Wasserstoff: das letzte Glied im Backup-System

Aus heutiger Sicht sind für den Bereich Strom folgende Backup-Systeme von fundamentaler Bedeutung:

1. Mix der regenerativen Energien, Mix der verschiedenen Standorte
2. PSW
3. HGÜ
4. Elektrolyse - BHKW

Daneben spielen zukünftige neue Verbraucher, wie Wärmepumpen und E-Autos eine nicht zu unterschätzende Rolle.

Zu 1)

Strategische Vorgehensweise:

Wir betrachten zunächst den gesamten Input an fluktuativen Energien in Europa.

1. Überschuss- und Mangelgebiete werden überregional ausgeglichen, soweit das Netz (zu dieser Zeit - HGÜ!) dazu in der Lage ist.
2. Dabei ist klar, dass ein außergewöhnlich hoher EE-Input (herbstl. Orkantief) nur z.T. verwertet werden kann. Von der Leistung kann dies durchaus 20 % sein, aber im Jahresmittel wird dieser "verloren Input" weniger als 1 % sein, somit ist dieser Verlust unbedeutend.
3. Ist der Gesamtinput größer als die Nachfrage, werden alle Backups (Speicherwasserkraft, XXL-PSW, PSW, CAES, Elektrolyse usw.) aufgefüllt.
4. Ist der Gesamtinput kleiner als die Nachfrage, werden alle Backups aktiviert (Speicherwasserkraft, XXL-PSW, PSW, CAES, BHKWs, H2-GuD)
5. Ist der regionale Input so gering, dass diese Fehlleistung nicht überregional auszugleichen ist, werden regionale Backups aktiviert.
6. Ist der regionale Input so groß, dass das Netz den überregionalen Ausgleich nicht darstellen kann, dann wird diese Überschüsse in regionale Backups gepuffert.

Bis zum Jahr 2030 haben wir noch eine Reihe von steuerbaren Kraftwerken aus der heutigen Zeit betriebsfähig. Selbst wenn die EE über längere Zeit bewiesen haben, dass sie es können, werden immer noch solche alten Kraftwerke in Bereitschaft (evtl. auch schon eingemottet) stehen.

Unterm Strich wird dann die Energieversorgung noch sicherer als heute sein, und trotzdem locker bezahlbar sein, wenn wir konsequent die Strategie "best place, first act" verfolgen.

Wo in Europa wären beste Standorte (4.000 bis 5.500 Volllaststunden) für MUFOW:

Die fünf besten Plätze sind:
Nordsee
Irische See mit Nordfrankreich
Nordwesten und die Südwestspitze der Iberischen Atlantikküste
Golf von Lyon
und die griechische Ägäis

Dies sind nicht nur die windigsten Plätze in Europa, nein, ein weiterer Vorteil ist, dass sich diese Orte sehr häufig ausgleichen. So sind im Mittel die Winde in der griechischen Ägäis im Sommer noch flotter als im Winter.


Zu 2)
PSW (Pumpspeicherkraftwerke) wurden zunächst ohne den Hintergrund der regenerativen Energien ausgebaut, und für deren Bedürfnisse auf einen 8-Stunden-Takt ausgerichtet.

Typische Pumpspeicherkraftwerke (PSW) wurden für die Kohlekraftwerke/Atomkraftwerke gebaut:

Grundüberlegung:
8 Stunden in der Nacht wird hochgepumpt und in den 8 verbrauchsstärksten des Tages Stunden wieder zu Tal gelassen.

Dumm für die Betreiber war nur, dass dieses Prinzip unabhängig von der Speichergröße des Ober- bzw. Unterbeckens funktioniert.

Somit hatten die Kraftwerksbetreiber unabsichtlich eine der größten Lösungsansätze für die wechselnde Windstromeinspeisung gesorgt.

Aber es kommt noch schlimmer:
Viele vorhandene Wasserkraftwerke -mit sehr großem Gefälle - lassen sich ohne ganz großen Aufwand zu richtigen PSW erweitern.

Nur ein Beispiel von vielen:

http://www.grande-dixence.ch/de/gd_hydr ... uction.php

Mit PSW wird heute schon ein Wirkungsgrad von 80 % erreicht:

http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherwerk_Vianden

hat immerhin eine Leistung von 1100 MW.
Dieses PSW hat eine geringe Kapazität.

http://de.wikipedia.org/wiki/Grande_Dixence

Dieses Kraftwerk ist im wesentlichen noch kein PSW, könnte aber dazu aufgerüstet werden.
Dieses Kraftwerk hat heute eine Leistung von ca. 1.000 MW, der gesamte Wasserinhalt wird pro Jahr nur 1,3-fach umgesetzt. Hier fehlt nur noch das Unterbecken.

Für den Bodensee könnte dies bedeuten, dass dieser See auch zugleich als Oberbecken genutzt werden könnte.
Bereits nach etwa 50 Kilometer liegt das Höhenniveau 100 Meter niedriger, nach 150 Kilometer (bei Karlsruhe, 115 Meter üNN) wären es dann schon knapp 300 Meter.
Der Pegel des Bodensees variiert von Natur aus um die 4 Meter. Jeder Meter entspricht einem Volumen von über 500 Mio. m³.

Bei Windmangel würden die Schleusen geöffnet, ansonsten blieben sie geschlossen.

Dabei sind PSW alles andere als eine neue Erfindung:

Seit Mitte der 20-er wird dieses Verfahren von Pumpspeicherkraftwerken (PSW) angewendet.

Heute haben wir alleine in Deutschland über 6.000 MW an PSW - dabei hatte keiner überhaupt an Windkraft gedacht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk
.. und in Europa weit über 10.000 MW PSW

Natürlich, bislang wurden die PSW auf den vorhandenen Kraftwerkspark abgestimmt, die vereinfacht lautet:

Staukraftwerke müssen nicht über 4.500 Stunden Strom liefern: Weniger Stunden mit mehr Power, so könnte Wasserkraft optimal eingebunden werden. Hier kann auch Norwegen mit eingebunden werden.
http://www.dradio.de/dlf/sendungen/umwelt/1542294/

Zu 3)
PSW müssen mit HGÜ zusammen gesehen werden.

http://www.innovations-report.de/html/b ... 07020.html

Siemens und ABB gehen von HGÜ-Trassen mit Leistungen von ca. 40.000 MW aus.

Zu 4)
Für die Elektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Wasserstoffes bedarf es großer Mengen von billgen Überschussstromes.

http://de.wikipedia.org/wiki/Schwimmend ... lichkeiten
http://www.wwindea.org/technology/ch01/de/1_3_3.html

Für die längerfristige Zukunft könnte ich mir gut das Ecofisk-Projekt vorstellen:
Windlage:
http://www.windfinder.com/windstats/win ... kofisk.htm

Ein MUFOW-WP mit 200.000 MW in kuchenstückförmigen Segmenten rund um Ekofisk aufgeteilt.

100.000 MW leistet eine Elektrolyseanlage, 100.000 MW stark ist die Summe aller Stromkabel.

Das Gasnetz bei Ecofisk existiert ja bereits:
http://www.bsh.de/de/Meeresnutzung/Wirt ... biete_.pdf

Jetzt kann man schön variabel sein:
100.000 MW, und sonst überall auch guter Wind=
-> 100 % H2-Erzeugung
-> 0 % ins Stromnetz
100.000 MW, und sonst überall Flaute=
-> 0 % H2-Erzeugung
-> 100 % ins europäische Stromnetz

mit unbegrenzten Zwischenschritten..

Die Rückverwandlung erfolgt über GuD-Kraftwerke oder noch besser über BHKWs:

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):

Hier ist die Startseite vom Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V. (B.KWK)
http://www.bkwk.de/bkwk/
in der diese Technik näher beschrieben ist.

Der grundsätzliche Vorteil liegt darin, dass hier dezentral Strom mittels einem Wärmekraftwerk erzeugt wird, wobei deren Abwärme bestmöglich vor Ort verwertet wird.

Unbestritten hat diese Technologie ein enormes Potential. Der Kern der Anlage besteht aus einem normalen, langlebigen Motor.

Jährlich werden also ca. 1,5 Mio. PKWs mit Dieselmotoren zugelassen.
Nehme ich nur eine durchschnittliche Stärke von 100 KW je PKW an, was sicherlich nicht übertrieben ist, dann bedeutet dies eine Gesamtleistung von 150.000 MW.

Gut die Hälfte dieser Produktionsmenge würde genügen, um die erforderliche Leistung für den Strombedarf in Deutschland gesichert zu bekommen, oder etwas über 10 % dieser Motoren würden die AKWs in Deutschland ersetzen können.

Wo liegen die Probleme:
Derzeit funktioniert KWK wie folgt: Wird Wärme benötigt, läuft der Motor (statt eines Brenners) an, dieser produziert Strom, welcher ins Netz eingespeist wird und erzeugt die erforderliche Wärme. Daneben speichert üblicherweise noch ein Pufferspeicher kurzfristig Überschusswärme.

Dabei fragt das Aggregat nicht, ob es momentan gut ist, wenn weiter Strom eingespeist wird, oder ob vielleicht gerade z.B. der Wind gut weht.
Dieses Problem ist bekannt und es gibt Lösungsansätze, welche teilweise mit dem Schlagwort „virtuelle Kraftwerke“ versehen werden.

Wie könnte es gehen:
Jede KWK-Einheit ermittelt den Wärmestatus (z.B. von 0 bis 100) und schickt diesen laufend an die Steuerzentrale. Je nach dem Wert wird angezeigt, ob noch Wärme gebraucht wird, oder nicht. Dabei kann zwischen Heizwärme, Warmwasserwärme und Speicherwärme unterschieden werden.
Eine Steuerstelle kann nun dafür sorgen, ob viele BHKWs laufen sollen, oder wenige, je nachdem, wie der Strom nachgefragt wird bzw. welchen Input andere Erzeuger, wie z.B. Windstrom haben.
Auch ein Brenner läuft ja in der Regel nicht immer, sondern nur zeitweise.
Somit könnte der Wärmebedarf mit dem Strombedarf abgestimmt werden, mit äußerst kurzen Reaktionszeiten. Selbst die kleinen BHKWs erreichen in wenigen Sekunden ihre volle Leistungsfähigkeit.
Dabei kann es aber auch mal vorkommen, dass einfach soviel und solange Strom von den BHKWs eingefordert wird, so dass die Aufnahmemöglichkeit bzgl. der Wärme überschritten wird. In diesen Ausnahmefällen wird dann die Wärme ungenutzt abgeleitet. Hier ist dies der absolute Ausnahmefall, bei der heutigen Stromproduktion in Großkraftwerken ist dies der Regelfall!

Was passiert, wenn kein Strom benötigt wird, aber langsam das Haus kälter wird, der Pufferspeicher auch schon aufgebraucht ist – und selbst das Warmwasser neue Wärmezufuhr brauchen könnte?
In vielen Fällen wird neben einem BHKW ein weiterer (Spitzen-) Kessel daneben gestellt. Dieser könnte dann eben jetzt für Wärme sorgen.
Eine noch elegantere Lösung wäre, wenn der Spitzenkessel durch eine Wärmepumpe ersetzt werden würde. Dann könnte in dieser Situation der reichliche (und billigere) Strom im Netz bestens verwertet werden, in dem bei einer Arbeitszahl von 3 bis 5 Wärme erzeugt wird.
Gerade in Kranken- und Altenheimen, wo die KWK am besten eingesetzt werden kann, fallen größere Mengen von warmen Abwässern an, welche über die Wärmepumpe ideal in Nutzwärme verwandelt werden könnte.
http://www.waermepumpe.de/wib.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpe

Ich bin sehr dafür, dass sofort beim Aufbau von KWK im größeren Umfang die Steuerbarkeit gegeben sein muss.

