GmbH
AGENDA
4
TOP 1 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Stromnetzes
TOP 2 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Gasnetzes
TOP 4 Motivation AUDI
TOP 3 e-gas-Projekt Werlte
TOP 5 Förderprojekt WOMBAT / Betriebserfahrungen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Anteil erneuerbare Energie am Bruttostromverbrauch, am Endenergieverbrauch für Wärme und Verkehr (1990-2015)
5EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
In 2016 stammten etwa 76% des transportierten Stroms aus erneuerbaren Energien
6
Strommengen [TWh]
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
6,27
7,978,91 9,22 9,59
10,529,72
14,14 14,14 14,1913,58
12,91 12,91 12,76
201044%
201156%
201263%
201368%
201475%
201582%
2016
EEG Anteil: ca.76%
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trom
men
ge
EWE
NET
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Eins
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ge
EWE NETZ liegt den Ausbauzielen der Bundesregierung um Jahrzehnte voraus
7
Ausbauziele der Bundesregierung
Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren und konventionellen Energien
EWE NETZ: Einspeisemengen
Anteil des Stroms aus erneuerbaren und konventionellen Energien im EWE Netz
80 %
2016 bis 2050Erneuerbare
Konventionelle
Erneuerbare
Konventionelle
2014 2015
31,7 %
75 % 75 %82 %
2016
76 %
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
EEG-Einspeisemanagement: Zahl der Maßnahmen steigt, Ausfallmenge ist schwankend
8
0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
4,0%
5,0%
0
400
800
1200
1600
2000
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Ante
il de
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fallm
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*an
der
EEG
-Jah
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enge
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hmen
Anzahl Anforderung aus vorgelagerten NetzenAnzahl Maßnahmen EWE NETZAusfallmenge Anforderung aus vorgelagerten Netzen in ProzentAusfallmenge Maßnahmen EWE NETZ in Prozent
*: Ausfallmenge: geschätzte Mengen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
„Regeneratives Kraftwerk Verteilnetz“
9
Netzkoppelpunkt Region Werlte:
Dauer Rückspeisung: 6.937 hMaximaler Energiebezug (negativ): 16,042 MWMaximale Rückspeisung (positiv): 58, 652 MWRückgespeiste Energie: 61,7 GWh* *entspricht Energieverbrauch von 3 P2G-Anlagen „Werlte“ (6 MW)
15 min- Wirkleistungsmittelwerte am Netzkoppelpunkt zur Hochspannungsebene in der Region Werlte (Quelle: EWE NETZ)
Rückspeisung(EE-Erzeugung > Verbrauch)
Max
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
EISMAN:Abschaltungen oder Reduzierungen (30%/60%) Dauer EISMAN: 12 h
Energiebezug(Verbrauch > EE-Erzeugung)
Max
6 MW
AGENDA
10
TOP 1 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Stromnetzes
TOP 2 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Gasnetzes
TOP 4 Motivation AUDI
TOP 3 e-gas-Projekt Werlte
TOP 5 Förderprojekt WOMBAT / Betriebserfahrungen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
11
Rechtliche Grundlagen für Einspeisung von H2 / SNGjuristischer Kunsttrick: Ergänzung der Definition des Begriffes Biogas
Begriffsbestimmungen Biogas im EnWG (§ 3, 10c):
„Biomethan, Gas aus Biomasse, …sowie Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse erzeugt worden ist, und synthetisch erzeugtes Methan (SNG), wenn der zur Elektrolyse eingesetzte Strom und das zur Methanisierung eingesetzte Kohlendioxid nachweislich weit überwiegend (mindestens 80%) aus erneuerbaren Energiequellen … stammen.
