Windstromspeicherung: Inbetriebnahme der weltweit modernsten Power-to-Gas-Anlage

Umwandlung von Strom aus Erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Einspeisung in das Erdgasnetz als eine der Schlüsseltechnologien für die Energiewende

(WK-intern) – Hamburgs Umweltsenator Jens Kerstan hat heute die weltweit modernste und gleichzeitig kompakteste Power-to-Gas-Anlage auf dem HanseWerk-Innovationsgelände in Hamburg-Reitbrook in Betrieb genommen.

Ein Konsortium bestehend aus E.ON sowie Partnern aus Industrie und Wissenschaft hat dieses Projekt gestartet, in dem aus Windstrom hergestellter Wasserstoff mit bis zu 1,5 Megawatt Leistung in das Gasnetz der Metropolregion eingespeist wird.

Ziel ist es, auf diese Weise die schwankende Einspeisung Erneuerbarer Energien abzufedern sowie weitere vielfältige Anwendungen über den Energieträger Wasserstoff zu bedienen.  Das Projekt erhält eine öffentliche Förderung im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI).

„Wie wird Windstrom sinnvoll gespeichert und vielfältig nutzbar? Die Power-to-Gas-Anlage, die hier in Betrieb geht, gibt auf diese Frage eine vielversprechende Antwort. Sie ist ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Bei diesem Jahrhundertprojekt spielt Hamburg als Wirtschafts- und Innovationsstandort eine maßgebliche Rolle, diese Rolle wollen wir noch weiter ausbauen. Welchen Weg wir bei der Energiewende schon zurückgelegt haben, zeigt eine Zahl sehr anschaulich: 2014 haben sich Erneuerbare Energien erstmals an die Spitze der Bruttostromerzeugung gesetzt und damit die Braunkohle von Platz eins verdrängt. Das ist auch ein Erfolg für den Klimaschutz“, sagte Jens Kerstan, Senator für Umwelt und Energie der Freien und Hansestadt Hamburg.

„Die Nutzung Erneuerbarer Energien wird immer wichtiger – und technisch ausgereifter. Ich freue mich daher sehr, dass wir mit diesem von uns geförderten Projekt einen weiteren Schritt hin zu einer klimafreundlichen Energieversorgung unternehmen“, betonte Norbert Barthle. Der Parlamentarische Staatssekretär beim Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur unterstrich, dass die Umwandlung von Strom in Wasserstoff und die anschließende Speicherung im Erdgasnetz eine Schlüsseltechnologie für den vielfältigen Einsatz alternativer Energien darstelle.

„Hamburg ist das wichtigste Energiedrehkreuz im Norden. Mit der innovativen Power-to-Gas-Anlage wird dieses Drehkreuz deutlich gestärkt: Denn ab heute kann hier von Strom auf Gas umgestiegen werden. Da bereits jetzt rund 7.000 Megawatt Leistung aus Erneuerbaren Energien nördlich der Elbe ins Stromnetz drücken, sind innovative Energielösungen dringend notwendig, um die daraus resultierenden Engpässe im Stromnetz sowie die schwankende Einspeisung besser in den Griff zu bekommen. Mit der Power-to-Gas-Anlage ist dies möglich – Überschuss-Energie steigt vom Stromnetz um ins Gasnetz“, sagt Matthias Boxberger, Vorstandsvorsitzender HanseWerk AG, dessen Unternehmen in Schleswig-Holstein rund 33.000 Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien an sein Stromnetz angeschlossen hat.

Die verwendete PEM-Elektrolyse (PEM: Protonen-Austausch-Membran), deren Entwicklung rund zwei Jahre gedauert hat, ermöglicht ein effizienteres Verfahren als bisher und trägt dazu bei, die Power-to-Gas-Technologie technisch und wirtschaftlich weiter zu optimieren. Mit einer Größe von ca. 55 x 70 x 90 cm handelt es sich um die weltweit kompakteste Einheit in der 1,5 Megawatt-Leistungsklasse. Dabei müssen weder Abstriche bei Effizienz noch Dynamik gemacht werden. Die hohe Dynamik des Systems ist ideal für das Zusammenspiel mit Wind und Sonnenenergie.