Strom wird dann nicht mehr ungefragt in das Netz eingespeist. Es erleichtert den Netzbetreibern die Einbindung von regenerativen Strom, erübrigt den Neubau von unsinnigen, unflexiblen Großkraftwerken und erhöht die Versorgungssicherheit bei hoher Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.

Dies ist ein wesentlicher Teil einer neuen und flexiblen Infrastruktur zur Schaffung einer regenerativen Energieversorgung. Dieser Aufbau sollte mit Priorität verfolgt werden. Die Frage, mit welchen Aggregaten (Motor, Mirkoturbine oder Brennstoffzelle usw.) die KWK betrieben werden sollte, ist nachrangig und sollte von der besten Wirtschaftlichkeit beantwortet werden. Wenn die Brennstoffzelle tatsächlich mal kostengünstiger wird, dann kann das BHKW immer noch nach dessen Lebenszeit durch einen solche Zelle ersetzt werden. Wichtig ist allein, dass die passende Struktur vorhanden ist.
Selbst die Frage nach dem Brennstoff ist derzeit noch sekundär. Ob jetzt das BHKW mit Öl oder Gas betrieben wird, ist nicht entscheidend. Gibt es später Methanol aus Windkraft oder Ähnliches, ist auch hier die Umrüstung oder der spätere, passende Ersatzmotor kein Problem.

http://www.fvee.de/fileadmin/publikatio ... _02_08.pdf
Wasserstoff eingebunden in Methanol
Siehe Abbildung 1!

http://de.wikipedia.org/wiki/Carbazol
Wasserstoff eingebunden in Carbazol

Die Brennstoffzelle wird so schnell nicht kommen:

http://www.zeit.de/auto/2013-01/wassers ... stoffzelle

Studie nährt Zweifel am Erfolg der Brennstoffzelle
Daimler und andere Autohersteller arbeiten an Autos mit Wasserstoff-Antrieb. US-Forscher bezweifeln den Durchbruch der Technik: Die Brennstoffzelle sei schlicht zu teuer.

Deshalb sollten für Stromautos die Batterien zunächst mit einem Stromerzeuger herkömmlicher Art ergänzt werden.

http://www.beyer-baumaschinen.de/Mietge ... 4_kva.html

Mit einer solchen WKA (noch besser als Einflügler) und mit einem solchen Trägersystem könnte es mal möglich werden, Strom zu solch niedrigen Preisen zu erzeugen, so dass damit tatsächlich mal H2 erzeugt werden kann:

http://www.mywind.com.cn/English/progra ... 0301&ID=30

http://www.nauticawindpower.com/design_advantage/

Es wird Gas eingespeist - eine gute Nachricht...

http://www.iwr.de/news.php?id=25144

"Thüga-Gruppe will 2014 den offiziellen Betrieb starten
„Die Anlage funktioniert planmäßig, so dass wir in Kürze den Probebetrieb aufnehmen werden und Anfang 2014 den offiziellen Betrieb starten können", erklärt Thomas Pätzold, Technischer Vorstand der beteiligten WEMAG AG. Bis Ende 2016 sollen Erfahrungen an der Demonstrationsanlage gesammelt werden und die daraus gewonnen Erkenntnisse sollen später in weiteren Anlagen eingebracht werden. Begleitet wird die Betriebsphase vom hessischen Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.