Geltung des Teil 6 („Biogas“) der Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV)Ø Kostenteilung beim Netzanschluss: 75% Netzbetreiber / 25% Anschlussnehmer;
maximal 250 T€ bei Anschluss kleiner 1km
Ø Netzbetreiber hat Verfügbarkeit des Netzanschlusses sicherzustellen (96%) und istfür Wartung u. Betrieb verantwortlich
Ø Standardisiertes Verfahren zur Anschlussprüfung
Ø Vorrangiger Netzzugang
Ø Erweiterter Bilanzierungszeitraum
Ø Einhaltung der Anforderungen der Arbeitsblätter G 260 bzw. G262 des DVGW
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Spezifikation der Gase gemäß Schnittstellenhandbuch Einspeisung von SNG/Biomethan
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 12
Produktgas e-gas (S1a)− Volumenstrom: 340 Nm³/h
− Methangehalt: 92 Vol.-%
− CO2-Gehalt: 4 Vol.-%
− H2S-Gehalt: 0 mg/Nm³
− H2-Gehalt: 4 Vol.-%− N2-Gehalt: 0 Vol.-%
− O2-Gehalt: 0 Vol.-%
− Taupunkt (1 bar) : - 55 °C
− Abs. Feuchte: 38 mg/Nm³
− Übergabedruck: 5 barabs
− Diskontinuierliche Einspeisung (Betrieb abhängig von Strombezug)
Produktgas Biomethan (S2a)− Volumenstrom: 700 Nm³/h
− Methangehalt: 98 Vol.-%
− CO2-Gehalt: 2 Vol.-%
− H2S-Gehalt: 2 mg/Nm³
− H2-Gehalt: 0,1 Vol.-%
− N2-Gehalt: 0,1 Vol.-%
− O2-Gehalt: 0,1 Vol.-%
− Taupunkt (1 bar) : - 55 °C
− Abs. Feuchte: 45 mg/Nm³
− Übergabedruck: 1,06 barabs
− Kontinuierliche Einspeisung (Biogasanlagenbetrieb)
e-gas Projekt WerlteBiogas- und e-gas-Einspeiseanlage der EWE NETZ GmbH
13EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Rechtliche Grundlagen für Einspeisung von WasserstoffArbeitsblatt G 262 (A) – September 2011
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 14
Quelle:: DVGW Regelwerk
Übersicht H2-Toleranz bis 10% bei Verteilung und Anwendung
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 15Quelle:: DVGW (Forschung)
2 Vol.-% H2
Power to Gas – Speicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie in die Erdgasinfrastruktur
H2-Produktion
1.200 Nm³/h H2
e-gas-Einspeisung
320 Nm³/h SNG
H2-Einspeisung
30 Nm³/h H2
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 16
AGENDA
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TOP 1 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Stromnetzes
TOP 2 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Gasnetzes
TOP 4 Motivation AUDI
TOP 3 e-gas-Projekt Werlte
TOP 5 Förderprojekt WOMBAT / Betriebserfahrungen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
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e-gas Projekt WerlteEntscheidung für den Standort Werlte (Emsland)
Entscheidung für Werlte
• Räumliche Nähe zu Offshore-Windparks• Nähe zur CO2-Quelle (Biogasanlage)• Vorhandene Infrastruktur• Einsatz von Abfällen / Gülle (kein Mais)
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
e-gas Projekt WerlteÜbersicht
19
Quelle: EWE NETZ, 2013
Werlte
EWE ERNEUERBARE
EWE NETZAudi
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
e-gas Projekt WerlteKopplung einer Biogasanlage mit einer P2G-Anlage
20EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Kennzahlen e-gas Anlage in Werlte
Energieinhalt e-gas 13,85 kWh/kg
Menge Strom 26 – 29 GWh/a
max . Kapazität Elektrolyseure 3 x 2 MW
Gesamtwirkungsgrad 54 %
Max. H2 Produktionsmengen 1300 Nm³/h
Max. H2-Speicherzeit 60 min
Max. e-gas Produktionsmengen 325 Nm³/h
Geplante Auslastung 4.380 h/a
Geplante e-gas Produktion 1000 t/a
21EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
AGENDA
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TOP 1 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Stromnetzes
TOP 2 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Gasnetzes
TOP 4 Motivation AUDI
TOP 3 e-gas-Projekt Werlte
TOP 5 Förderprojekt WOMBAT / Betriebserfahrungen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Lebenszyklusanalyse: Vollständige Erfassung aller Arten von Emissionen der Fahrzeugtechnologie
23EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Quelle:
Lebenszyklusanalyse der Kompaktklasse (A3)(200.000 km Laufleistung)
24EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Emissionsangaben in g CO2/km
Quelle:
Ø Erdgas als Kraftstoff: 20% geringerer CO2-Ausstoss als ein Benziner
25EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Quelle:
Lebenszyklusanalyse der Kompaktklasse (A3)(200.000 km Laufleistung)
Ø Ein mit E-Gas betriebenes CNG-Fahrzeug verursacht in Summe (cradle-to-grave) rund 70% weniger CO2-Emissionen als ein vergleichbarer Benziner.
