Dr. Karl Maria Grünauer - SolarFuel GmbH
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<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong> – Überblick<br />
Stuttgart, im Juli 2010, Version 1.31<br />
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
Heßbrühlstrasse 15, D-70565 Stuttgart
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong> Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Der Markt für Energiespeicherung im industriellen Maßstab ist einer der<br />
interessantesten Wachstumsmärkte, die derzeit entstehen 1)<br />
Marktpotenzial <strong>SolarFuel</strong><br />
• Grundsätzlich gibt es vier Stellhebel, um diese Bedarfe zu bedienen 1)<br />
Stellhebel<br />
– Das Potenzial zum Einsatz bestehender Technologien wie Pumpspeicher ist gerade in Länden mit hohen Wind- und PV-<br />
Anteilen weitgehend ausgeschöpft<br />
– Andere Ansätze wie Ausgleich zwischen regionalen Netzen setzen die Schaffung oder Ausbau der Infrastruktur mit<br />
entsprechend langem zeitlichen Vorlauf voraus<br />
• Somit ergibt sich ein hohes Marktpotenzial für die <strong>SolarFuel</strong> Anlagen, da diese bereits ab 2015 in das bestehende<br />
Energiewirtschaftssystem ohne kostenintensive und langwierige Adaptionen integriert werden können.<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong><br />
1) BCG – The Boston Consulting Group: Electricity Storage – Making Large-Scale Adaption of Wind and Solar Energies a Reality, März 2010<br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
In Europa werden 2025 Kapazitäten in der Höhe von 100 GW erforderlich sein, um die<br />
Schwankungen aus rund 350 GW installierten Erneuerbaren Energien auszugleichen<br />
Ausgleich zwischen regionalen Netzen (Grid Extension)<br />
Konventionelle Backup-Power (v.a. Gaskraftwerke)<br />
Demand-Side Management<br />
Speicher (z. B. Pumpspeicher) und Konvertierung (<strong>SolarFuel</strong> Power-to-Gas)<br />
-1-
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
-2-<br />
Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Das <strong>SolarFuel</strong> Power-to-Gas Verfahren wandelt Strom CO 2 neutral in speicherbares,<br />
erneuerbares Erdgas um und ermöglicht Dienstleistungen am Strommarkt<br />
Einordnung<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong><br />
Input: Strom <strong>SolarFuel</strong> Output: Gas, Dienstleistungen<br />
Strompreis<br />
K Strom<br />
Eckdaten<br />
Jährliche Kosten<br />
K Invest<br />
Variable<br />
Betriebskosten je<br />
kWh Strom<br />
K Betrieb<br />
Volllaststunden<br />
pro Jahr<br />
SEKTOR ROHSTOFF<br />
& MOBILITÄT:<br />
erneuerbares,<br />
synthetisches<br />
Erdgas<br />
Preis Erdgas<br />
SEKTOR ENERGIE-<br />
BEREITSTELLUNG:<br />
Erlöse für<br />
Dienstleistungen<br />
am Strommarkt<br />
(Speicherung, RE)
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong> Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Der Beitrag über <strong>SolarFuel</strong> im ZDF – Umweltmagazin gibt einen guten<br />
Überblick und Einstieg in das Thema<br />
Sendung von 18.04.2010<br />
Quelle: ZDF<br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
Bitte klicken sie auf den folgenden Link: ZDF Beitrag <strong>SolarFuel</strong><br />
-3-
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
-4-<br />
Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Nur großtechnische Speicherung von Energie stellt zuverlässig wirtschaftliche<br />
Versorgung aus Erneuerbaren Quellen sicher<br />
Herausforderung – Zusammenfassung<br />
Weltweit wird mehr und mehr<br />
Strom aus Wind und Sonne gewonnen<br />
• Das Problem sind die fehlenden Stromspeicher für den<br />
fluktuierend anfallenden Ökostrom, denn Wind- und<br />
Solarstrom treten oft zu Zeiten auf, zu denen sie nicht<br />
gebraucht werden<br />
• <strong>SolarFuel</strong> ist es gelungen, erneuerbaren Strom in<br />
synthetisches Erdgas zu konvertieren und damit speicherbar<br />
zu machen<br />
• Vorteile<br />
– Aufnahme von größeren Anteilen erneuerbaren Stroms<br />
im Energiesystem wird möglich<br />
– Erneuerbares Erdgas speichert den Strom langfristig und<br />
ist jederzeit abrufbar<br />
– Erdgasinfrastruktur kann aufgrund ihrer großen Kapazitäten<br />
Energie für Monate vorrätig halten<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong>, ZSW<br />
Wind<br />
Sonne<br />
CO2<br />
<strong>SolarFuel</strong> wandelt Ökostrom in CO2<br />
neutrales, erneuerbares Erdgas um<br />
Stromnetz<br />
CO 2<br />
Elektrolyse/<br />
H 2 -Tank<br />
CO 2 -Tank<br />
Verstromung<br />
Stromspeicherung<br />
GuD/<br />