Fortschrittliche Technologie senkt Kosten
Kernstück der Anlage ist ein Protonen-Austausch-Membran (PEM)-Elektrolyseur der Firma ITM Power. Dieser wandelt elektrische Energie in chemisch gebundene um und macht so den Strom speicherbar. Der Vorteil an dieser Anlage ist der Einsatz von Wasser anstatt von Kalilauge und somit einer umweltschonenderer Einsatz, auch die kompakte Bauweise (2,45 m hoch, 6 m lang, 3,30 breit, 10 Tonnen schwer) sei ein weitere Pluspunkt der Anlage. Durch einen fortschrittlichen Eleektrolyseur, welcher das Wasserstoff-Erdgasgemisch bereits mit einem für das Gasverteilnetz passendem Druck von 3,5 bar liefert konnten weitere Kosten gespart werden, so Pätzold. Die Stromaufnahmeleistung der Anlage beträgt 315 Kilowatt. Sie soll pro Stunde rund 60 Kubikmeter Wasserstoff erzeugen und so in einer Stunde 3000 Kubikmeter mit Wasserstoff angereichertes Erdgas in das Netz einspeisen."

Einen großtechnischen Bedarf wird es erst ab 2030 geben.

Da ist ja reichlich gepennt worden!

Neues Industrieforum für virtuelle Kraftwerke gegründet
http://www.iwr.de/news.php?id=25691

Auch ein schöner Link:
http://www.rwe.com/web/cms/de/1856904/r ... tz-lagern/

So günstig kann der europaweite Ausgleich von Angebot und Nachfrage sein:

http://blog.naturfreunde.de/2012/10/13/ ... scheitern/

"Generell ist eine Modernisierung des Leitungsnetzes notwendig, insbesondere die Umstellung auf HGÜ-Leitungen, die wesentlich effizienter sind. Im Übrigen machen diese Kosten rund 0,4 Cent aus, die Horrorzahlen für Ausbau und Kosten sind weit übertrieben."

Unschlagbar günstig ..

Als Brücke ist Erdgas gut geeignet. Der Übergang zum EE-Gas wird lautlos stattfinden:

http://www.iwr.de/news.php?id=32586

BDEW fordert mindestens 300 statt 200 MW neue KWK-Leistung
Stefan Kapferer, Vorsitzender der BDEW-Hauptgeschäftsführung, erklärte in der Anhörung am Montag (21.11.2016): "Im Gesetzentwurf zur Änderung des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes (KWKG) sollte das jährliche Ausschreibungsvolumen für KWK von 200 auf mindestens 300 Megawatt angehoben werden. Das ist nötig, um die für 2020 und 2025 gesteckten KWK-Ausbauziele zu erreichen.“ Zudem bestehen aus Sicht von Kapferer enorme CO2-Einsparpotenziale. Durch den Ausbau der KWK könnten bis 2020 jedes Jahr rund sieben Millionen und bis 2025 zwölf Millionen Tonnen CO2 zusätzlich vermieden werden.

Kritik an zu vielen Detailregelungen
Kapferer kritisierte zudem, dass der KWKG-Entwurf zu viele Detailregelungen und Vorgaben enthalte, zum Beispiel zum Betrieb des Wärmenetzes. Auch dürfe den KWK-Anlagenbetreibern nicht noch mehr Bürokratie aufgebürdet werden, wenn es zum Beispiel darum ginge, die Förderbedürftigkeit des Neu- und Ausbaus des Wärmenetzes nachzuweisen. "Gerade in städtischen Gebieten macht KWK in Verbindung mit Nah- und Fernwärmenetzen die Wärmeversorgung effizienter und klimafreundlicher. Damit ist sie ein wichtiger Bestandteil der Energiewende", so Kapferer. Flexible KWK-/ Wärmenetzsysteme könnten zudem helfen, überschüssige Strommengen aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen in das Energiesystem zu integrieren. Dadurch ließen sich künftig die notwendigen Einspeisemanagement-Maßnahmen und damit die Kosten zur Stabilisierung des Stromnetzes reduzieren.

Wasserstoff: Je weniger umso besser!

Schau mal auf der Webseite nach: http://rim-hydrogen.tech Sie ist noch nicht ganz vollständig, aber ich bin sicher das folgt noch, sie ist sehr neu, bietet aber vielseitige Infos zum thema