Deutschland (und die Welt) hat noch fossile Energieträger für vermutlich 150-200 Jahre.
Das kann man alles verbrennen, das Grundwasser mit fracking vergiften, die letzten Urwälder umgraben, für Ölsande ganze "Mondlandschaften" erzeugen, mit Öl die Meere verpesten und um das Zeug weiter fein Kriege führen und bösartigen Diktatoren, religiösen Fanatikern und Menschenfeinden weiter die Stiefel lecken.
Und wenn man das alles tut hat man eine CO2 Konzentration in der Atmosphäre die vermutlich in der Lage sein wird, das größte Massensterben auf diesem Planeten (dagegen war der Dino-Killer vor 65 Millionen Jahren, der einmal den Erdball angezündet hat und danach für 'nen apokalyptischen Winter gesorgt hat nur Kinderkram) an der Perm -Trias Grenze noch zu übertreffen. Zum einen werden die Ozeane versauern, zum anderen durch die steigenden Temperaturen Kippeffekte im Erdsystem ausgelöst, wie eben damals auch.
Von dem was an Ressourcen da ist dürfte eigentlich für eine +2K Welt nur noch das billige konventionelle Erdgas verfeuert werden. Keine Kohle, kein Erdöl, kein fracking, kein Schiefergas, keine Ölsande, keine Kerogene, usw...
Siehe:
https://media.springernature.com/m685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fnature14016/MediaObjects/41586_2015_Article_BFnature14016_Fig1_HTML.jpg
Quelle: nature.com
Wenn man den Markt anschaut und die Explorationsausgaben für neue Lagerstätten und wie Regierungen den Fund neuer fossiler Energieträger im eigenen Land noch immer bejubeln und wie positiv es aufgenommen wird, wenn jmd. vorschlägt, doch auch im eigenen Land jetzt zu fracken zeigt dem, der rechnen möchte ganz klar, dass wir alle auf einem sehr guten Weg sind uns alle gemeinsam die Ökosysteme zerstören.
Aber jetzt sagen wir einfach mal, wir versuchen es trotzdem. Wenn wir unsere fossilen Rohstoffe im eigenen Land nicht verfeuern tut es auch sonst keiner und wer weiß, vielleicht sind uns demnächst mal die ein oder anderen ja die Unabhängigkeit neidisch und machen's nach (nicht dass wir in Deutschland bei der Energiewende derzeit irgendwie führend wären, wir bilden uns das nur kollektiv ein, UK oder Schweden sind z.B. deutlich weiter).
Das Primärziel der Transformation ist die Reduktion der THG. Das ist bzgl. Energie der primäre global limitierende Faktor für ein gutes Leben auf diesem Planeten.
Die weitgehende Elektrifizierung aller Sektoren ist dazu - tand der heutigen Technologie - der mit großem Abstand vielversprechendste Ansatz. Einzig Japan (und vielleicht Südkorea) hatten/haben eine andere Strategie über Wasserstoff, um das Erzeugungsproblem einfach in andere Länder auszulagern. Die ursprüngliche Wasserstoffstrategie Japans basierte auf Wasserstoff aus australischer Braunkohle.
Elektrifizierung ist sehr effizient (Umwandlungsverluste in thermischen Kraftwerken entfallen, sinnlose Abwärme im Verkehr entfällt überwiegend, Wärmepumpen erschließen mit Faktor 3-4 zusätzlich die Umweltwärme). Ineffizienter wird es beim Transport über lange Distanzen und bei der Langzeitspeicherung, außerdem, wenn man Kohlenwasserstoffe als Treibstoff erzeugen möchte, z.B. für Flugzeuge, Hubschrauber, Militärgerät etc..., aber das ist nur ein kleiner Teil.
Außerdem haben wir das Potenzial, Strom CO2 frei zu erzeugen und es ist heute auch wirtschaftlich konkurrenzfähig.(inkl. Netzintegration).
Zur Verfügung stehen bei uns 6 Technologien.
1. Geothermische Stromerzeugung funktioniert in Deutschland in nennenswertem Maßstab nicht und da gabs jetzt 25 Jahre auch keine relevanten Fortschritte
2. Biomasse ist begrenzt. Wir können ca. 100TWh Biomethan pro Jahr erzeugen, was von der Flächenausnutzung idR der effizienteste Pfad ist und trotzdem sehr signifikante Flächen braucht, weitaus mehr als Solar- und Wind zusammen. dabei ist eingerechnet, dass der "grüne" CO2 Strom im Biogas (ca. 40 vol-%) ebenfalls mittels sSbatier methanisiert wird, was heute so nicht passiert.
3. Wasserkraft ist begrenzt. Die ökologischen Schäden beim Neubau überwiegend bei uns den noch sehr geringen Nutzen. Modernisierung kan ein bssil was bringen, aber wir lernen ja in 2022, dass ohne Regen nicht viel läuft und das ist er erst ein Vorgeschmack auf unsere Zukunft
4. Photovoltaik funktioniert super uns ist quasi beliebig skalierbar. Auf der Freifläche ist sie billig genug, um sie auch im Tag-Nacht-Zyklus zu speichern oder um draus Wasserstoff zu machen. Auf dem kleinen Dach kostet sie idR das Doppelte.
Das Problem ist, wieviel Prozent der vielleicht 1000tWh/a heimischer Stromproduktion will man damit sinnvoll machen. Ich sehe da eine Grenze so bei 200GW herum, schon da wird man ca. 10% wegwerfen müssen, was aber okay ist.
5. Kernenergie. Baut man heute in Deutschland neue AKW, dann erzeugen die bis 2040 erstmal nicht eine einzige kWh, verbrauchen aber Abermilliarden Euro an Kosten.