BHKW<br />
H 2<br />
CO 2<br />
<strong>SolarFuel</strong><br />
Mobilität<br />
Methanisierung<br />
Das bestehende Erdgasnetz wird so zur tragenden Säule des erneuerbaren Energiesystems<br />
und liefert jene Speicher- und Transportkapazitäten, die derzeit im Stromnetz fehlen<br />
Gasnetz<br />
H 2<br />
CH 4<br />
Gasspeicher
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong> Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
<strong>SolarFuel</strong> verknüpft bidirektional das existierende Strom- und Gasnetz und<br />
erschließt die Nutzung von EE in der Mobilität<br />
Übersicht<br />
CCPP:<br />
B-CHP:<br />
BEV:<br />
FCEV:<br />
CNG-V:<br />
Plug-in<br />
HEV:<br />
Quelle: ZSW<br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
Wind<br />
Solar<br />
CO 2<br />
Combined Cycle Power Plant<br />
Block-type Combined Heat and Power<br />
Station<br />
Battery Electric Vehicle<br />
Fuel Cell Electric Vehicle<br />
Compressed Natural Gas Vehicle<br />
Plug-In Hybrid Electric Vehicle<br />
Electricity<br />
grid<br />
CO 2<br />
Electrolysis/<br />
H 2 buffer<br />
CO 2 buffer<br />
Electricity H 2 SNG Mobility<br />
BEV FCEV CNG-V<br />
Plug-in HEV Plug-in HEV<br />
-5-<br />
CCPP/<br />
B-CHP<br />
Power generation<br />
Electricity storage<br />
H 2<br />
CO 2<br />
Methanation<br />
Gas distribution<br />
system<br />
H 2<br />
CH 4<br />
Gas<br />
underground<br />
storage
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
Ökostrom löst fossile Energieträger auf breiter Front ab<br />
Herausforderung – Erneuerbare Energien ausbauen<br />
• Der Ausbau erneuerbarer Energien auf dem Stromsektor<br />
wächst rasant und übertrifft alle Prognosen<br />
– Die Kosten für Wind- und Solarstrom werden im Gegensatz<br />
zu Öl, Gas und Kohle langfristig weiter abnehmen<br />
– Das Ausbaupotenzial für Wind und Sonne stellt keinen<br />
Engpass dar<br />
– Langfristig muss der Energiebedarf aus den nachhaltigen,<br />
kohlendioxidfreien Alternativen gedeckt werden<br />
• Intelligent eingesetzt, verstetigt <strong>SolarFuel</strong> die Einspeisung von<br />
Ökostrom und beseitigt Netzengpässe<br />
– Produktionsspitzen bei Strom werden in speicherbares,<br />
erneuerbares Erdgas konvertiert<br />
– Das synthetische Erdgas steht als notwendige Ergänzung<br />
zu knappen Bio-Energieträgern sektorenübergreifend für<br />
Strom, Kraft, Wärme und Mobilität zur Verfügung<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong>, BCG<br />
Wind und Sonne auf dem Vormarsch<br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
-6-<br />
Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
2010 steigt der EE Anteil in Deutschland auf knapp 20<br />
Prozent, 2025 werden es bereits 45 Prozent sein<br />
Quelle: BCG - The Boston Consulting Group<br />
29<br />
24<br />
2008<br />
<strong>SolarFuel</strong> ermöglicht mehr Ökostrom im Netz<br />
+7% p.a.<br />
62<br />
39<br />
23<br />
2015<br />
89<br />
50<br />
39<br />
2025<br />
21 36 45<br />
Wind<br />
Photovoltaik<br />
Anteil an<br />
installierter<br />
Gesamtkapazität<br />
in %
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
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Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Vollversorgung mit Ökostrom setzt große Speicherkapazität und lange<br />
Speicherdauer voraus<br />
Herausforderung – Speicherkapazitäten aufbauen<br />
Erneuerbare Energien fallen unstetig an<br />
• Wind- und Sonnenenergie fallen stark fluktuierend an, die<br />
Schwankungen werden durch Naturphänomene verursacht,<br />
die nicht beeinflussbar sind<br />
• Trotzdem müssen EE jederzeit und überall zur Verfügung<br />
stehen, das Kernproblem ist somit die Speicherung, große<br />
Energiemengen müssen zum Zeitpunkt der Ernte eingelagert<br />
werden, um bei Bedarf stetig und gesichert abrufbar zu sein<br />
• Im heutigen Energiesystem wird das durch Lagerung fossiler<br />
Energieträger gelöst<br />
• Die Bevorratung liegt in einem Bereich, der dem Verbrauch<br />
mehrerer Monaten entspricht.<br />
• Dies gilt jedoch nicht für Strom<br />
– Erzeugung und Verbrauch müssen zeitgleich erfolgen<br />
– Die heute vorhandene Stromspeicherkapazität in<br />
Deutschland beträgt nur 0,04 Terrawattstunden, rein<br />
rechnerisch der Strombedarf von weniger als einer Stunde<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong>, ZSW<br />
<strong>SolarFuel</strong> ermöglicht saisonale Speicherung im<br />
Terrawattstundenbereich<br />
<strong>SolarFuel</strong> erschließt das existierende Erdgasnetz mit einer Kapazität in Deutschland<br />