Emissionsangaben in g CO2/km
AGENDA
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TOP 1 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Stromnetzes
TOP 2 P2G am Standort Werlte aus Sicht des Gasnetzes
TOP 4 Motivation AUDI
TOP 3 e-gas-Projekt Werlte
TOP 5 Förderprojekt WOMBAT / Betriebserfahrungen
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Wirkungsgrad- Optimierung der Methanisierungs- und BiogasAnlagen-Technologie im Rahmen eines EE-Speicherungs-Pilotprojekts
Projekt-ziele
• Optimierung des Gesamtwirkungsgrads• Verbesserung der Systemintegration der Biogas-
und Biogasaufbereitungsanlage (BGA & BGAA)• Aufbau eines effizienten Wärmebereitstellungssystems
Laufzeit 01.07.2012 bis 30.06.2016
Volumen 5,5 Mio. EURO (Fördervolumen aller Projektpartner)
Aufgaben EWE
• Lieferung des für die Methanisierung benötigten CO2 aus der Biogas-/Biogasaufbereitungsanlage
• Übernahme der Prozesswärme aus Elektrolyse und Methanisierung zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades
• Einspeisung des e-gases ins Erdgasnetz (EWE NETZ)
Förderprojekt „WOMBAT“
Elektrolyse
Methanisierung
Bilder: Quelle AUDIProjektpartner:
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte 27
28
Förderprojekt WOMBATErgebnisse
Ø Durch entsprechende Maßnahmen auf der Biogasanlage konnten der CH4- und der CO2-Output verstetigt und gesteigert werden.
Ø Die bestehende Abfall-Biogasanlage konnte trotz der prinzipbedingtschwankenden Substrat-Menge und -Qualität als zuverlässige CO2-Lieferantin qualifiziert und optimiert werden
Ø Durch Erhöhung der Biogasspeicherkapazität ist eine Flexibilisierungsowie eine bedarfsgerechte Bereitstellung von CO2 möglich, um der flexiblen Anlagenfahrweise der EGA zu folgen
Ø Kopplung der beiden Anlagen wirken sich positiv auf die BGA aus, da deutlich weniger Rohbiogas über den Kessel verbrannt werden muss und dadurch mehr Biomethan eingespeist werden kann.
Ø Durch Nutzung der Abwärme der P2G-Anlage für die Biogas- bzw. Biogasaufbereitungsanlage Steigerung des Wirkungsgrads der P2G-Anlage von 54,1% um 65,8%.
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
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Förderprojekt WOMBATErkenntnisse zum Strombezug (Elektrolyse)
Ø Erfahrungen mit verschiedenen Strombezugskonzepten gesammeltØ e-gas Anlage konnte alle Schwankungen des Netzbetreibers folgenØ Der Betrieb einer P2G Anlage findet hauptsächlich nachts und am
Wochenende stattØ Stromkosten (der Elektrolyse) sind im laufenden Betrieb der größte
Kostenfaktor Ø Erfolgreiche Präqualifikation für den Sekundär-Regelenergie-MarktØ Stromentnahme für 1.000 t (SNG)/a (1.500 Fahrzeuge) ist mit
negativer Sekundärregelleistung nicht zu erreichenØ Mixstrategie von positiver und negativer Regelleistung: Hierdurch
konnte ein durchschnittlicher Strombezugspreis von <1,5 ct/kWh realisiert werden
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
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WirtschaftlichkeitWelche Rahmenbedingungen stehen dem P2G-Ausbau entgegen?
► CO2-AnrechungProblem: Tank-to-Wheel Betrachtung berücksichtigt nicht die Kraftstoffvorkette
Lösung: Anrechnung der CO2-Reduktion erneuerbarer Kraftstoffe auf die Flottenemissionen
► Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG)Probleme: Eingeschränkte Marktchancen von synth. Methan durch fehlenden
Biokraftstoffstatus / nur im BImschG als Biokraftstoff anerkannte Kraftstoff-sorten können zur Erfüllung der Biokraftstoffquote herangezogen werden
Lösung: Gleichstellung von synthetischem Methan mit Biogas im BImschG
► Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)Problem: Einstufung P2G als „Letztverbraucher“
à dadurch EEG-Umlage (2018: 6,79 Cent/kWh) derzeit größter Kostentreiber auf der Herstellungsseite von synthetischem Methan
Lösung: Definitorisch „richtige“ Einordnung von P2G als Energiespeicher und Abschaffung des bisherigen „Letztverbraucherstatus“
EWE NETZ / Thomas Götze / P2G_Werlte
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit