Braunkohle- versus H2-Kraftwerk

Eine stabile Energieversorgung kann in Zukunft nur mit der Speicherung von Energie in großem Maßstab sichergestellt werden.
Könnten Kohlekraftwerke heute schon abgeschaltet werden? © Stefan Oest

Eine stabile Energieversorgung kann in Zukunft nur mit der Speicherung von Energie in großem Maßstab sichergestellt werden. Auf Grundlage des flüssigen, organischen Wasserstoffträgersystems (LOHC) sowie mithilfe von PEM-Elektrolysen und Festoxidbrennstoffzellen…

…werden am Beispiel eines Braunkohlekraftwerks die Dimensionen und vor allem die Kapazität eines Speicherkraftwerks ermittelt, das das konventionelle Kraftwerk ersetzen soll. Überträgt man dies auf alle Braunkohlekraftwerke in Deutschland, wird das Potenzial der Nutzung von Überschussstrom durch Wasserstoff ersichtlich.

Um das Fortschreiten der Energiewende zu ermöglichen, muss von Wind und Sonne produzierte Energie zukünftig über längere Zeiträume auch im Terawattstunden-Bereich gespeichert werden können. Bereits bis zum Jahr 2022, wenn auch der Atomausstieg erfolgen wird, sollen 30 Prozent der Kohlekapazität abgeschaltet werden. Es wird schon jetzt Strom über die Nachfrage hinaus produziert und momentan zu großen Teilen abgeregelt, also nicht genutzt. Dabei ist die großtechnische Speicherung von Energie in Form von Wasserstoff für den zeitlichen Ausgleich von Fluktuationen in der Stromproduktion und das Decken des Strombedarfs während einer Dunkelflaute von großer Bedeutung.

Wie könnte die Stromversorgung beim Ausstieg aus der Kohlekraft gewährleistet werden, so dass die Energiewende umgesetzt werden kann? Wie könnte mithilfe von H2 beispielsweise ein Braunkohlekraftwerk ersetzt werden? Welche Speicherkapazitäten werden benötigt?

Überschussstrom zur H2-Erzeugung

Mithilfe der Literatur lässt sich ermitteln, dass großtechnische Speicher wie Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicherkraftwerke wenig Ausbaupotenzial besitzen, so dass Energie in großem Maßstab nur mit H2 gespeichert werden kann. Vor allem Überschussstrom sollte darüber gespeichert werden. Im derzeitig wenig flexiblen Stromsystem entsteht Überschussstrom nicht nur durch die wetterabhängigen erneuerbaren Energien, sondern auch durch Must-run-Kraftwerke, welche zum großen Teil konventionell betrieben werden. Wird zu viel Strom erzeugt, werden entsprechend Solar- und Windkraftanlagen abgeschaltet, Kraftwerke herauf- bzw. heruntergefahren oder es wird Strom exportiert. Viel Energie geht von Jahr zu Jahr in steigendem Maße ungenutzt verloren, obwohl diese Energie durch Wasserstoff, der per Elektrolyse hergestellt wird, verwertet werden könnte.

weiterlesen im HZwei Oktober-Heft

Autoren:
Sabrina Schiefelbein
Prof. Klaus-Michael Ahrend, Hochschule Darmstadt, und Vorstand, HEAG
Prof. Johannes Windeln, Wilhelm Büchner Hochschule

5 Gedanken zu “Braunkohle- versus H2-Kraftwerk

  1. Hallo Rainer, danke für deinen Beitrag.
    Ich verfolge seit langem die Pro und Contra Diskussion über Wasserstoff, deren Umwandlungsverluste bei der Herstellung.. die grau, blau, grün-Diskussion.
    Leider werden die Pro- und-Contra Argumente häufig ohne Bezug oder als Einzelzahl in den Raum gestellt. Jeder nimmt die Zahl, die ihm passt.

    Du hast ein Zahlengerüst zusammengestellt, an dem ich sehr interessiert bin, denn ich glaube auch, dass man die vielen Argumente mal mit nachvollziehbaren Zahlen in Relation setzten sollte. .

    Ich habe deine Herleitung leider nicht komplett verstanden und würde mich gern direkt mit Dir austauschen. Wäre das möglich? h2@hmd-online.de

    Danke Hans-Martin

    • Hallo Hans-Martin & @all

      ich werde mich etwas später melden – bekomme morgen meine „Redox Flow Batterie“ geliefert und installiert und muß noch einige Vorbereitungen treffen. Doch womöglich hilft ja schon einmal dieser Film weiter : https://www.youtube.com/watch?v=qikrUMEsEAQ

      Wie jeder sehen kann, war das Interesse an dem Film von 2014 nicht überragend groß. Ich hatte (länger) zuvor schon mal schriftliche Arbeiten gefunden :
      https://www.researchgate.net/publication/277711008_Vom_Energiesklaven_zu_Industrie_40
      Warum Energie und deren Verwendung so extrem mit unserem Spezies verbunden ist, wurde mir dadurch erst klar. Betrachtet man Notwendigkeit und Luxus der aktuellen Verwendung von immer noch hauptsächlich fossiler Energie und mit welcher Vergeudung das einhergeht, plus die „externen“ Folgen und Kosten, wird schnell klar wo intelligente „Einschnitte“ nicht nur möglich sind, sondern längst eine Überlebensfrage sind.

