Die LEADER-Region Westlausitz, die aus 12 Städten und Gemeinden besteht, hatte bereits in ihrem Integrierten Ländlichen Entwicklungskonzept (ILEK) aus dem Jahr 2007 die Entwicklung zur „Energieautarken Region Westlausitz“ als eines der Leitprojekte festgelegt. Mit dem Projekt verfolgte die Region das Ziel, rein rechnerisch genauso viel Energie regional zu erzeugen wie übers Jahr von der Region verbraucht wird (vorrangig in den Bereichen Wärme und Strom). Mit der Umsetzung des Leitprojektes sollte der Region zudem ein Image verliehen werden, mit dem sich die Einwohner identifizieren konnten und welches durch diese mit getragen wird.

Im Rahmen dieses Leitprojektes wurden in der Westlausitz zwei sächsische Pilotprojekte umgesetzt. 

Auch in der aktuellen LEADER-Entwicklungsstrategie für die Region spielt der Bereich der intelligenten und nachhaltigen Nutzung von Energie eine wichtige Rolle. So wird das kommunale Energiemanagement in den Städten und Gemeinden auch nach Projektende fortgesetzt.

Auf unserer Energie-Homepage informieren wir über den Prozess und Erfahrungen aus dem Projekt.

Energie-News

Wasserkraft und Solarenergie: Eine Symbiose mit riesigem Potenzial


Die Abdeckung der Stauseen von Wasserkraftwerken und der Oberseen von Pumpspeicherkraftwerke mit Photovoltaikanlage kann rein rechnerisch fast die Hälfte des Strombedarfs der Welt decken. Das haben Forscher des National Renewable Energy Laboratorys (NREL) in Golden, Colorado, ausgerechnet. Konkret lassen sich auf den Seen der Wasserkraftanlagen der ganzen Welt Module mit einer Gesamtleistung von 6,7 Terawatt installieren.

Über 10.000 Terawattstunden pro Jahr sind drin

Diese könnten jedes Jahr etwa 10.600 Terawattstunden Solarstrom produzieren – zusätzlich zum Strom aus den vorhandenen Wasserkraftwerken. Das sind gut 47,5 Prozent der 22.300 Terawattstunden Strom, die laut Angaben der Internationalen Energieagentur im Jahr 2018 weltweit verbraucht wurden. „Das stimmt wirklich optimistisch“, ordnet Nathan Lee diese Zahlen ein. Er ist Forscher am NREL und einer der Autoren der Studie, aus der diese Zahlen entnommen sind und die jüngst im Magazin Renewable Energy erschienen ist. „Unsere Ergebnisse zeigen allerdings nicht, was ökonomisch an Anlagen auch umsetzbar ist oder was der Markt tatsächlich auch unterstützt“, schränkt Nathan Lee ein. „Es ist vielmehr die Obergrenze dessen, was auf den Wasserflächen installiert werden könnte und was die Systemperformance hergibt.“

Netzinfrastruktur schon vorhanden

Dennoch ist es eine beeindruckende Zahl, die zeigt, welches Potenzial die Photovoltaik hat, Strom auf Flächen zu produzieren, die ohnehin nicht auf andere Art genutzt werden können. Dazu kommt im Falle der Installation auf den Seen der Wasserkraftwerke noch der Vorteil, dass die Netzinfrastruktur aufgrund der bereits existierenden Anlagen schon vorhanden ist. So könnten erhebliche Investitionskosten eingespart werden, wenn die Solaranlagen die gleichen Transformatoren und Netzanschlüsse nutzen, über die auch die Wasserkraftwerke einspeisen.

Wasserkraft und Photovoltaik ergänzen sich

Dabei könnten sich die beiden Technologien sogar ergänzen. Denn den meisten Strom erzeugen die Solaranlagen während der heißen Sommerzeit, in der die Wasserkraft den geringsten Ertrag liefert, weil die Pegelstände niedrig sind. Wenn es regnet, ist hingegen genügend Nass für die Turbinen der Wasserkraftwerke vorhanden, währenddessen die Solaranlage hingegen kaum oder keinen Strom erzeugt. Zudem könnte im Falle der Installation auf dem Obersee eines Pumpspeicherkraftwerkes überschüssiger Solarstrom gleich vor Ort in diesem Oberbecken eingespeichert werden. Ein dritter Vorteil: Die Solaranlagen verhindern, dass das Wasser der Stau- und Oberseen in den immer heißer werdenden Sommern verdunstet und erhöhen so die Stromausbeute der Wasserkraftwerke.

Potenzial liegt brach

Bisher liege das riesige Potenzial aber noch brach, bedauern die amerikanischen Forscher. Sie verweisen darauf, dass es bisher nur eine große schwimmende Solaranlage in Portugal gibt, die im Zusammenspiel mit einem Wasserkraftwerk Strom produziert. In jüngster Zeit sind allerdings weiter Anlagen hinzugekommen. So hat K2 Systems für den Schweizer Energieversorger Romande Energie auf einem Stausee in den Alpen eine Testinstallation einer schwimmenden Solaranlage gebaut, die über die vorhandene Netzinfrastruktur einspeist. Diese soll vergrößert werden, wenn sich der Ansatz bewährt. Vattenfall errichtet zudem derzeit zwei Anlagen im Erzgebirge und in Geesthacht. Diese schwimmen zwar auf den Oberbecken von Pumpspeicherkraftwerken. Doch der Ansatz bleibt gleich: Die Solaranlagen nutzen die Netzinfrastruktur der Wasserkraft gleich mit.

Weitere Daten notwendig

Das ist aber bisher noch ein Tropfen auf dem heißen Stein. Denn die Forscher des NREL haben 379.068 Süßwasserflächen gezählt, die aufgrund der Wasserkraft existieren und die potenziell mit Solaranlagen belegt werden können. Allerdings seien noch weitere Datenerhebungen notwendig, um die Flächen zu identifizieren, die mit Solaranlagen bebaut werden können, die auch tatsächlich wirtschaftlich sind und wo der Strom auch gebraucht wird. Dazu kommt noch, dass einige der Wasserflächen regulär im Sommer austrocknen. Dort ist die Installation von Solaranlagen mit der heutigen Technologie kaum möglich. Eine Amphibienanlage, die auf dem See schwimmt, wenn er gefüllt ist und den Rest der Zeit als Freiflächenanlage auf festem Grund steht, ist noch nicht entwickelt.

Wenn Sie die Entwicklung der Technologie der schwimmenden Solaranlagen im Blick behalten wollen, abonnieren Sie einfach unseren kostenlosen Newsletter. Hier geht‘s zur Anmeldung.

Nicht nur Menschen, auch Hunde befeuern die Klimakrise


Katharina Wolf

Hund oder Urlaub? Vor dieser Frage stehen klimabewusste Tierliebhaber. Denn ein Forscherteam der TU Berlin hat berechnet, dass ein 15 Kilogramm schwerer Hund etwa 8,2 Tonnen CO2 im Laufe von 13 Lebensjahren ausstößt. „Das entspricht etwa 13 Hin- und Rückflügen von Berlin nach Barcelona oder fast der Menge, die bei der Produktion eines Luxusautos der Mittelklasse emittiert wird“, sagt Matthias Finkbeiner, Leiter des Projektes am Fachgebiet Sustainable Engineering.

Aufs Jahr gerechnet ergibt sich ein CO2-Ausstoß von 630 Kilogramm. „Setzt man diese 630 Kilogramm CO2 ins Verhältnis zu den zwei Tonnen, die jeder Mensch pro Jahr emittieren kann, weil sie laut Weltklimarat für das Klima noch erträglich sind, dann muss sich jeder Hundebesitzer vor Augen führen, dass nahezu ein Drittel seines CO2-Budgets bereits vom Hund verbraucht wird“, betont Finkbeiner.

Erste Ökobilanz für ein komplettes Hundeleben

Es ist laut TU Berlin die erste Ökobilanz, die für den kompletten Lebensweg eines Hundes erstellt worden ist – vom Tierfutter bis zu den Exkrementen. Immerhin scheidet so ein Durchschnittshund über seine 13 Lebensjahre rund eine Tonne Kot und knapp 2000 Liter Urin aus – mit signifikanten Folgen für die Umwelt.

In die Berechnungen sind die Rohstoffe für das Futter und Ressourcen für dessen Herstellung sowie die Ressourcen für die Verpackung des Futters und seines Transportes genauso eingeflossen wie eben die Umweltauswirkungen der Exkremente, die Produktion der Plastiktüten für deren Sammlung und die Ressourcen für die Straßenreinigung – also alle Stoff- und Energieströme, die in einem Produkt stecken und auf die Umwelt wirken.

Wenn also beispielsweise in der Fleischproduktion für das Hundefutter Soja aus Brasilien eingesetzt wurde, kam das mit in die Bilanz. „Dass unsere Ökobilanz auf den Umweltauswirkungen des gesamten Tierfutters, das ein Hund im Laufe seines Lebens frisst, basiert, aber auch auf den Umweltauswirkungen von Urin und Kot ist ein Novum“, sagt Finkbeiner. Gerade die Auswirkungen des Eintrages von Kot und Urin in die Umwelt seien bislang noch von keiner Ökobilanz erfasst worden.

Futter und Exkremente belasten die Ökobilanz

Dabei sind es das Tierfutter und die Exkremente des Haustieres, die die Umwelt am heftigsten belasten. „Wir haben für unsere Ökobilanz eines durchschnittlichen Hundes 15 Indikatoren, wir sprechen auch von Umweltwirkungskategorien, untersucht. Dazu zählen unter anderem der Klimawandel, Ozonabbau, Smog, die Eutrophierung von Gewässern, Versauerung von Böden, die Süßwasser-Ökotoxizität und die Landnutzung. Bei fast allen Parametern macht das Hundefutter mit circa 90 Prozent den Löwenanteil der Belastungen aus“, so Finkbeiner. Beim Indikator Süßwasser-Eutrophierung resultieren die Schäden allerdings zu etwa 90 Prozent aus dem Urin und Kot des Hundes. Die Süßwasserökotoxizität (Vergiftung) wird zur Hälfte durch den Kot verursacht.

Vor dem Hintergrund dieser Zahlen konstatieren die Wissenschaftler, dass die Sammlung und geregelte Entsorgung des Hundekots ein wichtiger Beitrag wären, die Natur zu schonen. „Die zusätzliche Umweltbelastung, die durch die Herstellung des Plastiksäckchens für den Kot entsteht, ist deutlich geringer als der Schaden, der entsteht, wenn der Kot direkt in die Umwelt eingetragen wird. Auch das sagen unsere Zahlen aus.“ Gleichzeitig trägt das Hundefutter zur industriellen Fleischproduktion bei.

Size does matter: Besser Dackel als Dogge

Er und seine Kolleginnen haben die Ökobilanz auch für einen 7,5 Kilogramm schweren und acht Jahre alten Hund (drei Tonnen CO2-Ausstoß in acht Jahren) sowie für einen 30 Kilogramm schweren und 18 Jahre alten Hund (19 Tonnen CO2-Ausstoß in 18 Jahren) berechnet. Ihre Schlussfolgerung: Wie auch beim Auto gilt – ein kleiner Hund ist für das Klima und die Umwelt besser als ein großer. Also wenn schon Hund, dann lieber Dackel als Dogge.

Und noch eine Zahl nennt er, um die zunehmende Dimension der Umweltauswirkungen der Hunde zu verdeutlichen: In Deutschland hat sich die Anzahl der Hunde seit dem Jahr 2000 mehr als verdoppelt. Statt der fünf Millionen im Jahr 2000 sind es aktuell 10,1 Millionen Hunde im Jahr 2019. In den letzten fünf Jahren sein im Schnitt sogar jedes Jahr mehr als 650.000 Hunde dazugekommen.

