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Studie zu stromnetzentlastender Wirkung der Power-to-Gas-Technologie

Der netzdienliche Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen kann zu einer Entlastung des gesamten Verteilungsnetzes und somit zu einer Verringerung des erforderlichen Stromnetzausbaus führen.

von Redaktion | 29.07.15

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Der netzdienliche Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen kann zu einer Entlastung des gesamten Verteilungsnetzes und somit zu einer Verringerung des erforderlichen Stromnetzausbaus führen. Damit kommt der Power-to-Gas-Technologie, mit der Ökostrom durch Elektrolyse in Wasserstoff oder synthetisches Erdgas umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichert werden kann, eine wichtige Rolle bei der Umsetzung der Energiewende zu. Power-to-Gas-Anlagen können im Gegensatz zu Netzausbaumaßnahmen entsprechend der jeweiligen Anforderung modular ausgelegt und skaliert werden. Damit stellt die Power-to-Gas-Technologie gerade bei einer potenziellen Überdimensionierung durch Stromnetzausbaumaßnahmen eine wirtschaftliche Alternative dar, die umso interessanter ist, je niedriger die zu koppelnde Spannungsebene im Netz ist. Bei Addition aller monetären Vorteile der unterschiedlichen Anwendungsfälle ergeben sich Investitionskosten zwischen 520 und 1.400 EUR/kW, ab denen der Einsatz der Power-to-Gas-Anlagen in Stromverteilungsnetzen aus Systemsicht wirtschaftlich wird, da die klassischen Netzausbaualternativen zu weitaus höheren Investitionen führen. Schließlich kann die Nutzung von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen für den öffentlichen Personennahverkehr und regionale Fahrzeugflotten als Keimzelle für eine überregionale Wasserstoffmobilität dienen.

Das sind die zentralen Ergebnisse einer wissenschaftlichen Studie zur netzausbaudämpfenden Wirkung der Power-to-Gas-Technologie, die der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) aktuell veröffentlicht hat. Dem interdisziplinären Studienteam gehörten Vertreter aus Wissenschaft und Forschung an. Neben dem Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik an der Bergischen Universität Wuppertal (BUW) und dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft an der RWTH Aachen brachten die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut in Karlsruhe ihre gasfachliche Expertise in die Untersuchung mit ein.

„Ein wesentlicher Vorteil des Einsatzes von skalierbaren Power-to-Gas-Anlagen ist die Möglichkeit, den Netzausbau beim Strom zeitlich zu verschieben. Gegenüber dem konventionellen Netzausbau kann dann der Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen zur Spitzenkappung wirtschaftlich sein. Weitere Vorteile ergeben sich bei spannungsebenenübergreifender Planung. Der Einsatz von intelligenten Kopplungselementen zwischen Strom- und Gasnetz bereits in der Niederspannungsebene führt zu einer signifikanten Reduzierung des Ausbaubedarfs in der Mittel- und Hochspannungsebene. Eine Voraussetzung dafür ist der flächendeckende Einsatz netzentlastender Technologien. Dazu bietet die Power-to-Gas-Technologie eine interessante Option“, erklärte Prof. Dr. Markus Zdrallek von der BUW.

„Die Untersuchungen zeigen, dass zur Optimierung der Gesamtwirtschaftlichkeit der strom- und gasnetzübergreifenden Smart-Grid-Konzepte die Power-to-Gas-Anlagen auf möglichst niedriger Spannungsebene bzw. erzeugungsnah eingesetzt werden müssen. Dann können auch Einsparungen beim Netzausbau in den überlagerten Spannungsebenen realisiert werden“, betonte Prof. Dr. Albert Moser von der RWTH Aachen. Die maximalen Investitionskosten für den wirtschaftlichen Betrieb kleiner Power-to-Gas-Anlagen (< 0,5 Megawatt) liegen bei Aggregation der Erlöse aus allen betrachteten Anwendungsfällen bei 520 EUR/Kilowatt (gegenüber innovativem Netzausbau) bis 1.400 EUR/Kilowatt (gegenüber reinem Leitungsausbau mit hohem Anteil von Kabeln). Zu beachten ist allerdings, dass sich im Realbetrieb einzelne Anwendungsfälle in der Kombination möglicherweise ausschließen.

„Das bedeutet, dass die Investitionskosten bei den Power-to-Gas-Anlagen durch den Einsatz neuer Technologien sowie Standardisierung und Modularisierung deutlich reduziert und die Lebensdauer der Anlagen bei der notwendigen dynamischen Betriebsweise erhöht werden müssen. Die Effekte des Einsatzes von Power-to-Gas-Anlagen in Verteilnetzen müssen anhand von Demonstrationsprojekten weiter untersucht werden. Dem Verteilnetz kommt damit bei der Energiewende eine ganz zentrale Rolle zu“, bekräftigte Heinrich Busch, Leiter der Abteilung Netz-Engineering bei den Stadtwerken Essen sowie Leiter des DVGW-Forschungsclusters Smart Grids. Um bedarfsgerechte Einsatzkonzepte entwickeln zu können, werden sowohl auf politischer Ebene (Gesetzgebung) wie auch auf regulatorischer Ebene (Bundesnetzagentur) angepasste Rahmenbedingungen für den netzdienlichen Einsatz von Smart-Grid-Technologie und Speichern benötigt.

