Gas aus Wind und Sonne

Gemeinsam mit Greenpeace Energy betreibt das Stadtwerk Haßfurt eine Power-to-Gas-Anlage.

Ein moderner Elektrolyseur nutzt in der Gemeinde Haßfurt überschüssigen Wind und Solarstrom zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff.
Ein moderner Elektrolyseur nutzt in der Gemeinde Haßfurt überschüssigen Wind und Solarstrom zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff.

Die Städtischen Betriebe Haßfurt und der Hamburger Ökoenergieanbieter Greenpeace Energy starteten am 21. Oktober gemeinsam den Regelbetrieb eines neuartigen Powerto- Gas-Elektrolyseurs. Vorausgegangen war ein mehrwöchiger, erfolgreicher Testlauf. Die hochmoderne Anlage am Haßfurter Mainhafen wandelt überschüssigen Strom aus dem nahen Bürgerwindpark Sailershäuser Wald sowie aus weiteren Windenergieund Solaranlagen in Wasserstoff um. Pro Jahr wird der containergroße Elektrolyseur eine Million kWh des Gases ins örtliche Gasnetz einspeisen.

Die erste Power-to-Gas-Anlage, aus der Greenpeace Energy deutschlandweit 14.000 Kunden bereits seit 2014 mit Gas aus erneuerbaren Energien („pro- Windgas“) beliefert, steht im brandenburgischen Prenzlau. „Die Windgas-Technologie ist ein zentraler Baustein für das Gelingen der Energiewende“, sagt Greenpeace Energy- Vorstand Nils Müller. Mit den Haßfurter Partnern möchte man zeigen, wie sich dieses Prinzip erfolgreich in die Tat umsetzen lässt. Auch vor Ort ist man von dem Konzept überzeugt: „Der klimafreundliche Umbau unserer Energieversorgung ist nicht nur eine zentrale Aufgabe für die Bundesregierung, auch die Kommunen können dazu einen wichtigen Beitrag leisten“, sagt Norbert Zösch, Geschäftsführer der Städtischen Betriebe Haßfurt. „Wir erproben hier schon heute Elemente einer klimafreundlichen Zukunft: ein System aus Erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarkraft sowie einem leistungsstarken Speicher. Beides zusammen garantiert die nötige Versorgungssicherheit für Privathaushalte ebenso wie für die Wirtschaft.“ Insbesondere sollen die Erkenntnisse aus dem Betrieb der Anlage dazu beitragen, das Verfahren noch wirtschaftlicher zu machen und ihm so, wie Nils Müller erklärt, „im großen Stil zum Durchbruch zu verhelfen“.

High-Tech-Speicher im virtuellen Kraftwerk

In der Elektrolyseurhalle: Nils Müller, Vorstand von Greenpeace Energy, Haßfurts Bürgermeister Günther Werner und Stadtwerk-Chef Norbert Zösch (v.l.n.r.)
In der Elektrolyseurhalle: Nils Müller, Vorstand von Greenpeace Energy, Haßfurts Bürgermeister Günther Werner und Stadtwerk-Chef Norbert Zösch (v.l.n.r.)

Der in der fränkischen 14.000-Einwohner- Stadt eingesetzte 1,25-Megawatt-Elektrolyseur Silyzer 200 von Siemens repräsentiert die neueste Generation der PEM-Technologie: Er reagiert binnen Sekunden auf Steuerungssignale und kann daher nicht nur Wasserstoff produzieren, sondern auch das Netz stabilisieren. Dazu ist die Anlage in das virtuelle Kraftwerk Next Pool des Kölner Unternehmens Next Kraftwerke eingebunden. Next Kraftwerke betreibt als digitaler Versorger eines der größten virtuellen Kraftwerke in Europa. Im Next Pool sind rund 3000 dezentrale Stromerzeuger und -verbraucher über eine Plattform vernetzt und somit über das eigens entwickelte Leitsystem steuerbar.