Bei AKW muss man davon ausgehen, dass das radioaktive Inventar freigesetzt wird, alles andere ist sich selber anlügen. Alles was passieren kann wird irgendwann auch passieren. In der Ukraine haben feindlich gesinnte Okkupatoren ein großes AKW in ihre Gewalt gebracht. Soldaten einer Nation, deren Führer damit drohen, das Land ggf. von der "Weltkarte" zu tilgen. Hier ist nichts mehr unter Kontrolle und das radioaktive Inventar in der Anlage schätze ich mal grob auf 10.000 Hiroshima Bomben. (und langlebige Isotope, nix 7er Regel)
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(Exkurs: Wer AKW betreibt ist nicht mehr verteidigungsfähig. Das sind keine Gedankenspeilereien, siehe z.B. Indien vs Pakistan:
"... Im Jahr 1983 besuchten indische Militärs Israel, um Technik zur Ausschaltung der pakistanischen Luftabwehr zu kaufen. Ziel war ein indischer Luftschlag auf das pakistanische Atomwaffenzentrum Kahuta. Der pakistanische Geheimdienst erfuhr jedoch davon und ließ Indien mitteilen, dass im Falle eines Angriffs ein Gegenschlag auf die indische Nuklearanlage in Trombay geschehen würde, das in der Nähe von Mumbai liegt. Dies hätte eine Verseuchung einer Millionenstadt mit vielen Toten und Erkrankten zur Folge. Daher bot Israel gemäß der Begin-Doktrin, die besagt, das keinem arabischem Land Nuklearwaffen zugebilligt werden, an, den Angriff durchzuführen. Indien sollte nur zwei Luftbasen zur Verfügung stellen. Die CIA erhielt Informationen darüber, informierte seinen engen Verbündeten Pakistan und übte Druck auf Israel und Indien aus, sodass Indira Gandhi Anfang 1984 die Pläne fallen ließ..."
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Pakistanisches_Atomprogramm)
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Mit dem Risiko eines super-GAU muss man umgehen können und braucht als Land drei Eigenschaften.
a) man muss bereit sein, eine signifikante Fläche für Jahrzehnte zu opfern. das kann man mit bestimmten Maßnahmen zu minimieren versuchen, z.B. indem man das AKW ans Meer stellt und im Havariefall die Brühe ins Meer leitet. das verdünnt die Radioaktivität langfristig dann schon.
b) man braucht Personal und Rettungskräfte, die man im Havariefall zum Einsatz zwingen kann, auch wenn diese sich weigern (wie z.B. Feuerwehrleute aus Tokyo). In einer Demokratie ist das schwierig
c) Man braucht das Geld. Die Ukraine konnte für Tschernobyl nie selber bezahlen, die Russen hatten wenig Bock. Das zahlt überwiegend die Weltgemeinschaft. Fukushima zahlt Japan, die hatten alles in allem mit den S-GAUs ziemlich viel Dusel und kommen bisher mit 200 Mrd. Euro hin. Das bringt den jaapnischen Staat nicht um. Man sollte aber für den worst case mit 1 Billion kalkulieren.
Ich sehe nicht, wie ein Land wie z.B. Tschechien oder Bulgarien das bezahlen will. Deutschland könnte wohl.
Ich kann mir Kernkraft in einigen Länder vorstellen, die die drei Bedingungen (überwiegend) erfüllen.
USA, China und Russland
Bedingt Kanada, Australien, Brasilien, Saudi Arabien, Indien, Pakistan, Iran, Irak...
Eigentlich eher ungeeignet sind z.B. Frankreich oder England oder gar die Schweiz.
Der primären Motivator zum Bau neuer und Betrieb von AKW ist aber neben den "Prestige", das manche Regierungen damit verbinden vor allem die militärische Nutzung in Form von Bomben.
Günstiger Strom ist keine Motivation, das können neue Reaktoren nicht liefern, außer man hat keine Kostenwahrheit.
Rückversicherer weigern sich AKW zu versichern (die wissen schon warum), aber ein globaler Versicherungsfonds wäre mathematisch schon denkbar. Wenn man alle 10.000 Reaktorbetriebsjahre mit einem s-GAU rechnet und mit 10.000GWh/Reaktor*Jahr (EPR z.B.) und mit 500 Mrd. Euro Vesicherungssumme dann macht das vereinfacht eine Prämie von 500 Mrd. Euro auf 100 Mio. GWh, was nur 5€/MWh oder 0,5ct/kWh ausmacht.
Es gibt aber keinerlei Anzeichen dafür, dass die AKW Betreiber dieser Welt und die Regierungen dieser Welt willens wären, AKW gegen einen super-GAU über einen supranationalen Versicherungsfonds zu versichern.
Schlussendlich wird die Kernenergie massiv überschätzt. Die Befürworter nehmen gerne noch das ganze Flusswasser aufheizen und Wasser verdunsten bei der Energieerzeugung mit rein, aber nimmt man nur die wirklich genutzte Energie (überwiegend Strom), dann ist der Anteil der Kernenergie am weltweiten Endenergieverbrauch bei unter 2%. Dieser wert sinkt seit Jahrzehnten und nichts deute darauf hin, dass sich da was ändert. es gibt kein globales Kernenergieprogramm. Die Chinesen bauen ein paar Reaktoren im Inland, die Russen ein paar im Ausland, der ganze Rest ist im globalen Maßstab unbedeutender Kleinkram oder nur Gerede.
für eine wirklich bedeutenden Beitrag bräuchten wir nicht 440 Reaktoren auf der Welt sondern 10.000 große.
Das bedeute vermutlich in der Größenordnung um 1 Super-GAU pro Jahr.
Es bedeutet einen zumindest lokal durchaus signifikanten thermischen Eintrag ins Erdklimasystem von ca. 30TW.
Es bedeute auch, dass herkömmliche Uranquellen bei weitem nicht ausreichen. Die naheliegenste Alternative mit der man auch "positive Erfahrungen" sammelte wäre Plutonium brüten, was allerdings zu stark erhöhten Kosten, erheblichen Kontaminationsrisiken (Plutonium ist auch chemisch extrem giftig und bzgl. Halbwertszeit sehr langlebig) und erhöhten Profilerationsrisiken führen würde. Aus den bisherigen Erfahrungen lässt sich vermuten, dass auch das Havarierisiko eher steigen wird.