von 200 TWh zur Speicherung von Energie aus Wind und Sonne<br />
Speicherdauer<br />
1 Jahr<br />
1 Monat<br />
1 Tag<br />
1 Stunde<br />
Schwung-<br />
rad<br />
Batterien<br />
<strong>Dr</strong>uckluft-<br />
speicher<br />
Pump-<br />
speicher<br />
1 kWh 1 MWh 1 GWh 1 TWh<br />
Speicherkapazität<br />
Wasser-<br />
stoff<br />
<strong>SolarFuel</strong>
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
Der <strong>SolarFuel</strong> Power-to-Gas Prozess realisiert<br />
Energiespeicherung nach dem Vorbild der Natur<br />
Lösung – Zusammenfassung<br />
• <strong>SolarFuel</strong> wandelt die energielosen Rohstoffe CO 2 und<br />
Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom direkt in<br />
synthetisches Erdgas um<br />
– In der Elektrolyse wird im ersten Schritt Wasser<br />
in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt<br />
– Im zweiten Schritt wird der Wasserstoff mit CO 2 direkt zu<br />
Methan (CH 4) umgesetzt<br />
– Dabei steigt die Energiedichte um den Faktor 3 an<br />
• Es entsteht ein marktfähiger und handelbarer Energieträger in<br />
Normqualität, der direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden<br />
kann<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
-8-<br />
Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Das Power-to-Gas Verfahren Der Wirkungsgrad beträgt 60 Prozent<br />
Sauerstoff<br />
Solar Fuel<br />
Der <strong>SolarFuel</strong> Power-to-Gas Prozess realisiert Energiespeicherung nahe am thermodynamischen<br />
Optimum<br />
Sonne<br />
PV<br />
Windkraft<br />
Wasser,<br />
CO 2<br />
Strom<br />
Erdgas
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
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Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Die alpha-Anlage läuft erfolgreich im Probebetrieb seit November 2009<br />
Lösung – Initialisierung<br />
Die grundsätzliche Machbarkeit wurde in<br />
Pilotanlage nachgewiesen<br />
• Ohne Optimierungsmaßnahmen wurde bereits hier ein<br />
Gesamtwirkungsgrad Power-to-Gas von 40<br />
Prozent nachgewiesen<br />
• Als CO 2-Quelle dient Umgebungsluft.<br />
• Die Anlage wurde vom Zentrum für Sonnenenergie- und<br />
Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in<br />
Stuttgart realisiert<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong><br />
Prototyp mit elektrischer Anschlussleistung von<br />
25 kW und Wirkungsgrad von 40 Prozent<br />
Das erzeugte Produkt ist DVGW- bzw. DIN-konformes Erdgas und<br />
wird zur direkten betankung von Serienfahrzeugen eingesetzt
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
-10-<br />
Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31<br />
Nach der Erprobung im Megawattbereich erfolgt der weltweite Roll-out des<br />
kommerzialisierten Produkts<br />
Lösung – Industrialisierung und Kommerzialisierung<br />
Industrialisierung mit einer beta-Anlage bis 2012 Kommerzialisierung mit Gamma-Anlage ab 2014<br />
• Die Demonstrationsanlage läuft ab 2012 mit einer elektrischen<br />
Anschlussleistung von 6,3 MW und einem geplantem<br />
Wirkungsgrad von 54 Prozent<br />
• Ziel ist die Erprobung der <strong>SolarFuel</strong> Technologie im<br />
energiewirtschaftlich sinnvollen Maßstab und<br />
realen wirtschaftlichen Bedingungen<br />
• Ausgehend von der Kernaufgabe der Verstetigung von EE<br />
werden sowohl Einsatzszenarien im Mobilitäts- als auch im<br />
Energiewirtschaftlichen Bereich entwickelt und bewertet.<br />
• Am Standort werden unterschiedliche CO 2-Quellen evaluiert<br />
• Der Anlagenbetrieb wird von einem engen Monitoring<br />
begleitet um das Verfahren hinsichtlich Zuverlässigkeit,<br />
Verfügbarkeit und Wirkungsgrad weiter zu optimieren und die<br />
nachfolgende Verwertungsphase vorzubereiten.<br />
Quelle: <strong>SolarFuel</strong><br />
Anschlusswert<br />
steigt 250-fach<br />
Anschlusswert<br />
steigt 3-fach<br />
25 kW, η = 40%<br />
Pilot-Anlage<br />
November<br />
2009<br />
6,3 MW, η = 54%<br />
Beta-Anlage<br />
2012<br />
20 MW, η > 60%<br />
Kommerzielle <strong>SolarFuel</strong> Anlagen stehen ab 2015 mit einer elektrischer Anschlussleistung<br />
von 20 MW und einem Wirkungsgrad von mehr als 60 Prozent zur Verfügung<br />
Gamma-<br />
Anlage<br />
2014 ff.
<strong>SolarFuel</strong> <strong>GmbH</strong><br />
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2010-07-27 Übersicht Solarfuel Version 1.31 KG<br />
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Überblick, Juli 2010, www.solar-fuel.net, Vers. 1.31
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