STORE&GO: Das größte Power-to-Gas-Forschungsprojekt in Europa befindet sich auf der Zielgeraden - store&go
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FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
Die Demonstrationsanlage in
Solothurn (Schweiz) ist mit einer
biologischen Methanisierung
ausgestattet.
Quelle: STORE&GO
STORE&GO:
Das größte Power-to-Gas-Forschungsprojekt in Europa
befindet sich auf der Zielgeraden
Nach über drei Jahren Projektlaufzeit kann das Forschungsprojekt STORE&GO auf zahlreiche Erfolge
zurückblicken: Die drei errichteten Power-to-Gas-Demonstrationsanlagen sind in Betrieb und die im
Rahmen des Projektes vorgenommenen Analysen zeigen, dass Power-to-Gas die Versorgungssicherheit
des europäischen Energiesystems erhöhen und gleichzeitig Kosten senken kann. Nun gilt es, die gewon-
nenen Erkenntnisse in politische Handlungsempfehlungen in Form einer europäischen Power-to-Gas-
Roadmap zu überführen. Der Beitrag stellt die zentralen Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben vor.
von: Daniel Stähr, Hans Rasmusson & Dr. Dietrich Gerstein (alle: DVGW e. V.)
Seit März 2016 untersuchen die insge- Fortschritte erzielen werden. Vor allem lich heben und somit weitere Einsatz-
samt 27 europäischen Partner von durch Skalierungs- und Lerneffekte möglichkeiten schaffen.
STORE&GO das Potenzial der Power-to- werden sich die Kosten der eingesetzten
Gas(P2G)-Technologie im europäischen Technologien demnach reduzieren. Herzstück von STORE&GO sind die
Energiesystem und zeigen mit ihrer For- Weiterhin belegen STORE&GO-Studi- drei Demonstrationsanlagen, die in
schung auf, welchen Beitrag die Tech- en, dass P2G in seiner Funktion als Deutschland, der Schweiz und Italien
nologie zum Erreichen der Klimaziele Energiespeicher bedeutend zur Versor- errichtet wurden. Sie werden erfolgreich
und zum Umbau des europäischen gungssicherheit in Europa beitragen betrieben und speisen erneuerbares syn-
Energiesystems leisten kann. Die bishe- kann. Aktuell diskutierte CO2-Beprei- thetisches Methan in ein Transport- und
rigen Ergebnisse untermauern, dass sungsmodelle können die Wirtschaft- ein Verteilnetz ein; in der Anlage in Ita-
P2G-Technologien zukünftig große lichkeit von P2G-Technologien zusätz- lien wird das produzierte Gas darüber
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hinaus verflüssigt. An den drei Standor-
ten, alle mit unterschiedlichen innova- 50
Produktionskosten
[€-Cent/kWhLHV ]
40 PEMEC-CAT
tiven Methanisierungstechnologien
30
SNG
ausgestattet, werden derzeit die Erfah- PEMEC-BIO
20
rungen und Daten aus dem laufenden AEC-CAT
10
Quelle: STORE&GO
Betrieb der P2G-Anlagen gesammelt. 0 AEC-BIO
2020 2030 2050 SOEC-CAT
Somit befindet sich das Leuchtturmpro-
Scenario PtG-Wind-100 %
jekt STORE&GO auf einem ausgezeich-
neten Weg, einen Meilenstein für die
Abb. 1: Kostensenkungspotenzial durch Lernkurven für Elektrolyseure (±15 Prozent Unsicherheit)
Gasbranche zu setzen und aufzuzeigen,
wie das Energiesystem von morgen kom-
plementiert werden könnte. Mithilfe der sondere Art der Methanerzeugung mit- siert. Dabei zeigt sich, dass insbeson-
parallel durchgeführten Begleitfor- hilfe von Mikroorganismen, soge- dere bei der Elektrolyse erhebliche
schung konnten darüber hinaus tech- nannten Archaeen. Diese wandeln den Potenziale zur Kostensenkungbeste-
nische, wirtschaftliche, ökologische in Elektrolyseuren gewonnenen Was- hen; Grund hierfür sind Skalierungs-
und rechtliche Aspekte rund um das serstoff im P2G-Verfahren zusammen effekte und Lernkurven. Modellierun-
Thema P2G beleuchtet werden. mit Kohlendioxid in Methan um. Seit gen zeigen, dass in Zukunft die Inves-
Mai 2019 produziert das Hybridwerk titionskosten für alle Technologien
in Solothurn mit einer Leistung von stark sinken werden (Abb. 1).