Die Kernenergie wird wahrscheinlich auch in Zukunft Teil des globalen Energiemixes sein und als raumfahrtfan bin ich auch großer Fand der Fusinsforschung und würde da viel mehr Geld rein buttern.
Energieversorgung in Deutschland würde ich aber künftig die Finger davon lassen. wenn man meint kann man ja künftig "roten" Wasserstoff im Importmix haben, aber sich das Zeug nochmal ins eigene Land stellen mit all den Kosten und Risiken?
6. Windenergie. Wenn wir uns nicht wieder von nur wenigen Energielieferanten abhängig machen wollen (bevorzugt aus Ländern die wir verachten und die uns verachten) müssen wir ca. 800TWh aus nicht Solarstrom erzeugen.
Windkraft ist recht billig, hat ausreichend Potenzial und es gibt kein grundsätzliches Ressourcenproblem. Günstig ist auch noch der saisonale Verlauf der Erzeugung, wir brauchen im Winter mehr Energie als im Sommer.
(7. Importe: Einen Teil der Energie zu importieren ist auch nicht völlig dumm. Bei den e-Fuels wird die Herstellung in Inland teurer sein als der Import. Bis vor ein paar Monaten war ich auch von blauem oder türkis-farbenen Wasserstoff aus Russland ganz angetan und war ein Vertreter derer, die Russland auch eine post-fossile Perspektive geben wollten und NS2 war dafür ein guter Plan. Wir wissen alle was daraus geworden ist. Importe von eFuels und teilweise Wasserstoff sind bei den 1000TWh Strombedarf pro Jahr schon mit eingerechnet, ansonsten wäre der Bedarf höher. eFuels und H2 natürlich nur dort wo das überhaupt Sinn macht, also ganz überwiegend nicht in PKW. EE-Strom könnte man theoretisch aus Nordafrika importieren, auch das wäre eine Handelsbeziehung. Die Desertec Idee stammt aber aus der Zeit vor dem arabischen Frühling und aus einer Zeit als Solar- und Windstrom und Batteriespeicher noch viel teurer waren als heute. Heute würde man vermutlich eher H2 importieren.
Visionär wäre ein globales Energienetz. China national grid hatte mal so eine Idee skizziert. Die ganz große Idee ist, dass entlang des Äquators immer die Sonne auf der Welt scheint. 24h am Tag, 365 Tage im Jahr und mit großen HGÜ könnte man das dann um den Globus transportieren. Aber soweit ist die Welt noch lange nicht.)
In einem weitgehnd elektrifizierten und kostenoptimierten Energiesystem (also inkl. viel Windkraft und Energieaustausch mit den Nachbarländern) beträgt der Speicherbedarf für die "Dunkelflaute" in der Simulation über 37 Wetterjahre maximal 61TWh elektrisch. (Quelle; FZ Jülich)
Methanisierter Wasserstoff mag für einige Nischentechnologien, z.B. für Flugzeuge in naher Zukunft eine gewisse Rolle spielen. Ich bezweifle, dass man ihn in großen Mengen für die Speicherung in unserem Gasnetz einspeisen wird, solange die Wandlung noch ineffizient ist. Dazu ist die Batterie-Technologie in meinen Augen bereits zu stark ausgereift. Und es wird ja auch immer mehr Elektrizität für die E-Mobilität und unsere Heizungen (Wärmepumpen) benötigt.
Sagen wir mal 80-100TWh elektrisch, optimal bekommt man's ja nie hin.
Das ist nichts, was man sinnvoll mit Batteriespeichern machen kann, das geht nur mit Gasen. das schön ist, dass wir diese Gasspecher praktisch schon haben.
Batterien sehe ich so im Bereich 100GW / 300GWh.
das ist der Tag-Nachtzyklus der PV, Reduktion von Lastgradienten, diverse Systemdienstleistungen und Netzbooster.
Das ist auch Kosten- und ressourcentechnisch aus heutiger Sicht gut abbildbar.
MfG
Windkraft ist gut für Umwelt und Klima, ein Segen für die Menschheit und unsere Tiere.
War heute wieder einmal quer durch DE unterwegs, ist schon recht abenteuerlich, was man da so an Windparks zu sehen bekommt.
Große Anlagen, mit 80% Stillstand, einer von fünf Rotoren dreht sich, mit 90° Anstellwinkel zum nicht vorhandenen Wind, dann wieder Anlagen, wo sich alle Rotoren auch gegensätzlicher Ausrichtung langsam drehen... unlängst auch Windräder mit dem trefflichen Namen "Südwind", die sich alle fleißig gedreht haben, um eine imaginäre nord-süd Strömung einzufangen... usw.
Lustig wäre das, wenn es nicht so armselig wäre.
Windkraft sollte endlich zur reinen Stromerzeugung genutzt werden und nicht das man mit den Anlagen Netzschwankungen ausgleicht.
Die bestehenden Gasspeicher sind gut für 250 TWh Methan. Ich fand es schockierend, dass davon bei Umstellung auf H2 nur 32 TWh sicher übrig bleiben.
Sagen wir mal 80-100TWh elektrisch, optimal bekommt man's ja nie hin.
https://erdgasspeicher.de/wasserstoff-speichern-soviel-ist-sicher/
Mit Biomethan und industriellen Grundstoffen wie Aluminium kann man gut über Jahre und die Welt ausgleichen. Bei einem kalten Winter kann man etwas Bio LNG oder Ammoniak importieren, und etwas aus Speichern ziehen (Erdgasspeicher, Lagerhäuser für Aluminium). Bei einem warmen Winter importiert man weniger und speichert ein.
Ich bin inzwischen extrem skeptisch gegenüber Wasserstoff als Energiespeicher, besonders, wenn weit transportiert oder lange gelagert werden soll.
Ich seh das eher positiv. 30TWh sind ja als Wasserstoffspeicher mit geringem Aufwand möglich, dazu bleiben bei den Annahmen der Studie noch 12 von 16 Porenspeichern für die Methanspeicherung übrig.
Die bestehenden Gasspeicher sind gut für 250 TWh Methan. Ich fand es schockierend, dass davon bei Umstellung auf H2 nur 32 TWh sicher übrig bleiben.
https://erdgasspeicher.de/wasserstoff-speichern-soviel-ist-sicher/
Mit Biomethan und industriellen Grundstoffen wie Aluminium kann man gut über Jahre und die Welt ausgleichen. Bei einem kalten Winter kann man etwas Bio LNG oder Ammoniak importieren, und etwas aus Speichern ziehen (Erdgasspeicher, Lagerhäuser für Aluminium). Bei einem warmen Winter importiert man weniger und speichert ein.
Ich bin inzwischen extrem skeptisch gegenüber Wasserstoff als Energiespeicher, besonders, wenn weit transportiert oder lange gelagert werden soll.
Da sind wir doch zumindest für die nächsten 15-20 Jahre schon mal auf einem super Weg. Die Menge Wasserstoff muss man erstmal erzeugen / importieren und verbrauchen.
Wenn wir 2045 in der Energiewende noch 2% Erdgas verbrauchen und den Rest zu 98% mit EE machen dann würde ich das nicht als gescheitert betrachten, sondern als sehr erfolgreich.
Und es ist ja nicht so, dass man weitere Speicher nicht bauen könnte. Bisher gabs halt keine Anreize für weitere Methanspeicher, die vorhandenen waren ja ausreichend. In Berlin z.B hat man einen Gasspecher dauerhaft stillgelegt.
Wasserstoff hat halt zwei riesen Vorteile:
1. Der Umwandlungswirkungsgrad ist am besten vonn Strom zu Gas und auch rückärts (mittels BSZ)
2. und das ist der wahre Megavortei: macht braucht keinen Kohlenstoff. Bei jedem Kohlenwasserstoff den ich verfeuere muss ich das COP2 entweder aus dem Abgasstrom zurück holen oder aus der Luft. Das ist super teuer und sehr ineffizient. man nimmt eiegntlch Kohlenwasserstoffe nur da, wo es halt einfach nicht anders geht.
(3. Es ist ungiftig und im Gegensatz zum allgemeinen Glauben ziemlich sicher. Bei einem Leck entweicht es idR unverzüglich gen Weltraum. Selbst die Explosion der Hindenburg haben die meisten Passagiere überlebt)
Die geringe volumetrische Dichte von Wasserstoff ist beim saisobalen Gasspeicher kein Thema, in der Mobilität natürlich schon und beim Transport über große Distanzen ist das verflüssigen teuer und ineffizient.
MfG
Solange Biogas und Biomasse nicht komplett abgeschrieben werden, sehe ich das mit der CO2 Gewinnung relativ entspannt. Die Biomasse kann man mit oxyfuel Verbrennung für KWK nutzen, der Sauerstoff ist fast umsonst zu haben, wenn Wasserstoff per Elektrolyse hergestellt wird.
Im Biogas sind schon 50% CO2 drin.
Klar, es bleibt ein erheblicher Wirkungsgradnachteil, aber dafür kann man halt die bestehende Infrastruktur, also Erdgasspeicher, Pipelines, Erdgasheizungen weiternutzen.
Natürlich nicht mit heutigem Durchsatz, aber wenn man mal meinen eigenen Altbau nimmt. Da habe ich eine superbillige Brauchwasserwärmepumpe und eine günstige Klimaanlage und habe damit eine Hybridheizung. Die kann halt an sehr kalten Tagen oder wenn wenig erneuerbarer Strom zur Verfügung steht auf Erdgas zurückgreifen.
Das Gleiche gilt im Stromsektor, wo man z.B. auf feste Biomasse mit KWK für große Fernwärmenetze / Industriegebiete zurückgreifen kann und Biomethan nur für Spitzenlasten bräuchte.
Die Skepsis für den Wasserstoff Transport und Lagerung ist m.E. berechtigt.
Der Energieaufwand zur Speicherung, Verflüssigung, Lagerung und zum Transport ist sehr hoch.
Dies würde im Umkehrschluß bedeuten, dass lokale Erzeugung und Lagerung forciert werden müssen.
Gleichzeiitg sind die Potentiale zur Beimischung von Wasserstoff zum Erdgas im deutschen Leitungsnetz noch nicht ausgenutzt.
Die Prozessketten zur Methanisierung von Strom über den Umweg Wasserstoff sind im Wirkungsgrad vergleichbar mit dem Aufwand zur Verflüssigung und Speicherung von Wasserstoff.
Energieaufwand zur Verflüssigung und Speicherung von Wasserstoff: 28-46% (Quelle: Wikipedia) => Wirkungsgrad ~60-65%
Wirkungsgrad Strom zu Methan ~60-65% (Quelle: RP-Energie-Lexikon) in Versuchsanlagen bereits Wirkungsgrad von 75% erreicht (Quelle: Projekt Helmeth)
Wäre es da nicht sinnvoller, das derzeit noch in Verbrennungsprozessen zu Hauf erzeugte CO2 solchen Methanisierungsanlagen zuzuführen und damit langfristig einen CO2 neutralen Kreislauf aufzubauen?
CO2 + Überschußstrom (Windkraft und PV-Energie) -> Methan -> Gaskraftwerk -> CO2 + Regelenergie und Dunkelflautenausgleich -> CO2 geht zum Anfang der Kette
Die Infrastruktur für Lagerung und Transport von Methan ist bereits ausreichend vorhanden.
Jetzt müssen nur noch die Methaniseirungsanlagen und der Transport des CO2 von der Quelle zur Methanisierungsanlage organisiert werden.