Die Studie „Nutzen der Power-to-Gas-Technologie zur Entlastung der 110-kV-Stromverteilungsnetze“ (3,1 MB) steht unter folgendem Link zum Download bereit:

http://www.dvgw-innovation.de/die-projekte/archiv/smart-grids-und-ptg/

Aktuell

Der netzdienliche Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen kann zu einer Entlastung des gesamten Verteilungsnetzes und somit zu einer Verringerung des erforderlichen Stromnetzausbaus führen. Damit kommt der Power-to-Gas-Technologie, mit der Ökostrom durch Elektrolyse in Wasserstoff oder synthetisches Erdgas umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichert werden kann, eine wichtige Rolle bei der Umsetzung der Energiewende zu. Power-to-Gas-Anlagen können im Gegensatz zu Netzausbaumaßnahmen entsprechend der jeweiligen Anforderung modular ausgelegt und skaliert werden. Damit stellt die Power-to-Gas-Technologie gerade bei einer potenziellen Überdimensionierung durch Stromnetzausbaumaßnahmen eine wirtschaftliche Alternative dar, die umso interessanter ist, je niedriger die zu koppelnde Spannungsebene im Netz ist. Bei Addition aller monetären Vorteile der unterschiedlichen Anwendungsfälle ergeben sich Investitionskosten zwischen 520 und 1.400 EUR/kW, ab denen der Einsatz der Power-to-Gas-Anlagen in Stromverteilungsnetzen aus Systemsicht wirtschaftlich wird, da die klassischen Netzausbaualternativen zu weitaus höheren Investitionen führen. Schließlich kann die Nutzung von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen für den öffentlichen Personennahverkehr und regionale Fahrzeugflotten als Keimzelle für eine überregionale Wasserstoffmobilität dienen.

Das sind die zentralen Ergebnisse einer wissenschaftlichen Studie zur netzausbaudämpfenden Wirkung der Power-to-Gas-Technologie, die der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) aktuell veröffentlicht hat. Dem interdisziplinären Studienteam gehörten Vertreter aus Wissenschaft und Forschung an. Neben dem Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik an der Bergischen Universität Wuppertal (BUW) und dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft an der RWTH Aachen brachten die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut in Karlsruhe ihre gasfachliche Expertise in die Untersuchung mit ein.

„Ein wesentlicher Vorteil des Einsatzes von skalierbaren Power-to-Gas-Anlagen ist die Möglichkeit, den Netzausbau beim Strom zeitlich zu verschieben. Gegenüber dem konventionellen Netzausbau kann dann der Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen zur Spitzenkappung wirtschaftlich sein. Weitere Vorteile ergeben sich bei spannungsebenenübergreifender Planung. Der Einsatz von intelligenten Kopplungselementen zwischen Strom- und Gasnetz bereits in der Niederspannungsebene führt zu einer signifikanten Reduzierung des Ausbaubedarfs in der Mittel- und Hochspannungsebene. Eine Voraussetzung dafür ist der flächendeckende Einsatz netzentlastender Technologien. Dazu bietet die Power-to-Gas-Technologie eine interessante Option“, erklärte Prof. Dr. Markus Zdrallek von der BUW.

„Die Untersuchungen zeigen, dass zur Optimierung der Gesamtwirtschaftlichkeit der strom- und gasnetzübergreifenden Smart-Grid-Konzepte die Power-to-Gas-Anlagen auf möglichst niedriger Spannungsebene bzw. erzeugungsnah eingesetzt werden müssen. Dann können auch Einsparungen beim Netzausbau in den überlagerten Spannungsebenen realisiert werden“, betonte Prof. Dr. Albert Moser von der RWTH Aachen. Die maximalen Investitionskosten für den wirtschaftlichen Betrieb kleiner Power-to-Gas-Anlagen (< 0,5 Megawatt) liegen bei Aggregation der Erlöse aus allen betrachteten Anwendungsfällen bei 520 EUR/Kilowatt (gegenüber innovativem Netzausbau) bis 1.400 EUR/Kilowatt (gegenüber reinem Leitungsausbau mit hohem Anteil von Kabeln). Zu beachten ist allerdings, dass sich im Realbetrieb einzelne Anwendungsfälle in der Kombination möglicherweise ausschließen.

„Das bedeutet, dass die Investitionskosten bei den Power-to-Gas-Anlagen durch den Einsatz neuer Technologien sowie Standardisierung und Modularisierung deutlich reduziert und die Lebensdauer der Anlagen bei der notwendigen dynamischen Betriebsweise erhöht werden müssen. Die Effekte des Einsatzes von Power-to-Gas-Anlagen in Verteilnetzen müssen anhand von Demonstrationsprojekten weiter untersucht werden. Dem Verteilnetz kommt damit bei der Energiewende eine ganz zentrale Rolle zu“, bekräftigte Heinrich Busch, Leiter der Abteilung Netz-Engineering bei den Stadtwerken Essen sowie Leiter des DVGW-Forschungsclusters Smart Grids. Um bedarfsgerechte Einsatzkonzepte entwickeln zu können, werden sowohl auf politischer Ebene (Gesetzgebung) wie auch auf regulatorischer Ebene (Bundesnetzagentur) angepasste Rahmenbedingungen für den netzdienlichen Einsatz von Smart-Grid-Technologie und Speichern benötigt.

Die Studie „Nutzen der Power-to-Gas-Technologie zur Entlastung der 110-kV-Stromverteilungsnetze“ (3,1 MB) steht unter folgendem Link zum Download bereit:

http://www.dvgw-innovation.de/die-projekte/archiv/smart-grids-und-ptg/