Zentrales Autobahnkreuz der Elektrizität ist fertig


Tilman Weber

Fehlen nur noch die Stromautobahnen. Von hier aus, im Trassenverknüpfungspunkt zwischen Brunsbüttel und Itzehoe im Südwesten Schleswig-Holsteins, führen drei für die Energiewende bedeutende Höchstspannungsrouten durch (siehe Karte). Die in absehbarer Zeit von Brunsbüttel über Husum und Niebüll nach Dänemark verlaufende Westküstenleitung ist bereits im Bau. Von Wilster aus soll aber auch ab Dezember die schon verlegte Unterwasser-Fernstromverbindung nach Norwegen im Probebetrieb den Strom transportieren, der deutschem Grünstrom einen Speicher mit besonders hoher Kapazität zugänglich macht. Die Verbindung Nordlink soll nämlich überschüssigen Windstrom zu den Pumpspeicherkraftwerken des wasserreichen Fjordlandes schicken, um den Wasserspeicher in Gang zu setzen. Und bei großem Strombedarf hierzulande sollen die norwegischen Pumpspeicherkraftwerke das Wasser durch die Turbinen jagen und den Strom mittels Nordlink nach Deutschland zurückschicken – natürlich entsprechend der Signale auf den Stromhandelsmärkten. Und drittens wird von Wilster auch der Südlink starten: Die geplante Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsleitung die den Strom von deutschen Offshore-Windkraftwerken der Nordsee zu den Verbrauchszentren im Süden Deutschlands transportieren wird.

Die jetzt abgeschlossene Baumaßnahme am Standort des Umspannwerkes Wilster/West war eigentlich kein Neubau, sondern eine Erweiterung der Umspanntechnik für die benötigte größere Durchleitungskapazität des Netzknotens. Die bestehende 380 Kilovolt starke Schaltanlage hat Tennet hierbei erneuert sowie eine Verbindung zu den Konverterstationen für Süd- und Nordlink geschaffen. Vier Jahre Bauzeit benötigte das Infrastrukturprojekt.

Tipp: Sie wollen keine aktuellen Entwicklungen zum Netzausbau verpassen? Dann abonnieren Sie doch den kostenlosen erneuerbareenergien.de-Newsletter. Hier geht es zur Anmeldung.

Der Netzknoten Wilster/West: Übersichtskarte und Impression

Solarpflicht Bayern: Offener Brief an Söder


Nicole Weinhold

Bayerische Umweltverbände haben das Warten satt. In einem offenen Brief erinnern sie Ministerpräsident Markus Söder, er habe mit den Worten „Bayern ist Sonnenland“ am 10. Juli eine Solarpflicht in Bayern angekündigt: „Auf allen Neubauten in Bayern soll es künftig Photovoltaik geben.“ Diese solle, so Söder, bereits ab dem Jahr 2021 für gewerbliche Bauten und ab 2022 für private Immobilien rechtssichere Geltung entfalten. Die Vertreter:innen aus Solarinitiativen und Umweltschutzvereinen fordern Markus Söder nun in dem offenen Brief dazu auf, die Solarpflicht in einem bis Ende des Jahres abgeschlossenen Gesetzesvorhaben umzusetzen.

Das Potenzial auf Dachflächen muss voll ausgenutzt werden

Die Novelle der Bayerischen Bauordnung biete eine solche Gelegenheit, so die Verbände. Sie werde am Dienstag, 6. Oktober, als „Gesetzentwurf der Staatsregierung zur Vereinfachung baurechtlicher Regelungen und zur Beschleunigung sowie Förderung des Wohnungsbaus“ im Bauausschuss diskutiert. „Wir begrüßen Markus Söders Initiative für eine Solarpflicht auf Neubauten. Wir erwarten jetzt eine rasche Umsetzung“, sagt Hauke Doerk, Referent für Energiepolitik am Umweltinstitut München. „Der beschleunigte Ausbau der Solarenergie ist unabdinglich für den Klimaschutz. Insbesondere das Potenzial auf Dachflächen muss voll ausgenutzt werden.“