Soweit die Vorstellung einer CO2-neutralen Energienutzung unter Verwendung bestehender Anlagen und Infrastruktur.
Die Investitionen hierzu könnten aus der CO2-Umlage für Methan kommen.
Anmerkungen und Kommentare sind willkommen.
Herzliche Grüße
Solange Biogas und Biomasse nicht komplett abgeschrieben werden, sehe ich das mit der CO2 Gewinnung relativ entspannt. Die Biomasse kann man mit oxyfuel Verbrennung für KWK nutzen, der Sauerstoff ist fast umsonst zu haben, wenn Wasserstoff per Elektrolyse hergestellt wird.Das CO2 im Biogas zu methanisieren finde ich auch attraktiv.
Im Biogas sind schon 50% CO2 drin.
man muss sich dann halt überelgen, wo man das Methan am besten verwenden will. Industrieprozesse? Denkmalgeschützte Gebäude? LKW? Busse?
komprimiertes Methan ist deutlich einfacher in der Handhabung als koomprimierter Wasserstoff. Sieht man ja heute schon, wenn man Methan und Wasserstofffahrzeuge vergleicht.
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Um zum Thema zurück zu finden.
Die ganzen gase kannman hierzulane aber nur erzeugen, wenn man auch jede menge überschüssigen Strom aus EE (oder Kernenergie) hat. Überschusse aus Atomstrom wird es in Deutschland in absehbarer Zukunft nicht geben können, also brauchen wir Überschüsse aus EE-Strom.
da Solarenergie Prinzip bedingt nur rund 1000 Vollaststundne bei uns hat und Wind 3000-4500 Volllaststunden schafft und die Preise für Wasserstoffelektrolyse sehr stark von der Auslastung abhängen bleiben nuir die Optionen Windkraft oder Import.
Um Wasserstoff importieren zu können braucht es erstmal Lnder, die den erzeugen und dann auch an uns verkaufen wollen.
Im Grunde wäre das die einzig reale Chnace ohne Windkraftausbau auszukommen, der massive Import von Wasserstoff. dazu bräuchte man dann 10-20 Lieferländern die willens wären, die Infrastruktur bei sich aufzubauen.
Der Wasserstoff müsste dabei nicht unbedingt teurer sein, aber der Strom würde sich im Verglich zu Windstrom aber um den Faktor 4-5 verteuern (für diesen Anteil, dafür sind die Integratinskosten geringer). Standorte mit verfügbarer Windkraft hätten für die stromintensive Industrie einen massiven Wettbewerbsvorteil.
Das interessante ist, dass es in Deutschland ganz grob so ein Experiemnt tatsächlich gibt. Bayerns Politik hat die grobe Vision, das mit Solar und Wasserstoff und ohne eigene Windkraft zu machen, wobei amnd araus setzte, dass die Norddeutschen den Windstrom schon abgeben und der Rest deutschalnd für die 6x teuren vergrabenen leitungen dann für Bayern mitbezahlt.
Von dem was ich höre spielte das für die oder andere Ansiedlung schon eine Rolle, nicht zum Vorteil der Bayern.
MfG
Eine Option könnte ja sein, bei jedem Windpark einen Methylyseur, oder wie son Dingens zum Erzeugen von Methan heißt, zu bauen und so dafür zu sorgen, dass die Windräder nicht wegen Überfluss an Windstrom abgeregelt werden müssen, sondern eben Methan produzieren und wegspeichern.
Der Konsens ist da zur Zeit, dass die oberflächennahe Geothermie vor allem bei der Bereitstellung von Heizenergie helfen kann.
1. Geothermische Stromerzeugung funktioniert in Deutschland in nennenswertem Maßstab nicht und da gabs jetzt 25 Jahre auch keine relevanten Fortschritte
2. Biomasse ist begrenzt. Wir können ca. 100TWh Biomethan pro Jahr erzeugen, was von der Flächenausnutzung idR der effizienteste Pfad ist und trotzdem sehr signifikante Flächen braucht, weitaus mehr als Solar- und Wind zusammen. dabei ist eingerechnet, dass der "grüne" CO2 Strom im Biogas (ca. 40 vol-%) ebenfalls mittels sSbatier methanisiert wird, was heute so nicht passiert.https://www.dvgw.de/medien/dvgw/leistungen/publikationen/biomethan-verkehr-waerme-factsheet-dvgw-fachverband-biogas.pdf
Hier wird von 300 TWh gesprochen. Die Stromerzeugung aus Biogas liegt mit 40% Wirkungsgrad bei etwa 30 TWh, also wurden etwa 75 TWh Biogas verbrannt.
100 TWh Biomethan erscheint mir am sehr konservativen Ende, wenn man Methanisierung des CO2 miteinbezieht, 300 TWh ist vielleicht etwas optimistisch.
3. Wasserkraft ist begrenzt. Die ökologischen Schäden beim Neubau überwiegend bei uns den noch sehr geringen Nutzen. Modernisierung kan ein bssil was bringen, aber wir lernen ja in 2022, dass ohne Regen nicht viel läuft und das ist er erst ein Vorgeschmack auf unsere ZukunftIn Deutschland ist da wohl wirklich nicht viel drin, vielleicht ein gewisser Ausbau von Pumpspeichern, wobei die in direkter Konkurrenz zu Batterien stehen.
In vielen Ländern ist da schon einiges an Ausbau möglich, und vor allem: die bestehenden Speicherwasserkraftwerke haben enorme Speichervolumen, europaweit in der Größenordnung 250 TWh. Das ist zwar nicht "die" Lösung für die Langzeitspeicherung, aber ein wichtiger Bestandteil.
