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Nutzung erneuerbarer Energien für emissionsfreie Mobilität
mittels PEM-Elektrolyse
Dr. Markus Böhm, Siemens AG, Hydrogen Solutions
Enge-Sande 20. und 21. Mai 2016
Frei verwendbar
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Energiebedingte CO2-Emissionen weltweit
Auf dem Weg zu einer Erwärmung von 4-5 °C
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Die derzeit für COP21 eingereichten beabsichtigte Beiträge
sind unzureichend, um das 2ºC Ziel zu erreichen.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
INDC (2.5-3.5oC)
4 -5ºC
2ºC
Gt CO2eq/year
Global emissions scenarios
INDC: Intended Nationally Determined Contributions
Source: Carbon Action Tracker, IPCC AR5 Note: GDP assumption of 3.6% p.a. (avg. over all countries and time)
Gap
15 – 17 Gt = China’s
emissions
~70 Gt
~57 Gt
~40-42 Gt
Baseline
COP21 country
commitment scenario =
Remaining
carbon budget
(~1000 Gt CO2)
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Energiebedingte CO2-Emissionen in Deutschland
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Bereits heute bestehen lokale Herausforderungen bei
der Integration der Erneuerbaren Energien
~90% ~80%
~46%
~77% ~62%
~21% ~29%
~37%
~20%
~23%
~11%
~12%
~7%
Ambitionierte
Auspaupläne der EE
erfordern zusätzliche
Flexibilitäten.
Auch mit den
geplantem Netzausbau
wird Deutschland keine
„Kupferplatte“
2030 ?
Wind Ausbau
überwiegend
im Norden
Solarenergie
Ausbau
überwiegend
im Süden
Anteil der EE Erzeugung
in Regionen * * Source: AGEE-Stat, LAK, extrapolated
Abschaltungen im
Norden in 01/2015
betrugen bis zu 40%
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Gas-
Reinigung
Trocknung
Kompressor
Netzanschluss
Trafo
Gleichrichter
Elektrolyse
Wechsel-
brücke
(200 bar)
H2-Nutzungspfade
CGH2
Trailer
(z.B. 200 bar)
Gaseinspeise
Station
BHKW
Fuel Cell
Gas-Turbine
H2-Tankstelle
PKW, 700 bar
Bus, 350 bar
Trafo Wasserstoff-
Speicher
Hochdruck-
Kompressor
und Speicher
Erdgasnetz
Stromnetz
Industrie
Wohngebiet
Biogasanlage
Einspeisung
Wärmenetz
Netz-
Dienstleistungen
CO2 Bio-Methan 98%
50%
Wärme
Beispiel von unterschiedlichen Nutzungspfaden
einer Power-to-Gas Anlage
Wasserstoff
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Lagertechnik und
Sonderfahrzeuge Elektrische Leichtfahrzeuge PkWs
Busse
Strassenbahnen & Züge Schiffe Flugzeuge
Raumfahrt Raffinerien
Möglicher Einsatz von „grünem“ Wasserstoff in der
Mobilität
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• Verringerung von CO2 Emissionen im Verkehrssektor.
• Abhängigkeit von natürlichen Ressourcen wird
vermindert (Der Verkehrssektor ist heute zu 90% auf
Erdöl angewiesen).
• Steigerung der Lebensqualität durch Befreiung der
Städte von Schadstoffen, Feinstaub und Lärm
• Verbesserung der Effizienz der Netze und Förderung
des Ausbaus erneuerbarer Energien
• Innovationsschub für Deutsche Wirtschaft und
Stärkung für den internationalen Wettbewerb
Quelle: FCH JU, Bus
Commercialization Study
CO2-frei hergestellter Wasserstoff ermöglicht Nutzung
erneuerbarer Energien im Verkehrssektor
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Anwendungsbeispiel:
Bus Depot mit “Onsite”-Elektrolyse
Mittelspannungs-Anschluss
Stromversorgung Elektrolyse:
Trafo + Gleichrichter
Wasserstoff Backup-Speicher
(z.B. 500 bar)
Kompression
Trailer Abfüllung
(z.B. bis zu 500 bar)
Brennstoffzellen-Bus Tankstelle
(z.B. 350 bar)
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Netz-
Unterstation Elektrolyseur
Mitteldruck-
Kompressor
Gasreinigung
& Trocknung
Wasserstoff
Speicher
H2-Tankstelle*
20 Busse pro Tag
~20kg pro Betankung
*Weitere Annahmen: Täglicher Bedarf Wasserstoff insgesamt: 400 kg, Anlagen Abschreibung: 10 Jahre, BZ-Bus: 8 kg/100km; Diesel-Bus: 40 l/100 km; Diesel-Price:1,30 €/l
Resumé: Die Wirtschaftlichkeit ist maßgeblich von den Stromkosten abhängig.
Zusätzlich erreicht man eine emissionsfreie und lärmreduzierte Mobilität.
Anwendungsbeispiel
Wirtschaftliche Wasserstofferzeugung für Busse
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• Für die erfolgreiche Markteinführung […] ist eine rechtliche Klarstellung
der Eigenschaft von Power-to-Gas als Nicht-Letztverbraucher
zwingend notwendig. […] Aus dieser Eigenschaft als Nicht-
Letztverbraucher lässt sich eine Befreiung von der EEG-Umlage, den
Netznutzungsentgelten, der Stromsteuer, der Stromsteuer, den
Konzessionsabgaben, der §19-Umlage und Offshore-Umlage sowie
der KWK-Umlage ableiten […]
• Power-to-Gas ist […] in die bestehenden technische Regelungen für
die Erdgasinfrastruktur zu integrieren […]
• Es sind […] zeitlich und im Volumen begrenzte
Markteinführungsinstrumente zu schaffen, um einen wirtschaftlichen
Anlagebetrieb für Power-to-Gas Anlagen während der Erprobungs- und
Markteinführungsphase zu ermöglichen […]
Empfehlungen zu politischen Rahmenbedingungen
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Silyzer 200
Nennleistung 1.25 MW,
überlastfähig > 2MW
Start-up Zeit <10 s (von stand-by)
Ausgangsdruck 35 bar
Reinheit H2 99.9% (Nennbetrieb)
Systemwirklungsgrad 65 – 70 %
Abmessungen 6,3 x 3,1 x 3,0 m
Design Lebensdauer > 80.000 h
H2 Produktion 20kg/h, 225 Nm3/h
• Wasserbasierte Elektrolyse: keine Laugen
• Stack ist wartungsfrei über Lebensdauer
• Lastzyklen 0 % .. 160 % ohne relevante
Alterung
• Keine Inertgas Spülung, geringe stand-by
Leistung, kein Vorheizen
• Industrielles robustes Design
• Modular und skalierbar
Robustes Design, lange Lebensdauer und einfache
Wartung unterstützen nachhaltige Geschäftsmodelle
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• Drei Hochleistung-Elektrolysesysteme mit
Spitzenleistung von je 2 MW el. (6 MW Spitze)
• Anschluss an Windfarm mit 10 MW
• 1000 kg Speicher (33 MWh)
• Jahresproduktion Zielwert 200 t (LKW-
Abfüllanlage und Einspeisung in das lokale
Gasnetz)
Energiepark Mainz – Projektumfang und wichtigste
Daten
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. Markus Böhm
Sales Manager
PD LD HY
Process Industries and Drives
Large Drives
Hydrogen Solutions
Günther-Scharowsky-Str. 1
91058 Erlangen, Germany
E-Mail:
markus.mab.boehm@siemens.com
siemens.com/hydrogen-electrolyzer