Grüne Gase bereits im Netz
700 kW auf diesem Weg synthetisches
Die erste in Betrieb genommene P2G- Methan und speist es in das regionale Bis sich P2G als Technologie am Markt
Anlage von STORE&GO befindet sich im Gasnetz ein. etabliert, werden sogenannte Lernin-
nördlich von Berlin gelegenen Falkenha- vestitionen nötig sein. Unter den aktu-
gen (Brandenburg). Das bestehende Ver- Dass auch die direkte CO2 -Abschei- ell angebotenen Technologien hat der
fahren zur Erzeugung von Wasserstoff dung aus der Luft eine technische Protonen-Austausch-Membran-Elek-
wurde im Mai 2018 um eine Methanisie- Option sein kann, zeigt die dritte trolyseur (engl. Proton Exchange Mem-
rungsstufe mit einer Leistung von ca. STORE&GO-Anlage in der italieni- brane Electrolysis Cell, PEMEC) die
1 Megawatt (MW) erweitert. Das Metha- schen Gemeinde Troia östlich von Ne- geringsten Investitionskosten. Die
nisierungsverfahren basiert auf einem apel. Diese kombiniert einen neuarti- größten Effekte durch Lern- und Ska-
Wabenreaktorkonzept, das am Engler- gen Mikroreaktor zur Methanisierung lierungseffekte werden bei Hochtem-
Bunte-Institut des Karlsruher Instituts mit einer innovativen Verflüssigungs- peratur-Elektrolyseuren (engl. Solid
für Technologie (KIT) entwickelt wurde. anlage, das benötigte CO2 wird aus der Oxide Electrolysis Cell, SOEC) erwar-
Seit Januar 2019 wird das synthetisch Umgebungsluft abgetrennt. Seit April tet. So zahlte man z. B. für einen SOEC-
hergestellte Methan in das Erdgastrans- 2019 produziert die Anlage in Troia Elektrolyseur mit 5 MW Eingangsleis-
portnetz der ONTRAS eingespeist. verflüssigtes Methan (engl. Liquefied tung im Jahr 2017 circa 2.500 Euro/
Renewable Gas, LRG). kW, wohingegen sich im Jahr 2030 be-
Gegenwärtig produziert die Anlage bis reits Kosten von 1.090 Euro/kW anti-
zu 1.400 m3 synthetisches Methan zipieren lassen und die Analysen
Kostensenkungspotenziale
(engl. Synthetic Natural Gas, SNG) pro des Projektteams im Jahr 2050 rund
Tag, was ungefähr 14.500 Kilowatt- Die Erfahrungen aus STORE&GO zei- 610 Euro/kW erwarten lassen. Dies ent-
stunden (kWh) Energie entspricht. gen, dass Power-to-Gas technisch spricht einer Kostendegression von ca.
Zum Vergleich: Mit dieser Energiemen- machbar und sinnvoll ist. Inwieweit 1.700 Euro/kW, womit die SOEC-Tech-
ge könnten 200 CNG-Fahrzeuge der die Markteinführung und Weiterent- nologie die größte Kostendegression
Golfklasse rund 150 km pro Tag fah- wicklung der Technologie voran- von allen Technologien bis zum Jahr
ren. Die Anlage hat bereits zuverlässig schreiten, hängt von der Rentabilität 2050 erfahren werden wird.
über 340 Betriebsstunden mit einem und vor allem von den Investitions-
volumetrischen Methangehalt von kosten der Anlagen ab. Aus diesem Für die katalytische und biologische
99 Prozent erreicht. Die während des Grund widmete sich ein Teilprojekt Methanisierung wird mit einer ähn-
Prozesses erzeugte Wärme wird von von STORE&GO der techno-ökono- lichen Kostendegression durch Lern-
einem nahe gelegenen Furnierwerk ge- mischen Analyse. Zusätzlich zu den und Skalierungseffekte gerechnet.
nutzt, was den Gesamtwirkungsgrad technologischen Schlüsselmerkmalen Die beiden Verfahren werden sich
der Anlage nochmals erhöht. – wie z. B. der aktuelle Stand der Tech- nach Ansicht der STORE&GO-Exper-
nik und zukünftige Projekte – wurden ten hinsichtlich ihres Kostensen-
Im schweizerischen Solothurn steht neue Entwicklungen, Technologien kungspotenzials nur marginal im
die zweite Demonstrationsanlage von und Materialien sowie mögliche zu- Zeitverlauf voneinander unterschei-
STORE&GO. Diese setzt auf eine be- künftige Anwendungsbereiche analy- den. Die Analysen haben gezeigt,
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FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
Zusätzlich wurden die SNG-Produkti-
2.500
AEC PEMEC SOEC onskosten für verschiedene P2G-Tech-
nologien ermittelt: der alkalischen,
2.000 PEM- und der Hochtemperatur-Elek-
trolyse. Diese wurden jeweils mit einer
CAPEX [€ 2017/kWel]
katalytischen oder biologischen Me-
1.500
thanisierungseinheit kombiniert.