4. Photovoltaik funktioniert super uns ist quasi beliebig skalierbar. Auf der Freifläche ist sie billig genug, um sie auch im Tag-Nacht-Zyklus zu speichern oder um draus Wasserstoff zu machen. Auf dem kleinen Dach kostet sie idR das Doppelte.Viele Szenarien habe 400 GW an PV, also etwa 40% der heimischen Stromproduktion. Ich denke schon, dass das mit minimalem Abregeln geht. Die Spitzen kann man in Batterien / Elektroautos / Warmwasser packen. Man kann im Sommer norwegischen Speicherwasserkraftwerke schonen und auf den Einsatz von Biomethan in der Strom und Wärmeerzeugung fast vollständig verzichten. Man kann einiges an energieintensiver Grundstoffindustrie im Sommer mit höherer Auslastung fahren.
Das Problem ist, wieviel Prozent der vielleicht 1000tWh/a heimischer Stromproduktion will man damit sinnvoll machen. Ich sehe da eine Grenze so bei 200GW herum, schon da wird man ca. 10% wegwerfen müssen, was aber okay ist.
5. AKWÜber radioaktive Verseuchung mache ich mir weniger Sorgen. Proliferation ist so eine Sache in der Tat.
Unterschätzt finde ich das Problem des verloren gegangenen Erfahrungsschatzes. Wir haben in Europa nur den EPR und der scheint viele Probleme zu haben. Selbst in China läuft Taishan 1 nicht mehr (EPR ist nach China verkauft worden und da tatsächlich in Betrieb gegangen, während Flamanville in Frankreich immer noch nicht fertig ist).
Es ist schlecht, wenn spezialisierte Zulieferfirmen quasi Monopole haben, und jetzt ein neues Design direkt hundertfach hinstellen ist auch nicht ohne Risikos. Wenn da ein fataler Desgin flaw drin ist, dann hat man den gegebenenfalls bevor man es merkt gleich in 100 AKW, die dann alle in einem relativ kurzen Zeitraum ausfallen und ewig lange Ausfälle produzieren könnten.
6. Windenergie.Worauf Du nicht eingegangen bist ist die Abwägung onshore/offshore und bei offshore der Nutzung von deutschlandnahen Gewässern in der Nord- und Ostsee.
7. Importe: Einen Teil der Energie zu importieren ist auch nicht völlig dumm. Bei den e-Fuels wird die Herstellung in Inland teurer sein als der Import. Bis vor ein paar Monaten war ich auch von blauem oder türkis-farbenen Wasserstoff aus Russland ganz angetan und war ein Vertreter derer, die Russland auch eine post-fossile Perspektive geben wollten und NS2 war dafür ein guter Plan. Wir wissen alle was daraus geworden ist. Importe von eFuels und teilweise Wasserstoff sind bei den 1000TWh Strombedarf pro Jahr schon mit eingerechnet, ansonsten wäre der Bedarf höher. eFuels und H2 natürlich nur dort wo das überhaupt Sinn macht, also ganz überwiegend nicht in PKW. EE-Strom könnte man theoretisch aus Nordafrika importieren, auch das wäre eine Handelsbeziehung. Die Desertec Idee stammt aber aus der Zeit vor dem arabischen Frühling und aus einer Zeit als Solar- und Windstrom und Batteriespeicher noch viel teurer waren als heute. Heute würde man vermutlich eher H2 importieren.Ein gewisser Austausch mit Mena macht schon aufgrund des unterschiedlichen Klimas Sinn. Saudi Arabien z.B. hat im Winter 25 GW an Strombedarf, im Sommer 50 GW. PV variiert da viel weniger und profitiert auch noch etwas von den kühleren Temperaturen im Winter.
Ein Austasuch im Rahme von 5% des Strombedarfs, also für Europa gerechnet etwa 30 GW von 600 GW, ist jetzt aus Versorgungssicherheitsaspekten auch nicht so kritisch und 30 GW an Leitungen müssen nicht teuer sein. China stellt eine 12 GW Leitung über 3300 km für weniger als 10 Milliarden Euro in weniger als 5 Jahren hin (genaue Zahlen müsste ich nochmal nachsehen).
In Europa schwieriger, aber erstmal haben wir sowieso das Problem, dass Mena den Strom selber braucht. Es gibt eine Leitung zwischen Marokko und Spanien, da fließt der Strom aber Richtung Afrika!!!
Auch Namibia wird immer mal wieder als Wasserstoffquelle genannt. Die importieren teilweise zwei Drittel ihres Strombedarfs aus südafrikanischen Kohlekraftwerken.
Ich sehe weniger Wasserstoffimporte als Produktimporte, auch Dienstleistungsimporte. Das wird heute schon gemacht, viele Datenzentren stehen in Island. Statt Wasserstoff nach Deutschland zu karren, um hier Supercomputer zu betreiben, kann man auch über Datenleitungen die Ergebnisse der Berechnungen transportieren, hat effektiv 100% Wirkungsgrad bezüglich Transportverlusten.
Ammoniak wird für Düngemittel gebraucht. Das ist viel leichter zu transportieren als Wasserstoff. Auch Aluminium ist dermaßen energieintensiv, dass man effektiv mit 100% Wirkungsgrad Strom importieren kann.
Muss ja nicht gleich um die ganze Welt sein und Batterien komplett durch wenig ausgelastete Leitungen ersetzen. China baut auf jeden Fall fleißig HGÜ Leitungen.
Visionär wäre ein globales Energienetz. China national grid hatte mal so eine Idee skizziert. Die ganz große Idee ist, dass entlang des Äquators immer die Sonne auf der Welt scheint. 24h am Tag, 365 Tage im Jahr und mit großen HGÜ könnte man das dann um den Globus transportieren. Aber soweit ist die Welt noch lange nicht.)
