Abschlussbericht: Flexible Technologien für Strom aus erneuerbaren Energien

Power-to-X-Anlagen integrieren, um das Stromnetz zu entlasten

Ergebnisse aus drei Jahren Forschungsarbeit

Im Virtuellen Institut »Strom zu Gas und Wärme« arbeitet ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen an adaptiven Technologiemaßnahmen für das Strom-, Gas- und Wärmesystem. Die Ergebnisse aus drei Jahren Forschungsarbeit wurden jetzt veröffentlicht – inklusive Handlungsempfehlungen für Kommunen. Eine lautet: Power-to-X-Anlagen integrieren, um das Stromnetz zu entlasten.

Durch den kontinuierlich wachsenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung entstehen zunehmend temporäre und räumliche Unterschiede zwischen Erzeugung und Nachfrage von Strom. Um diese Diskrepanz möglichst effizient und kostengünstig zu beheben und gleichzeitig die nötige Versorgungssicherheit zu gewährleisten, sind flexible Maßnahmen für eine adaptive Nutzung von Strom aus volatilen erneuerbaren Energien nötig.

Power-to-X (PtX) ist eine Möglichkeit dafür. Darunter versteht man verschiedene Technologien zur Speicherung bzw. anderweitigen Nutzung von Strom. Zu solchen Maßnahmen gehört die Transformation von Strom zu unterschiedlichen Produkten wie Wärme (Power-to-Heat, PtH), Gase (Power-to-Gas, PtG), chemischen Produkten (Power-to-Chemicals, PtC) oder Kraftstoffen (Power-to-Fuel, PtF).

Energiesystem flexibler gestalten

Im Virtuellen Institut »Strom zu Gas und Wärme« arbeiten sieben Forschungsinstitutionen aus NRW im Auftrag der Landesregierung an einer Weiterentwicklung dieser Flexibilitätsmaßnahmen unter Einbeziehung des Energiemarktes, der Netzstabilität und des stetig wachsenden Gesamtsystems. Die Forschungsaktivitäten des Hauptprojekts der Jahre 2015-2017 wurden nun im Rahmen eines Abschlussberichts veröffentlicht. Die Ergebnisse zur Integration von Flexibilitätsoptionen ins Energiesystem stehen in fünf Bänden plus Management Summary als Download zur Einsicht bereit.

Handlungsempfehlungen für NRW

Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurde durch das Forschungszentrum Jülich eine Anlage zur Demonstration der Power-to-Gas-Technologie errichtet und in Betrieb genommen. Ergänzend zu der Elektrolyse und auf einer chemischen Methanerzeugung basierenden Demonstration des PtG-Verfahrens wurde bei Fraunhofer UMSICHT ein biologisches Verfahren zur Herstellung von Methan aus CO2 an einer eigens hierzu entwickelten Technikumsanlage untersucht.

Als biologische Komponente kamen dabei Bakterien zum Einsatz, die unter anaeroben Bedingungen CO2 und Wasserstoff zu Methan verarbeiten können. Der Wasserstoff wird, so wie es auch bei der chemischen Methanisierung der Fall ist, durch eine Elektrolyse bereitgestellt. Die Ergebnisse der Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Umsetzung des Verfahrens der Stofftransport zu den Mikroorganismen ein entscheidender Faktor ist, der für eine industrielle Umsetzung weiter verbessert werden muss.

Diese und weitere aus dem Projekt abgeleiteten Ergebnisse dienen als Handlungsempfehlungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie. So rät das Konsortium etwa dazu, PtX-Anlagen als Element der Netzentlastung zu integrieren und Planungs- und Genehmigungsverfahren für PtX-Anlagen zu standardisieren. Ebenso sollten Instrumente für Kommunen und Stadtwerke zu entwickeln, um lokale Akteure bei der Identifikation, Erschließung und (Weiter-)Entwicklung von geeigneten Standorten für PtX-Anlagen zu unterstützen.

»Der Zusammenschluss von sieben verschiedenen Forschungseinrichtungen aus NRW hat gezeigt, dass eine Zusammenarbeit auf dieser Basis sehr effektiv gestaltet werden kann. Die Bündelung der unterschiedlichen Kompetenzen ergibt einen deutlichen Mehrwert für die deutsche Energieforschung«, resümiert Dr. Thomas Marzi, Abteilungsleiter Ideenfabrik am Fraunhofer UMSICHT. Im geplanten Folgeprojekt wird Fraunhofer UMSICHT dann PtX-Technologien zur Herstellung von Chemikalien für die chemische Industrie weiterentwickelt werden.

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