1.000 Szenario- und Kosten-Nutzen-Analysen
haben gezeigt, dass Stromverteilnetze
mithilfe von P2G-Technologien signifi-
500
kant stabiler gemacht werden können.
Quelle: STORE&GO
Gibt es eine hohe Einspeisung der erneu-
erbaren Energien auf der Verteilnetz-
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 ebene, kann dies zu einem Überschuss-
strom im Netz führen. Dies würde die
Abb. 2: Kostensenkungspotenzial durch Lernkurven für Methanisierungssysteme (±15 Prozent Unsicherheit)
natürliche Abfolge der Netzebenen um-
drehen und den eigentlichen Abnehmer
700 zum Lieferanten machen, was eine Ab-
biological catalytic regelung der erneuerbaren Energien als
600
Konsequenz hat. Durch den Einsatz von
P2G-Anlagen kann der Überschuss-
500
strom in einem Verteilnetz, der durch
CAPEX [€ 2017/kWSNG]
400
die erneuerbaren Energien hervorgeru-
fen werden kann, laut den Analysen des
300 Projektteams um 63 Prozent bis zu 100
Prozent reduziert werden. In diesem Fall
200 könnten P2G-Anlagen den überschüs-
sigen Strom in Gas umwandeln und die
100
Quelle: STORE&GO
Energie dadurch in das Gasnetz transfe-
rieren. Die P2G-Technologie würde so-
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 mit vermeiden, dass Strom aus erneuer-
baren Energiequellen abgeregelt werden
Abb. 3: Entwicklung der spezifischen SNG-Produktionskosten für die Jahre 2020 bis 2050 für verschiedene müssten. Dies würde auch dem weiteren
P2G-Technologien (P2G-Windenergie Szenario)
Ausbau der erneuerbaren Energien ent-
gegenkommen und sektorenübergrei-
dass eine 5 MW große P2G-Anlage – Erzeugung von synthetischem fende Synergien zwischen Strom- und
egal, ob mit einer biologischen oder Methan wird zunehmend günstiger Gasnetz schaffen. Der Einsatz von P2G-
einer katalytischen Methanisierung Anlagen würde somit auch den Ausbau-
– im Jahr 2020 spezifische Investiti- Die wirtschaftliche Bewertung der bedarf des Stromnetzes verringern, da
onskosten von ca. 550 Euro/kW ha- Technologien ergab, dass Hochtempe- die Umwandlung in Moleküle einfach
ben wird (Abb. 2). Für das Jahr 2030 ratur-Elektrolyseure (SOEC) in Kombi- und kostengünstig im Vergleich zu ei-
kann davon ausgegangen werden, nation mit einer katalytischen Metha- nem Netzausbau ist.
dass die spezifischen Investitionskos- nisierung in Zukunft die günstigsten
ten für die katalytische Methanisie- SNG-Produktionskosten aufweisen Die Ergebnisse der durchgeführten
rung bei rund 440 Euro/kW und für werden (Abb. 3). Die Analysen basieren Szenario-Analysen zeigen, dass durch
die biologische Methanisierung bei auf der Berechnung der spezifischen den Einsatz der P2G-Technologie er-
rund 360 Euro/kW liegen werden. Im Produktionskosten für synthetisches hebliche Kosteneinsparungen in Euro-
Jahr 2050 wird mit 265 Euro/kW (ka- Methan in den Jahren 2020, 2030 und pa erzielt werden können. Gründe da-
talytisch) und mit 200 Euro/kW (bio- 2050 für eine P2G-Anlage mit einer für sind die positiven Effekte, die P2G
logisch) gerechnet. Diese Zahlen ma- elektrischen Leistung von 100 MW. auf die System- und Versorgungssicher-
chen deutlich, welch erhebliches Kos- Modelliert wurde dies für drei Anwen- heit des Energienetzes hat, positive
tensenkungspotenzial durch Skalen- dungsbereiche einer P2G-Anlage: be- ökologische Effekte durch einen gerin-
effekte und technologisches Lernen trieben mit Fotovoltaik, betrieben mit geren Ausstoß an Emissionen sowie die
auch beim Schritt der Methanisie- Windenergie und im dritten Fall an das Beseitigung von Energieengpässen im
rung vorhanden ist. öffentliche Stromnetz angeschlossen. Stromnetz.