Eine Option könnte ja sein, bei jedem Windpark einen Methylyseur, oder wie son Dingens zum Erzeugen von Methan heißt, zu bauen und so dafür zu sorgen, dass die Windräder nicht wegen Überfluss an Windstrom abgeregelt werden müssen, sondern eben Methan produzieren und wegspeichern.Das passt am besten, wenn der Elektrolyseur und die Methanisierungsanlage super super vernachlässigbar billig sind. Dann kann man die 95% oder auch 99% der Zeit rumstehen lassen, damit in 5% der Zeit oder gar 1% der Zeit die Windanlage nicht stehen muss, sondern laufen kann.
Im Moment sind die aber eher vergleichbar teuer, sprich Elektrolyseure und Methanisierungsanlagen sollten schon mit guter Auslastung laufen, für Spitzen braucht man etwas anderes, z.B. Heizstäbe zu 20 Euro pro kW, oder Elektroautos, die eh rum stehen und bei 40 Millionen Elektroautos reichen 5 Millionen, die mit 11 kW pro Auto laden, um mal eben etwa 55 GW an absoluter PV Überschussspitze abzugrasen, auch wenn die nur 1% der Zeit auftritt.
Heizstäbe mit großem Wärmespeicher passen besonders gut zu Windüberschüssen. Da kann man auch mal 50 Stunden hintereinander weg einspeichern, so Überschüsse fallen bei Wind fast nur im Winter an und in großen Wärmespeichern für Fernwärmenetze kann man auch gut 10 Tage überbrücken. Und effizienter als Überschussstrom zu Wasserstoff/Erdgas zu Spitzenlastkessel ist es auch noch.
Da bin ich anderer Meinung. Ich pumpe jetzt den Windüberschuss in die E-Autos. Gut, sind die schon mal voll.
Jetzt kommt die böse Dunkelflaute und der Strom ist in den Autos.
Kann ich zwar super mit rumfahren, bringt aber wenig für die Netzstabilität. Solange kein VTG existiert und eine ausreichende Anzahl an Autos dafür zur Verfügung steht,
also durch den Nutzer dafür freigegeben wurde, bringt das wenig.
Abgesehen davon, dass die Überschüsse beim Wind nicht teuer abgeregelt werden müssen.
Hallo Thorsten,
Wenn ich dich richtig verstehe, sagst du, dass wir in der Dunkelflaute mit in Autos gespeichertem Strom nicht auskommen und dann könnte man doch auch Überschussstrom zu Wasserstoff/Methan machen und in der Dunkelflaute nutzen?
Grundsätzlich ja, man muss halt gucken, dass man möglichst keine teuren Anlagen hinstellt und dann kaum nutzt.
Die Methanisierungsanlagen stell man wahrscheinlich am besten direkt neben Biogasanlagen und lässt sie mit sehr hoher Auslastung laufen. Ich vermute, dass man das CO2 am ehesten speichern kann. In der Dunkelflaute kann die Biogasanlage weiter CO2 abtrennen und liefert weiter den Methananteil des Biogases (Biogas besteht zu 50% aus CH4 und zu 50% aus CO2). Die Methanisierungsanlage lässt man mit 50% bis 80% Auslastung laufen und den Elektrolyseur mit 50%. Also das wäre so meine Vermutung, wo das Optimum sein könnte. Ich bin mir unsicher ob sich H2 Zwischenspeicherung für ein paar Stunden lohnen würde, also zwölf Stunden Sommerbetrieb des Elektrolyseurs bei 24h Betrieb der Methanisierungsanlage. Vielleicht wäre eine Batterie billiger als die doppelte Elektrolyseurleistung plus ein Zwölf Stunden Wasserstoffspeicher.
Hallo Thorsten,In Autos gespeicherter Windstrom hilft nur dem Fahrer, so lange bis VTG endlich realisiert ist. Ich verhindere damit Abregelungen aus Gründen der Netzstabilität.
Wenn ich dich richtig verstehe, sagst du, dass wir in der Dunkelflaute mit in Autos gespeichertem Strom nicht auskommen und dann könnte man doch auch Überschussstrom zu Wasserstoff/Methan machen und in der Dunkelflaute nutzen?
Grundsätzlich ja, man muss halt gucken, dass man möglichst keine teuren Anlagen hinstellt und dann kaum nutzt.
Die Methanisierungsanlagen stell man wahrscheinlich am besten direkt neben Biogasanlagen und lässt sie mit sehr hoher Auslastung laufen. Ich vermute, dass man das CO2 am ehesten speichern kann. In der Dunkelflaute kann die Biogasanlage weiter CO2 abtrennen und liefert weiter den Methananteil des Biogases (Biogas besteht zu 50% aus CH4 und zu 50% aus CO2). Die Methanisierungsanlage lässt man mit 50% bis 80% Auslastung laufen und den Elektrolyseur mit 50%. Also das wäre so meine Vermutung, wo das Optimum sein könnte. Ich bin mir unsicher ob sich H2 Zwischenspeicherung für ein paar Stunden lohnen würde, also zwölf Stunden Sommerbetrieb des Elektrolyseurs bei 24h Betrieb der Methanisierungsanlage. Vielleicht wäre eine Batterie billiger als die doppelte Elektrolyseurleistung plus ein Zwölf Stunden Wasserstoffspeicher.
Das ist natürlich immer noch besser als stehende Windräder.
Wir brauchen aber Speicherlösungen für die Netzstabilisierung und die ominöse Dunkelflaute.
Welche Zeiträume und Leistungen müssen da überbrückt werden.
Batteriespeicher sind sicher nix für die Überbrückung von mehreren Tagen und oder Leistungen im GW-Bereich. Was geht also noch?
PTG, Pumpspeicher / Schwerkraftspeicher, Thermospeicher...
Thermospeicher haben den Nachteil, dass sich die gespeicherte Energie von ganz alleine verdünnisiert.
Pumpspeicher benötigen zwei ausreichend große Wasserreservoirs und Höhe, da sind wir eher begrenzt. Eine Idee, von der ich mal gelesen habe: Wasser in alten Kohleschächten als Pumpspeicher zu nutzen, keine Ahnung, ob sich da inzwischen was getan hat oder ob das nur Gedankenspiele waren. Da könnte man auch noch "Erdwärme" nutzen.
