Uni-Bayreuth

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Klimaneutrale Flexibilisierung regenerativer Überschussenergie mit kombinierten Untergrundspeichern

Michael Kühn1, Natalie Nakaten1, Martin Streibel2, Thomas Kempka1
1 Hydrogeologie, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
2 Zentrum für Geologische Speicherung, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

P 11.10 in Subsurface storage of heat, energy and carbon

 

Die Bundesregierung gibt in ihrer Energiestrategie vor, dass die regenerativen Energien massiv ausgebaut werden, so dass sie eine tragende Säule der Energieversorgung darstellen und, um so den Ausstoß von CO2 reduzieren. Zu einer entsprechenden Empfehlung ist auch die Ethik-Kommission „Sichere Energieversorgung“ gekommen und konstatiert, dass saisonale Energiespeicher unter Nutzung von Wasserstoff oder Methan langfristig notwendig werden.

Die hier vorgestellte, erweiterte „Power-to-Gas-to-Power“-Technologie (PGP, Abbildung) beruht auf der Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energien und daraus produziertem Methan unter Einsatz von im Kreislauf geführtem Kohlenstoffdioxid. Beide Gase werden in zwei beieinander lokalisierten, kombinierten Untergrundspeichern vorgehalten. Bei Energiebedarf wird Methan vor Ort in einem Gas-und Dampfturbinenkraftwerk umgesetzt, Kohlenstoffdioxid abgetrennt und emissionsneutral wieder in den Untergrundspeicher verbracht. Für die Bestimmung des notwendigen Energieeinsatzes beim Betrieb der CO2- und CH4-Untergrundspeicher wurden diese zunächst mit Hilfe numerischer Simulationen untersucht, um die Druckdynamik im Speicher während der Ein- und Ausspeicherung im Jahreszyklus zu bestimmen (Streibel et al. 2013). Die Rechnungen dienten als Grundlage, um den Energieeinsatz bei der Einspeisung der Gase in die jeweiligen Untergrundspeicher unter Berücksichtigung der spezifischen, temperatur- und druckabhängigen Eigenschaften von CH4 und CO2 zu berechnen. Unter Berücksichtigung aller Einzelschritte berechnet sich ein Gesamtwirkungsgrad von 27,7 % (Streibel et al. 2013) und Stromgestehungskosten von insgesamt 20,43 Eurocent/kWh (Kühn et al. 2013). Obwohl der Wirkungsgrad geringer als jener von Pump- und Druckluftspeichern ist, sind die resultierenden Kosten auf gleichem Niveau und damit konkurrenzfähig.

Der große Vorteil des hier vorgeschlagenen Konzepts im Gegensatz zu bisherigen PGP-Ansätzen ist, dass es emissions- und damit klimaneutral ist. Teil des Konzepts ist ein CO2-Speicher in der Größenordnung von 100.000 t CO2, der wie in Ketzin/Havel gezeigt technisch, aber auch bezüglich der Akzeptanz in der Bevölkerung, realisierbar ist (Liebscher et al. 2012). Für die Technologie spricht weiterhin, dass sie umgehend umgesetzt werden könnte, weil sie zum wesentlichen Teil auf vorhandener Infrastruktur beruht. Würden die ca. 20 Standorte in Deutschland mit Erdgasporenspeichern um „kleine“ CO2-Speicher in der Größenordnung des Pilotspeichers in Ketzin/Havel erweitert, dann könnte eine wesentliche Menge der in Deutschland produzierten Wind- und Sonnenenergie darin in Form von Methan gespeichert werden.

Prinzip eines integrierten stofflichen Energiespeicherkonzepts auf CH4- und CO2-Basis in Kombination mit einer emissionsarmen bis emissionsfreien Kohlenstoffkreislaufwirtschaft durch Einsatz eines GuD-Kraftwerks.
Prinzip eines integrierten stofflichen Energiespeicherkonzepts auf CH4- und CO2-Basis in Kombination mit einer emissionsarmen bis emissionsfreien Kohlenstoffkreislaufwirtschaft durch Einsatz eines GuD-Kraftwerks.



Kühn, M.; Nakaten, N.; Streibel, M.; Kempka, T. (2013): Klimaneutrale Flexibilisierung regenerativer Überschussenergie mit Untergrundspeichern : Carbon Neutral and Flexible Underground Storage of Renewable Excess Energy. ERDÖL ERDGAS KOHLE, 129, 10, 348-352

Liebscher A., Martens S., Möller F., Lüth S., Schmidt-Hattenberger C., Kempka T., Szizybalski A., Kühn M. (2012) Überwachung und Modellierung der geologischen CO2-Speicherung - Erfahrungen vom Pilotstandort Ketzin, Brandenburg (Deutschland). Geotechnik 35(3), 177-186. doi: 10.1002/gete.201200005

Streibel, M.; Nakaten, N.; Kempka, T.; Kühn, M. (2013): Analysis of an Integrated Carbon Cycle for Storage of renewables. Energy Procedia, 40, 202-211. doi: 10.1016/j.egypro.2013.08.024

last modified 2013-10-31