„Das verbesserte Verfahren der PEM-Elektrolyse wird sowohl die technischen als auch die wirtschaftlichen Bedingungen für die Umsetzung des Power-to-Gas‐Konzeptes optimieren und leistungsfähige Perspektiven für das Geschäftsmodell als kosteneffizientes und umweltfreundliches Verfahren zur Speicherung Erneuerbarer Energie eröffnen. Die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff für Industrie, Mobilität sowie Strom- und Wärmemarkt ermöglicht die CO2-neutrale Energienutzung auch außerhalb des Stromsektors“, so Peter Klingenberger, Sprecher der Geschäftsführung der E.ON Gas Storage.

Die gesamte Technik passt in einen 2,50 Meter hohen 40-Fuß-Container. Der PEM-Elektrolyse-Stack ist ein Prototyp und wurde eigens für das Hamburger „WindGas“-Projekt entwickelt. Im Vergleich zur alkalischen Elektrolyse verspricht die PEM-Elektrolyse bei kompakterer Bauweise einen dynamischeren Betrieb sowie geringere Energieverluste. Nach dem Anschluss des Stacks an das Strom-, Gas- und Wassernetz und eichrechtlicher Abnahme der Wasserstoff-Einspeiseanlage durch unabhängige Sachverständige kann der Regelbetrieb beginnen. Die Projektpartner E.ON Gas Storage GmbH, HanseWerk AG, Hydrogenics GmbH, SolviCore GmbH, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme werden die PEM-Elektrolyse im Praxistest erproben.

Die gesamte Investitionssumme für dieses Projekt beträgt 13,5 Millionen Euro, wovon das NIP, das über die Nationale Organisation Wasserstoff und Brennstoffzelle (NOW) in Berlin koordiniert wird, 48 Prozent bereitstellt.

Im brandenburgischen Falkenhagen betreibt E.ON seit 2013 eine 2 Megawatt Alkali-Elektrolyse, die die gesamte Prozesskette – von der Aufnahme des Windstroms über die Umwandlung von Strom zu „WindGas“ bis hin zur Einspeisung in das regionale Ferngasnetz – demonstriert. In Hamburg-Reitbrook liegt der Fokus des Projektes nicht auf der Machbarkeit der Prozesskette, sondern auf dem Einsatz der neuen Elektrolyse-Technologie sowie dem Aufzeigen weiterer Nutzungspfade für grünen Strom.

Power-to-Gas umschreibt ein Verfahren zur Umwandlung von Strom aus Erneuerbaren Energien in Wasserstoff. Diese Technologie hilft einerseits, die Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien dem Verbrauch anzupassen und andererseits, die Vor-Ort-Verwertung zu erhöhen, wodurch die Stromnetze entlastet werden. Gleichzeitig kann die Power-to-Gas-Technologie dazu beitragen, die bei der Energiegewinnung durch Windkraft oder Sonne auftretenden Schwankungen bei der Stromerzeugung auszugleichen.

Ein Projekt mit starken Partnern

Die HanseWerk-Gruppe

Die HanseWerk-Gruppe bietet ihren Partnern moderne Energielösungen mit den Schwerpunkten auf Netzbetrieb und dezentraler Energieerzeugung. Das Unternehmen betreibt selbst oder über seine Tochtergesellschaften rund 53.000 Kilometer Strom- und 25.000 Kilometer Gasleitungen in vielen Kommunen in Norddeutschland. Über ihre Tochtergesellschaft HanseWerk Natur ist sie für 800 Kilometer Nahwärmenetze, 1.000 Heizanlagen sowie 200 umweltschonende Blockheizkraftwerke verantwortlich. Als Partner der Energiewende hat die HanseWerk-Gruppe in den letzten Jahren über 32.000 Anlagen zur Erzeugung Erneuerbarer Energien angeschlossen. Außerdem betreibt HanseWerk beispielsweise auf der Insel Pellworm das erste intelligente Stromnetz Norddeutschlands und hat in Hamburg ein Power to Gas-Projekt gestartet, mit dem die Umwandlung von Windstrom in Wasserstoff und dessen Einspeisung ins Erdgasnetz erforscht wird.

E.ON SE im Kurzprofil

E.ON ist ein internationales privates Energieunternehmen mit Sitz in Düsseldorf. Im Geschäftsjahr 2014 erwirtschafteten mehr als 58.000 Mitarbeiter in vielen Ländern Europas sowie in Russland und Nordamerika einen Umsatz von rund 112 Milliarden Euro. Hinzu kommen gemeinsam mit Partnern geführte Geschäfte in Brasilien und in der Türkei. Im Bereich der Erneuerbaren Energien gehört E.ON zu den weltweit führenden Unternehmen. Rund 33 Millionen Kunden beziehen Strom und Gas von E.ON.