Chance, regionale Wertschöpfung in Bayern zu stärken

Im offenen Brief unterstreichen die Solar- und Umweltverbände ihre Forderung: “Gerade in Zeiten der durch die Corona-Pandemie gebeutelten Wirtschaft bietet ein verstärkter Ausbau der Solarenergie eine große Chance, um die regionale Wertschöpfung in Bayern zu stärken und gleichzeitig die Energiewende voranzubringen. Das betrifft die gesamte Wertschöpfungskette von der Wechselrichter- und Speicherproduktion bis hin zu den montierenden Handwerker:innen vor Ort. Jeder Neubau und jede Gebäudesanierung an Dach und Fassade ohne die Installation von Solaranlagen ist eine über Jahrzehnte vertane Chance für den Klimaschutz.“

Unterzeichnet wurde der Brief vom Umweltinstitut München, dem BUND Naturschutz in Bayern, der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie, Landesvertretung Bayern, dem Solarverband Bayern, dem Solarenergieförderverein Bayern sowie der Arbeitsgemeinschaft Bayerische Solarinitiativen.

Das Münchener Umweltinstitut setzt sich im Rahmen der anstehenden Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, dessen Entwurf bereits durchs Kabinett gegangen ist, für eine bundesweite Solaroffensive ein. In dem Papier „10-Punkte-Plan für eine Solaroffensive“ werden notwendige Schritte zum Ausbau der Solarenergie aufgezeigt – darunter eine Solarpflicht auf Neubauten und bei Sanierungen.

Wollen Sie neue Erkenntnisse zur Solarpolitik im Blick behalten? Dann abonnieren Sie doch unseren kostenlosen Newsletter! Hier können Sie sich anmelden.

Wasserstoff: Wirtschaftlichkeit im Visier


Die Wasserstoffwirtschaft erlebt momentan einen Aufschwung. Wasserstoff überzeugt als Medium zur Sektorkopplung, zur Netzentlastung, als neues Geschäftsmodell für Projektentwickler und Betreiber, um nur einige zu nennen. Es handelt sich um ein multifunktionales Grundprodukt mit großem Potenzial.

Norddeutsche Wasserstoffstategie

Auch die Politik steuert eine Wasserstoffwirtschaft an. Mit der Verabschiedung einer nationalen Wasserstoffstrategie am 10. Juni bekennt sich die Bundesregierung zur zentralen Bedeutung des Wasserstoffs für die Erreichung der Klimaziele. Und Anfang Juli hat die EU-Kommission eine Allianz für sauberen Wasserstoff ins Leben gerufen. Bis 2030 peilt sie eine Elektrolyseleistung von 40 Gigawatt an. Ein anderes Beispiel für die Bedeutung dieses Gases ist die norddeutsche Wasserstoffstrategie, welche zum Ziel hat 500 Megawatt (MW) Elektrolyseleistung bis 2025 und 5.000 MW Elektrolyseleistung bis 2030 zu installieren. Des Weiteren sollen zentrale Wasserstoff-Hubs errichtet werden. Wasserstoff bildet zudem die Basis für die Gewinnung weiterer synthetischer Kraftstoffe, wie beispielsweise synthetisches Methan CH4 (Synthetic Natural Gas – SNG). Dieses wird durch Kombination des Wasserstoffs mit Kohlendioxid gewonnen. SNG ist in seiner Zusammensetzung dem fossilen Erdgas sehr ähnlich und kann uneingeschränkt ins Erdgasnetz eingespeist werden. Durch Abkühlung des SNGs geht dieses in den flüssigen Zustand über, man erhält LNG (Liquefied Natural Gas). Das klimafreundliche LNG (grünes LNG) kann als Kraftstoff im Schwerlasttransport und in der Schifffahrt eingesetzt werden und dazu verhelfen diese Bereiche nachhaltig zu gestalten.