Schwerkraft- / Schwungmassenspeicher müssten ausreichend gebaut werden.
PTG könnte vorhandene Infrastruktur, also die Gasspeicher, nutzen und in Gaskraftwerken wieder verstromt werden. Allerdings ist da der Wirkungsgrad (noch) nicht so dolle.
Da die Speicher nicht 24/7 laufen, anders als das Windrad im Idealfall, sondern halt nur gelegentlich, so wie die Gaskraftwerke, ist der Betrieb natürlich teurer.
Was ist VTG, was ist PTG?
Vehicle to grid, power to gas
Neben dem Wirkungsgrad ist ein weiterer Nachteil die hohen Kosten pro kW Einspeicherleistung, in realen Projekten noch über 1000 Euro pro kW.
PTG könnte vorhandene Infrastruktur, also die Gasspeicher, nutzen und in Gaskraftwerken wieder verstromt werden. Allerdings ist da der Wirkungsgrad (noch) nicht so dolle.
Dafür sind die Speicherkosten extremst niedrig:
https://www.hna.de/kassel/riesiger-gasspeicher-im-salzstock-wingas-investiert-hunderte-von-millionen-6949951.html
10 Cent pro kWh
Und es gibt keine Wärmeverluste wie bei thermischen Speichern.
Die Kosten für Ausspeicherleistung variieren. Man kann da auf Wirkungsgrad gehen und mit einem GuD (60% Wirkungsgrad) relativ viel ausgeben (600 Euro pro kW) oder man kauft möglichst billig und wenig haltbar (Motor/Turbine 300 Euro, bzw für sehr wenige Betriebsstunden Haltbarkeit gehen auch 50 Euro).
Dagegen haben Heizstäbe Kosten pro kW Einspeicherleistung von etwa 15 Euro.
Bei kurzen Spitzen für die Einspeicherung lohnt sich PTG nicht.
Also bei 400 GW PV kosten 400 GW Elektrolyseurleistung selbst mit Annahmen zur Kostensenkung 100 Milliarden Euro.
Setzt man nur 20 GW hin entsprechend nur 5 Milliarden Euro.
Die Produktion geht aber nicht um einen Faktor 20 runter.
Grob kannst Du bei PV 10% Auslastung rechnen. Also durchschnittliche Produktion bei 400 GW sind 40 GW.
Also auch 40 GW durchschnittliche Leistung für die Elektrolyse.
Bei 20 GW Kapazität kann man die Elektrolyse aber mit 50% Auslastung betreiben, etwa. Du hast also ein Zwanzigstel der Kosten und ein Viertel der Produktion.
Die Ausspeicherleistung ist unabhängig von der Einspeicherleistung. Man kann 20 GW GuD und 40 GW an Gasturbinen hinstellen.
Warum nicht doch 400 GW an Elektrolyse, damit nichts weggeschmissen werden muss?
1. Man muss es nicht wegschmeißen, im Sommer kann man ja Elektroautos oder Batterien mittags laden, im Winter bieten sich Heizstäbe mit großem Wärmespeicher an, die man ja dann auch innerhalb von spätestens Wochen wieder entladen kann.
2. Man kann das Kapital besser in mehr Windkraftwerke stecken. Für die bei Elektrolyse gesparten 95 Milliarden kann man grob 50 GW offshore hinstellen, die im Schnitt 25 GW produzieren.
Dazu kommt, dass es für den saisonalen Ausgleich effiziente Alternativen zur direkten Speicherung gibt.
Am wichtigsten ist da die passende Kombination von Wind (für den Winter) und PV.
Dann kann man energieintensive Produktion verschieben, also z.B. Aluminium, Ammoniak oder Elektrostahl mit 80% Auslastung fahren. Da gibt es ein sehr gutes Verhältnis zwischen Kapitalkosten und GW Leistung. Setzt man für 20 GW Durchschnittsbedarf 25 GW an Kapazität hin, muss man nur 5 GW zusätzlich kaufen, bei Aluminium zu vergleichbaren Kosten wie Elektrolyseurleistung. Aber man kann im Sommer 25 GW ziehen und im Winter 0.
Nicht nur ist das günstig, man hat auch einen effektiven Speicherwirkungsgrad von 100%.
Bei Biomasse und Speicherwasser kann man auch gut schieben. Speicherwasser bezeichnet Wasserkraftwerke mit Speichersee und natürlichem Zufluss.
Davon gibt es in Deutschland kaum welche, in Europa aber Größenordnung 250 TWh. 20% des Strombedarfs in Europa wird mit Wasserkraft gedeckt.
Hier kann man auch mit fast 100% Wirkungsgrad saisonal speichern. PV in Deutschland im Sommer wird nach Norwegen exportiert. Da wird ein Speicherwasserkraftwerk runtergefahren und Wasser eingespart und verbleibt im riesigen Speichersee. Ein paar Monate später kann man das eingesparte Wasser in Norwegen dann nutzen und Strom für Deutschland erzeugen. Bei der Speicherung an sich ist man dann bei 100% effektivem Wirkungsgrad. Die einzigen Verluste sind Leitungsverluste von etwa 5% zusammen.
Auch Leitungen kosten Geld, außerdem ist die Einspeicherleistung effektiv beschränkt, wenn man nur indirekt speichert, mehr als abschalten aller Speicherwasserturbinen geht dann nicht.
Man wird also keine 400 GW an Leitungen nach Norwegen bauen und dann die Speicherseen auch noch zu Pumpspeichern umbauen.
Da ist es besser in Deutschland in Batterien zu speichern und nur 20 GW an Leitungen zu haben, die aber mit hoher Auslastung (ähnliche Argumentation wie bei den Elektrolyseuren).
Etwa 5 GW Richtung Skandinavien stehen schon (neben Nordlink gibt es noch Leitungen nach Dänemark und Schweden).