Die Anlage fährt gemäß der lokalen Netzauslastung im Gebiet des Stadtwerks Haßfurt. Wenn die Wind- oder Sonnenstromproduktion den Verbrauch übersteigt, produziert die Power-to-Gas-Anlage mit dem überschüssigen Strom Wasserstoff. Dafür prognostiziert Next Kraftwerke sowohl die Einspeisung aus erneuerbaren Energien in der Region als auch den Gesamtstromverbrauch im Verteilnetz. Zusätzlich berücksichtigt das Leitsystem den Durchfluss des lokalen Erdgasnetzes, das den im Elektrolyseur produzierten Wasserstoff aufnimmt. Aus dieser Datenlage errechnet es den Einsatzzeitpunkt des Elektrolyseurs und schaltet diesen anschließend vollautomatisch über eine vor Ort verbaute Fernwirkeinheit („Next Box“). Das Ergebnis: Die Powerto- Gas-Anlage springt nur an, wenn erneuerbare Energien im Überfluss vorhanden sind und entlastet damit sowohl das lokale als auch das übergelagerte Verteilnetz. Die leittechnische Integration des innovativen Elektrolyseurs in das virtuelle Kraftwerk ist nach Auskunft von Next Kraftwerke innerhalb von nur zehn Wochen erfolgt.

Vernetzung der Power-to-Gas-Anlage der Windgas Haßfurt GmbH & Co. KG
Vernetzung der Power-to-Gas-Anlage der Windgas Haßfurt GmbH & Co. KG

Durch die Reaktionsschnelligkeit der Power-to- Gas-Technologie eignet sich der Elektrolyseur insbesondere auch hervorragend für die Bereitstellung von Regelenergie zur Netzfrequenzstabilisierung. Die Anlage folgt einem Signal aus dem virtuellen Kraftwerk innerhalb von Millisekunden und ist in der Lage, innerhalb von 20 Sekunden eine Last von 1,25 MW aufzunehmen. Daher kann sie für alle drei Regelenergieprodukte genutzt werden – Primärregelleistung, Sekundärreserve und Minutenreserve. Die notwendigen Tests für alle drei Produkte hat die Anlage bereits absolviert und befindet sich in der Präqualifikationsphase beim zuständigen Übertragungsnetzbetreiber TenneT. Vorbehaltlich der zu erwartenden Genehmigung entlastet die Anlage somit nicht nur das Verteilnetz, sondern auch das Übertragungsnetz durch die vollautomatische Stabilisierung der Netzfrequenz über das Leitsystem des virtuellen Kraftwerks.

Tobias Romberg, verantwortlicher Projektmanager bei Next Kraftwerke, ergänzt: „Nicht nur der Elektrolyseur besitzt als eine der ersten vergleichbaren Anlagen in Deutschland Seltenheitswert. Auch die Steuerung der Anlage durch ein virtuelles Kraftwerk nach Signalen aus dem Verteilnetzgebiet ist eine Besonderheit im deutschen Stromsystem. Da es keinen regionalen Flexibilitätsmarkt gibt, ist diese Kooperation zwischen einem Verteilnetzbetreiber, einem Grünstrom- und Windgaslieferanten und einem virtuellen Kraftwerk zur Bereitstellung von Flexibilität auf lokaler Ebene einzigartig und hoffentlich zukunftsweisend.“

1,25-Megawatt-Elektrolyseur Silyzer 200: Das Basissystem besteht aus einem Hoch- und Niederdruckkreislauf, dem Leitsystem, einem Stack mit Wasser- und Gasmanagement, Sensorik und Sicherheit. Leistungselektronik und ein SINAMICS-Gleichstromrichter sind ebenfalls integriert. Das System ist modular für unterschiedliche Anforderungen erweiterbar.
1,25-Megawatt-Elektrolyseur Silyzer 200: Das Basissystem besteht aus einem Hoch- und Niederdruckkreislauf, dem Leitsystem, einem Stack mit Wasser- und Gasmanagement, Sensorik und Sicherheit. Leistungselektronik und ein SINAMICS-Gleichstromrichter sind ebenfalls integriert. Das System ist modular für unterschiedliche Anforderungen erweiterbar.