64 energie | wasser-praxis 11/2019Tabelle 1: Kürzlich erschienene Berichte zu Teilaspekten von STORE&GO INFORMATIONEN
D6.3 Wirkungsanalyse und Szenario-Design
Gefördert wird das Projekt
D6.4 Modell des Energiesystems mit P2G
STORE&GO im Rahmen des euro-
D6.5 Echtzeitimplementierung von Netz-Modellen päischen Förderprogramms Hori-
D7.4 Vollständige sozioökonomische Kosten und Vorteile der Diversifizierung des zon 2020 und durch die Schweizer
Energiemixes und die diesbezügliche Rolle von P2G Eidgenossenschaft. Zusammen mit
D7.5 Bericht über Erfahrungskurven und Skaleneffekte dem Eigenanteil der Industriepart-
ner ergibt sich ein Gesamtvolumen
D7.6 Vollständige CBA-Analyse von Power-to-Gas im Kontext verschiedener
von 28 Mio. Euro. Das Projekt ist im
Referenzszenarien
März 2016 gestartet und wird nach
D7.7 Analyse zukünftiger Technologieoptionen und der technoökonomischen vier Jahren im Februar 2020 enden.
Optimierung von P2G
D7.8 Bericht über soziale und öffentliche Akzeptanzfaktoren in ausgewählten
EU-Ländern
ab, der eine Vielzahl von Aspekten wie
D8.2 Bericht über die Akzeptanz und zukünftige Akzeptanz von zertifikatsbasierten die technisch-wirtschaftliche Mach-
grünen Gasen barkeit von Energiespeichern, die Inte-
D8.3 Bericht über die mit P2G-Technologien verbundenen Kosten und ihre gration von P2G-Konzepten in das
Potenziale in der gesamten EU Stromnetzmanagement und die Strom-
D8.5 Die kurz-, mittel- und langfristigen Perspektiven verschiedener Marktseg- versorgung, den Abbau regulatorischer
mente für „grüne Gase“ Barrieren für P2G sowie seine poten-
D8.6 Bericht über das optimale Zeitprofil und den Betrieb der Konvertierungstech- zielle Markteinführung in ganz Europa
nologie während eines repräsentativen Jahres im Hinblick auf die verfügbaren berücksichtigt. W
Speicherkapazitäten
D9.4 Entwurf und Entwicklung eines dreitägigen Schulungsprogramms, einschließ- Die Autoren
lich Online-Lernprogrammen, Fallentwicklung und anderer Informations-
grundlagen Daniel Stähr ist Referent in der Einheit
Technologie und Innovationsmanage-
ment in der DVGW-Hauptgeschäftsstelle,
Obwohl eine P2G-Anlage in Zeiten weise über eine CO2-Steuer oder höhe- Standort Berlin.
hoher Anteile erneuerbarer Stromer- re CO2-Emissionspreise, könnte daher
Hans Rasmusson ist fachlicher Leiter
zeugung von niedrigen oder sogar ne- dazu führen, dass zukünftig „grünes“
Projekt-Portfolio-Management/ERIG in
gativen Strompreisen profitieren Methan durch solche regulatorischen
der DVGW-Hauptgeschäftsstelle in Bonn.
könnte, erfordern die hohen Investi- Maßnahmen oder durch die Einfüh-
tionskosten der Anlage eine intensive rung ähnlicher Bepreisungsmodelle Dr. Dietrich Gerstein ist Senior Advisor
Nutzung der Anlage. STORE&GO geht für externe ökonomische Effekte kon- des DVGW.
davon aus, dass künftig die SNG-Pro- kurrenzfähiger werden kann.
Kontakt:
duktionskosten zwischen 5,8 und 10
Daniel Stähr
Cent/kWh, bei einem Betrieb zwi-
Ausblick DVGW Deutscher Verein des Gas- und
schen 3.000 und 6.000 Volllaststun-
Wasserfaches e. V.
den, liegen werden. Aktuell arbeiten die Projektpartner
Technisch-wissenschaftlicher Verein
von STORE&GO daran, die gewonne-
Josef-Wirmer-Str. 1–3
Ein weiterer wichtiger Faktor für die nen Ergebnisse zusammenzuführen,
53123 Bonn
Rentabilität von P2G sind die Preise, um eine Strategie für die Integration
Tel.: 030 79473-646
die sich für das produzierte „grüne“ der P2G-Technologie in Europa zu ent-
E-Mail: staehr@dvgw.de
Methan erzielen lassen. Eine Verteue- wickeln. Diese europäische Roadmap
Internet: www.dvgw.de
rung fossiler Energieträger, beispiels- zielt auf einen ganzheitlichen Ansatz
Hydraulik und Asset Engineering für Rohrnetze
Auslegen / Berechnen / Analysieren / Optimieren / Zusammenhänge
Fahrweisen / Regelungen / Dynamik / Druckstoß / Energieeffizienz
Asset-Simulationen / Risiko / Zuverlässigkeit / Zielnetzplanung
3S Consult GmbH — Mehr als 30 Jahre Engineering und Software — www.3sconsult.de
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