Jedoch sind Speichertechnologien unbedingt notwendig, da wir das Energiesystem klimafreundlich umstellen müssen. Zudem brauchen wir Medien für die Sektorkopplung und Alternativen zur Speicherung von elektrischer Energie im großen Maßstab. Außerdem ist es wichtig, nicht einspeisbaren Windstrom zwischenzuspeichern. Das wegen fehlender Netzkapazität verbreitete Abschalten von Windkraftanlagen, das sogenannte Einspeisemanagement - kurz Einsman ist der Energiewende nicht dienlich.

Was darf der Wasserstoff kosten?

Die Fragen sind: Wie können Projekte unter den künftigen Rahmenbedingungen entwickelt werden? Wie können zum Beispiel Projektentwickler und Betreiber von Regenerativanlagen an diesem Markt partizipieren? Was darf der Wasserstoff kosten?

In einem ersten Schritt wäre es sinnvoll, dass Projektentwickler und Betreiber von Regenerativanlagen ihre Kompetenz in den Bau und Betrieb von zum Beispiel Elektrolyseeinheiten einbringen oder erweitern. Durch Kooperationen mit Händlern, Vermarktern und Anwendern wie Autovermietern können maßgeschneidert langfristige Lieferverträge mit den passenden Konditionen abgeschlossen werden.

Die Wasserstoffgestehungskosten hängen stark von der Betriebsweise des Elektrolyseurs ab. Dieser kann netzentlastend etwa als Peak-Shaving eingesetzt werden oder mit dem Ziel der maximalen Wirtschaftlichkeit als Bandbezug. Eine weitere Frage die sich stellt: Wo steht der Elektrolyseur - an einem Windpark oder Netzknotenpunkt? Dies wirkt sich maßgeblich auf die Stromnebenkosten, wie Steuern und Umlagen, aus.

Um die Anforderung eines konkreten Projekts zu untersuchen und die Stellschrauben projektspezifisch zu analysieren, hat EnergieSynergie ein Wind-PV-H2-SNG-LNG-Wirtschaftlichkeitstool entwickelt. Anhand dieses Softwareprogramms kann die gesamte Wertschöpfungskette von der Elektrolyse über die Methanisierung hin zur Verflüssigung für einen beliebigen Standort automatisiert simuliert werden.

Berechnung der Gestehungskosten

Ein Schwerpunkt liegt auf der Berechnung der Gestehungskosten und der Analyse der Wirtschaftlichkeit. Möglichkeiten des Einsatzes des grünen Wasserstoffs, SNGs und LNGs in verschiedenen Sektoren können im Rahmen des Verbrauchermodells dargestellt werden. Zudem werden CO2-Einsparungen, die durch den Einsatz der klimafreundlichen Kraftstoffe als Alternative zu den fossilen Energieträgern erreicht werden, bestimmt.

Sensitivitäts- und Szenarioanalysen

Neben der Berechnung von Kennzahlen und ausgewählten Parametern des zu untersuchenden Status quo werden Sensitivitäts- und Szenarioanalysen durchgeführt. Ein weiterer Fokus gilt der Bewertung des Potenzials des Einsatzes nicht einspeisbarer elektrischer Energie zur Herstellung grüner Gase und LNG. Das Tool setzt sich aus sechs Grundmodellen zusammen: dem Windenergieanlagen (WEA)-Modell, dem Photovoltaik (PV)-Modell, dem Elektrolyseur-Modell, dem SNG-Modell und dem LNG-Modell. Zusätzlich kann ein Tank-Modell dazu geschaltet werden. Es baut auf zur Verfügung gestellten Einspeisedaten von Windenergie- und/oder Photovoltaikanlagen auf. Genutzt werden beispielsweise 10-Minuten-Scada-Daten aus Windenergieanlagen und/oder Photovoltaikanlagen als Ausgangsdaten für die Berechnung. Liegen diese nicht vor, werden die lokalen Windgeschwindigkeiten in Kopplung mit der Leistungskennlinie der gewünschten Windenergieanlagen, oder die solaren Strahlungsdaten als Eingangsdaten verwendet.