      Wer das nicht wahrhaben möchte, muß jeden Zusammenhang (der ja physikalisch zweifellos existiert) leugnen. Die Anzahl der notwendigen Lügen steigt exponentiell mit dem Bemühen so eine Veränderung verhindern zu wollen. Wie bei allen Lügengebäuden muß ständig „nachgebessert“ werden. Wer allerdings erst einmal den Zusammenhang des „Zeroth Laws of Thermodynamics“ oder „nullter Hauptsatz der Thermodynamik“ verinnerlicht hat :
      Steve Keen :
      Colloqially, the Laws of Thermodynamics [also in Economics] are:
      Zeroth: „You must play the game.“ („Du musst das Spiel spielen.“)
      First: „You can’t win the game.“ („Du kannst das Spiel nicht gewinnen.“)
      Second: „You can’t break even.“ („es muss IMMER mehr in ein System investiert werden, als man dabei gewinnen kann“ Energie = Exergie + Anergie)
      Third: „You can’t quit the game.“ (es ist unmöglich sich quasi „außerhalb“ der Physik zu stellen)

      Daher ist es (nicht nur für mich) unerheblich wie „gut“ der jeweilige Umwandlungsfaktor von Energie am Ende ist. Solange wir damit überleben können, ist mir die „Kostenseite“ völlig gleichgültig. Wenn „wir“ die „fossilen Konserven“ weiter verbrennen, bleibt das nicht ohne Wirkung (selbst wenn der amerikanische Präsident und eine ganze Reihe von anderen Geistesgrößen das gerne so hätten). Um „über den Tag zu kommen“ (jeden Tag ! ) werden andere möglichst „saubere Konserven“ benötigt. Da „wir“ dafür keine Millionen Jahre brauchen dürfen, ist es absolut notwendig die Technologien wie PtG und ähnliches zu nutzen und weiterzuentwickeln SOFORT. Das dabei (wie idiotisch das so zu formulieren) „Energie verschwendet“ wird, ist Physik und unvermeidbar.

      Was man dennoch tun kann, ist herauszufinden wie viel „wir“ dabei in unsinnigen Luxus wie schlecht gedämmte Behausungen und ein irres Mobilitätssystem weiter hineinstecken wollen. Wie schon zuvor geschrieben die „produzierend genutzte Energie“ plus der „unvermeidbare Anteil an Transportenergie“ ist ja derzeit deutlich weniger, als der gesamte Primärenergiebedarf. Allein die „Umwandlungsverluste“ dieser Methode, ersetzen über die Zeit problemlos alle Umwandlungsverluste (Anergie) die z.B. bei allen PtX Vorgängen dank der „Thermodynamik Gesetze“ schlicht unvermeidbar sind. Das dabei eine ganze neue Industrie entsteht, fällt den ewig gestrigen leider nicht auf. Eine Volkswirtschaft die zu einem hohen Prozentsatz nur davon lebt, dass sie Automobile (und dem „Drumherum“) produziert hat schlicht den Schuß nicht gehört. Das wird auch nicht besser, wenn die Dinger keine Verbrenner mehr sind.

      Statt eines meist nutzlosen Stehzeugs, würde ich mir eine PV auf´s Dach schrauben (nun ja, hab ich schon) oder weil ich eben Mieter bin, mich an Unternehmen beteiligen, die das tun. Statt sich auf eine unnötige Form der Mobilität zu konzentrieren, sollte man seine Blickwickel weiten und sehen, wo echt notwendiger Transport und Verkehr auch in Zukunft von H2 und oder anderen synthetischen „Brennstoffen“ abhängt…

  2. @Kleinmaier & @all „Andere Länder (Golfregion, Nordafrika, Patagonien …) haben hierfür vermutlich die besseren Voraussetzungen (auch incl. Transportkosten)“ Sie haben dabei ein EU-Mitgliedsland vergessen. Spanien bietet was die Sonne angeht vergleichbare Verhältnisse. Die „solare Energiedichte“ ist dort nahezu doppelt so hoch wie in D (Wenn auch nicht überall in Spanien).

    Wenn es sich irgendwo „lohnt“ EE in Kombination mit „Konservierung“ der aus solarer Energie generiertem el. Strom dauerhaft und in notwendig großer Quantität zu betreiben, dann gewiss dort. H2 „weiterzuverarbeiten“ und so zum Lieferanten „transportierbarer und lagerbarer EE“ zu werden, dürfte eigentlich Grund genug sein, in Zusammenarbeit mit Spanien eine solche komplett grüne Industrie aufzubauen. Besonders, wenn das rückständige und auf weiter mit fossile D sich unfähig zeigt hier in D die realen Möglichkeiten auch nur anzugehen.