Den neuen Elektrolyseur betreiben der Kommunalversorger und der bundesweit aktive Ökoenergieanbieter Greenpeace Energy über die gemeinsame Windgas Haßfurt GmbH & Co. KG. Greenpeace Energy übernimmt in der gemeinsamen Gesellschaft die kaufmännische Leitung, die städtischen Betriebe Haßfurt sind für den technischen Betrieb zuständig. Im Projekt testen die Partner unter anderem auch, wie hoch der Wasserstoffanteil im Gasnetz sein kann. Technische Regeln beschränken ihn bislang auf fünf Prozent. Die nahe Mälzerei Weyermann erprobt in ihrem firmeneigenen Blockheizkraftwerk nun ein Gasgemisch mit zehn Prozent Wasserstoff und erzeugt daraus Strom und Wärme.

Damit Lösungen wie in Haßfurt in der Fläche wirtschaftlich umsetzbar werden, muss auch die Bundesregierung aktiv werden, betont Nils Müller: „Die Politik hat ihre Hausaufgaben noch nicht gemacht und plant Power- to-Gas weder in ihre Energieszenarien noch im neuen EEG ein.“ Dabei zeigten Studien, dass Windgas unverzichtbar ist, um in Zukunft auch im Verkehrssektor, in der Wärmeversorgung oder in der Chemieindustrie die CO₂-Emissionen drastisch zu senken. Für den Geschäftsführer des Stadtwerks Haßfurt ist jedoch klar: „Wir werden jetzt selbst aktiv und setzen mit diesem Pilotprojekt einen Meilenstein für die Energiewende im lokalen Rahmen.“ Norbert Zösch ist davon überzeugt, dass künftig auch viele andere Städte und Gemeinden die Potenziale der Windgas-Technologie nutzen werden.

Hintergrund

Das Grundkonzept, mit Windenergie elektrolytisch erzeugten Wasserstoff als Energieträger zu nutzen, entstand bereits Mitte des 19. Jahrhunderts. Technisch umgesetzt wurde die Idee erstmals vom dänischen Windkraftpionier Poul la Cour, der im Jahr 1895 eine Windkraftanlage mit angeschlossenem Elektrolyseur in Betrieb nahm, die Knallgas zur Beleuchtung einer Schule lieferte. Derzeit befi nden sich rund 25 Anlagen bundesweit in Betrieb. Als Speichertechnologie ist Power-to-Gas heute ein erprobtes Verfahren, um Stromüberschüsse aus Windkraft- und Solaranlagen aufzunehmen und damit Netzüberlastungen zu vermeiden. Das teure Abregeln oder Abschalten der EE-Anlagen lässt sich so vermeiden.

Umgekehrt ermöglichen es die Speicher, Versorgungssicherheit auch dann zu gewährleisten, wenn die Einspeisung von Solar- oder Windenergie nicht ausreicht, um den Bedarf zu decken – und das muss gewährleistet sein, wenn unser Energiesystem künftig ohne konventionelle Erzeugung auskommen soll. Mit dem Gas, so die Berechnungen von Greenpeace Energy, lassen sich selbst in einem vollständig erneuerbaren Energiesystem längere windstille und sonnenarme Phasen von bis zu drei Monaten überbrücken. Der besondere praktische und wirtschaftliche Vorteil besteht darin, dass das vorhandene – und bereits bezahlte – Gasnetz samt seinen unterirdischen Lagern als Speicher genutzt werden kann.

Kontakt: Greenpeace Energy, Michael Friedrich, 20457 Hamburg, Tel. +49 40 808110-655, Michael.Friedrich@greenpeace-energy.de Städtische Betriebe Haßfurt GmbH, Norbert Zösch, Tel. +49 9521 9494-33, norbert.zoesch@stwhas.de

Next Kraftwerke Stand 1-412

Bilder: Greenpeace Energy