Die auszuführenden Berechnungen sind über ein zentralisiertes Interface auswählbar, indem zusätzlich die projektspezifischen Rahmenbedingungen festgelegt werden. Durch Unterscheidung diverser Strombezugsoptionen wie Eigenversorgung oder Strombezug von Dritten durch Direktleitung, der Betriebsweise und weiterer Rahmenbedingungen erfolgt eine konkrete, projektspezifische Simulation.

Prozesskette wird abgebildet

Die Prozesskette Wind-/PV-Strom - H2 - SNG - LNG - Endverbraucher wird abgebildet, H2- und SNG- / LNG-Gestehungskosten werden berechnet. Es ist möglich:

• H2- und SNG-, LNG-Gestehungskosten zu berechnen.

• Prognosen für die H2- und SNG-, LNG-Erzeugung basierend auf realen Windparkdaten und Wind-/Solarstrahlungsprognosen auszusprechen.

• Sensitivitätsanalysen für die Wasserstoff- und SNG-, LNG-Gestehungskosten durchzuführen.

• Szenarien / Fallanalysen zu betrachten, zum Beispiel für welche Fälle eignet sich die Elektrolyseeinheit am besten Bandbezug, Peakshaving, Negative Strompreise, etc.

• KPI´s zu ermitteln, wann sich die Erzeugung von H2 oder SNG, LNG lohnt.

• Konzepte und Geschäftsfelder für die Versorgungskette Kraftwerk (Wind, PV), Transport und Verteilung sowie Verbraucher zu entwickeln.

Ermittelt wird auch das Potenzial für Erneuerbare-Energie-Projekte in Kopplung mit Wasserstoff, SNG, LNG zur Unterstützung der Projektumsetzung.

EnergieSynergie hat ein Softwaretool entworfen um die PtG-LNG-Wertschöpfungskette standortspezifisch und unter Berücksichtigung definierter Rahmenbedingungen zu simulieren. Es wird die gesamte Kette von der Umwandlung der Primärenergie, ausgedrückt zum Beispiel durch die Windgeschwindigkeit oder die Solareinstrahlung, über die Produktion der grünen Gase und LNG, hin zur Anwendung durch Endverbraucher abgebildet.

Berechnung der Wasserstoffproduktion

Ein Beispiel für die Berechnung der Wasserstoffproduktion gekoppelt mit einer Drei-MW-Windenergieanlage ist in Abbildung 2 (siehe Seite 20) dargestellt. Als Elektrolyseur wird ein Proton Exchange Membrane Elektrolyseur (PEM) mit einer Nennleistung von einem MW simuliert. Der Vorteil dieser Technik ist das gute Teillastverhalten des Elektrolyseurs, welches besonders bei fluktuierender Einspeisung etwa durch Windenergieanlagen zugutekommt. In der Abbildung 1 (Seite 20) sind die Jahresdauerlinien der Windenergieanlage und des Elektrolyseurs dargestellt. Sie zeigen die Zeitspanne, über welche die Anlagen jeweils auf einer bestimmten Leistung betrieben wurden. Der Elektrolyseur wird rund 48 Prozent der Zeit auf Volllast, jedoch die Hauptzeit im Teillastbereich betrieben.

Auslastung des Elektrolyseurs

Erhöht man für die in dem Beispiel aufgeführte Drei-MW-Windenergieanlage die Elektrolyseeinheiten von 100 kW auf bis zu 3.000 kW, nimmt das Teillastverhalten stetig zu und die Auslastung des Elektrolyseurs nimmt kontinuierlich ab, bis sie der Auslastung der Windenergieanlage gleichkommt. Diese ist dann erreicht, wenn der Elektrolyseur die gleiche Nennlast wie die Windenergieanlage aufzeigt. Er kann dann sämtliche Leistung aus der Windenergieanlage aufnehmen und fährt das Leistungsprofil der Anlage exakt nach, was zu einer gleichen Auslastung beider Anlagen führt.

Die hieraus resultierenden Wasserstoffgestehungskosten sind in Abhängigkeit der Strombezugskosten und der spezifischen Investitionskosten für den Elektrolyseur zu sehen. Es zeigt sich, dass die Wasserstoffgestehungskosten mit sinkender Auslastung des Elektrolyseurs ansteigen. Auch die Methanisierungs- und Verflüssigungsanlage sollen möglichst hoch ausgelastet werden, um die Gestehungskosten des SNGs, respektive LNGs zu minimieren.