Die NOW GmbH im Kurzprofil

Die NOW GmbH Nationale Organisation Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie wurde 2008 von der Bundesregierung, vertreten durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), gegründet. Die Aufgabe der NOW ist die Koordinierung und Steuerung zweier Förderprogramme des Bundes: das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) sowie die Ressortforschung Elektromobilität des BMVBS zuständig. In der Initiierung, Bewertung und Bündelung entsprechender Projekte liegt dabei die wichtigste Funktion der NOW. Hinzu kommen Querschnittsthemen wie Produktionstechnologien, Aus- und Weiterbildung, Kommunikation an der Schnittstelle von Regierung und Industrie sowie eine aktive Öffentlichkeitsarbeit, um die Wahrnehmung für diese Technologien und ihre Produkte zu steigern.

Die Hydrogenics GmbH im Kurzprofil

Hydrogenics ist einer der weltweit führenden Hersteller von Wasserstofftechnik mit Schwerpunkt Brennstoffzellensysteme und Wasserstofferzeuger. 1995 gegründet, verfügt Hydrogenics heute neben dem Firmensitz in Toronto, Kanada über Produktionsstandorte in Deutschland und Belgien. Im Geschäftsbereich Wasserstofferzeugung liefert Hydrogenics komplette Elektrolyseanlagen zur Speicherung erneuerbarer Energien, als Prozessgaserzeuger, sowie komplette Wasserstofftankstellen. Der Geschäftsbereich Brennstoffzellensysteme beliefert Kunden mit Produkten und Lösungen für Netzersatzanlagen, unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Systemen für Hybridfahrzeuge und Sonder-Brennstoffzellensystemen für Luft-, Raumfahrt und Militär.

Die SolviCore GmbH & Co. KG im Kurzprofil

SolviCore ist ein Joint Venture der Solvay und Umicore und wurde am 1. Juli 2006 gegründet. Das Unternehmen befindet sich in Hanau, Umicores wichtigstem Standort für Forschung und Entwicklung in Deutschland und beschäftigt mehr als 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Bereichen Forschung, Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für Brennstoffzellen- und Elektrolyse-Anwendungen.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) im Kurzprofil

Das DLR ist das Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie und Verkehr sind in nationale und internationale Kooperationen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist das DLR mit dem Raumfahrtmanagement als Agentur im Auftrag der Bundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitäten zuständig. Die Forschungsthemen des Instituts für Technische Thermodynamik sind ausgerichtet auf die Entwicklung von effizienten und Ressourcen schonenden Energiewandlungstechnologien und auf die beschleunigte Einführung von erneuerbaren Energien im Kraftwerks- und Prozesswärmebereich und werden in Stuttgart, Köln, Hamburg und Ulm durch rund 150 Mitarbeiter/innen bearbeitet. Die Abteilung Elektrochemische Energietechnik (ca. 60 Mitarbeiter) ist seit ca. 25 Jahren im Bereich elektrochemischer Energiewandlung tätig, darunter Elektrolyse, Brennstoffzellen und seit 2009 Lithium-Batterien. Die Gesamtaktivitäten reichen von der Entwicklung von Elektroden, Zellen-Herstellung, Zellen-Charakterisierung, Zellen-, Stapel- und Systemtests, Modellierung und Simulation, Entwicklung diagnostischer Verfahren bis hin zur Systementwicklung. Die Abteilung hat Pionierarbeit im Bereich der Kopplung von Erneuerbaren Energien mit Elektrolyseuren im 300 kW-Bereich im HYSOLAR-Projekt geleistet. Ein Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten sind hocheffiziente und kostengünstige Polymer-Elektrolyseure.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) im Kurzprofil

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist mit seinen 1.200 Mitarbeitern das größte Solarforschungsinstitut Europas. Es schafft technische Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern. Hierzu entwickelt das Institut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt acht Geschäftsfeldern. Über die Grundlagenforschung hinaus beschäftigt sich das Institut mit der Entwicklung von Produktionstechniken und Prototypen sowie der Ausführung von Demonstrationsanlagen und dem Betrieb von Testzentren. Im Bereich Wasserstofftechnologie kann auf mehr als 20 Jahre Know-how in der Wasserstoffgewinnung durch PEM-Elektrolyse zurückgegriffen werden.

PM: HanseWerk-Gruppe

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