Zurzeit liegen die Strombezugskosten für Elektrolyseure nach Berechnungen der Deutschen Energieagentur GmbH (Dena) aus: Power-to-X, Strombezug, 6/2018, zwischen 8,2 und 14,5 ct/kWh je nach Bezugsoption. Bei der Speisung eines 480-kW-Elektrolyseurs durch eine Windenergieanlage mit einer Nennleistung von drei MW können je nach Strombezugsoption die in Abbildung 4 (siehe diese Seite, ganz unten) dargestellten Gestehungskosten erreicht werden.

Durch den zusätzlichen Verkauf des anfallenden Sauerstoffs und der Abwärme liegen die erforderlichen Erträge, die aus dem Wasserstoffverkauf zu erzielen sind um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, tiefer. Ihnen gegenübergestellt sind die derzeit auf Basis der Marktpreise erreichbaren Erträge. Es wird deutlich, dass das untersuchte System zurzeit keine wirtschaftliche Produktion von grünem Wasserstoff, SNG und LNG ermöglicht.

Wirtschaftliche Produktion von Wasserstoff

Es ist jedoch zu erkennen, dass die wirtschaftliche Produktion von Wasserstoff nicht mehr allzu fern ist. Bereits eine Befreiung von den Strombezugskosten für Elektrolyseure von der EEG-Umlage reiche aus, um Wasserstoff wirtschaftlich zu erzeugen. Durch Kopplung einer Drei-MW-Windenergieanlage mit einem 480-kW-Elektrolyseur könnte Wasserstoff dann zu minimal 11,57 ct/kWh produziert werden. Der geschätzte erreichbare Ertrag aus dem Verkauf des Wasserstoffs liegt mit 12,1 ct/kWh höher, sodass die Wirtschaftlichkeit gegeben ist. Zusätzliche Einnahmen sind durch den Verkauf der bei der Produktion anfallenden sekundären Erzeugnisse, Sauerstoff und Abwärme, möglich.

Um grünes SNG und LNG wirtschaftlich produzieren zu können, sind bedeutend stärkere Parameter-änderungen erforderlich. Die Wirtschaftlichkeit der Produktion von grünem SNG bei einer beispielweisen künftigen Verdopplung der Nutzungsdauer der PtG-LNG-Anlagen, setzt eine Befreiung der Strombezugskosten von allen Steuern, Umlagen und Abgaben voraus, sowie eine Senkung der Stromgestehungskosten, der CAPEX und OPEX um 48 Prozent. Zur wirtschaftlichen Erzeugung von LNG sind letztere Parameter sogar um 64 Prozent zu senken.

Grüner Wasserstoff für das Energiesystem

Es ist festzuhalten, dass besonders grüner Wasserstoff zukunftsfähig ist, um bei günstiger Änderung der Gesetzeslage als Baustein in das Energiesystem integriert zu werden. Grünes SNG und LNG sind in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit stark gehemmt. Sie haben jedoch das Potenzial, sich künftig aufgrund ihrer anwendungsspezifischen Vorteile durchzusetzen. Grünes LNG beispielsweise wird in Zukunft eine zentrale Rolle spielen in der nachhaltigen Gestaltung des Schwertransports und der Schifffahrt. In diesen Bereichen ist der direkte Einsatz der elektrischen Energie als Antriebstechnologie sehr begrenzt. 

Autoren:

Carsten Fichter, Geschäftsführer, EnergieSynergie
Laurence Wagner, EnergieSynergie

Wollen Sie neue Erkenntnisse zu Wasserstoff im Blick behalten? Dann abonnieren Sie doch unseren kostenlosen Newsletter! Hier können Sie sich anmelden.

Dieser Artikel ist eine Kostprobe aus unserem Print-Magazin. Hier erhalten Sie ein kostenloses Probeheft unserer nächsten Ausgabe.