    Der menschliche Erfindungsgeist zeigt, es gibt noch weitere Varianten z.B. „Treibstoffe“ ohne den „Umweg“ über die Energieform el. Strom herzustellen.
    https://www.handelszeitung.ch/unternehmen/die-eth-zurich-macht-treibstoff-aus-luft-und-sonnenlicht

    Ich habe die letzten 11 Beiträge nebst der wenigen Kommentaren gelesen. Tendenz – man möchte „solaren Überschuß (Wind & PV)“ in H2 wandeln. Betrachtet man den „Primärenergiebedarf“ (ich habe den von 2011 vorliegen) findet man dort als Summe 3.758 TWh. Das schließt auch den reinen Strombedarf ein. Eine interessante Betrachtung hierzu hat sich Olaf Schilgen (einfach mal googeln) dazu einfallen lassen. Er „beleuchtet“ für was „wir“ (in D) eigentlich diese recht gigantische Energiemenge verbraten. Diese immerhin 13.528,8 PJ werden zu gerade mal 29,38% (1.104 TWh/a) Für „Gewerbe, Handel und Dienstleistungen“ (376 TWh/a) und für die Industrie (728 TWh/a) als „produzierend genutzte Energie“ verwandt.

    Der „kleine Rest“ von 2.654 TWh/a wurde als „nicht produzierend genutzte Energie“ – also „keine Herstellung / Produktion von Waren und Gütern“ verbraten. Das sind nach dessen Erhebungen 71% der meist teuer eingekauften „Restbeständen“ von fossiler Energie. Diese Nutzung treibt „ganz nebenbei“ (wir sind ja keineswegs alleine mit diesem Raubau) die Welt des Homo sapiens in Richtung einer sehr interessanten Form der Selbstvernichtung.

    Allein die sog. „Umwandlungsverluste“ betragen 914 TWh (24,32%). Der „Energiesektor“ hat nochmal 139 TWh (3,70%) für den Eigenbedarf verbrannt. Der sog „nichtenergetische Bedarf“ (was immer das sein mag) verschlang weitere 278 TWh (7,40%)

    In sämtlichen Haushalten wurden davon 609 TWh (16,21%) „umgesetzt“

    Der Sektor Verkehr hat mit 714 TWh (19%) zumindest teilweise sinnlos verprasst. Beinahe genausoviel wie die gesamte Industrie (728 TWh (19,37%) zu Produktionszwecken tatsächlich nutzt.

    Angesichts solcher Zahlen, sind die Überlegungen welchen Gesamtwirkungsgrad über EE erreichbar sind und wie viel Energie man jährlich tatsächlich und ohne wirkliche Einbusen benötigt geradezu lächerlich. „Wir“ lassen uns den Luxus Energie jährlich ca. 95 Milliarden €uro kosten und verschwenden durch „dumme Technologie“ davon gleich mal mehr als ein Viertel. Wie dumm und unfähig muss Homo sapiens tatsächlich sein, wenn das Jahr für Jahr mit steigender Tendenz seit ca. 200 Jahren alles ist was „wir“ so hinbekommen…

  3. Zitat:
    „Es wird schon jetzt Strom über die Nachfrage hinaus produziert …“
    Ja, bisher lohnte es sich, alte, abgeschriebene BKKW durchlaufen zu lassen. Das wird sich allerdings bald ändern, wenn CO2 bepreist wird. Das ist auch „Dreckstrom“, der nicht für „grünen Wasserstoff “ geeignet ist …

    Zitat:
    „… und momentan zu großen Teilen abgeregelt, also nicht genutzt.“
    „Zu großen Teilen“ ist schon mal eine interessante Formulierung und sollte man dabei die EE-Stromerzeugung meinen, sogar heute schon falsch und morgen erst Recht!

    Kein Elektrolyseur kann mit ein paar Betriebsstunden „EE-Überschussstrom“ betrieben werden! Es benötigt den massiven Ausbau unserer EE-Nutzung, um überhaupt Kapazitäten für „grünen Wasserstoff“ zu schaffen! Derzeit stehen wir bei gut 40% EE-Stromanteil!
    Aber diese Forderungen zum Ausbau der EE-Stromerzeugung lese ich in den H2-Beiträgen leider nicht heraus.

  4. Wie in dem Beitrag richtigerweise angemerkt wird, macht eine Wasserstofferzeugung nur Sinn, wenn sie mit „Überschussstrom“ erzeugt wird. Diesen wird es aber in Deutschland in absehbarer Zukunft kaum geben, zumindest nicht in den Mengen, die einen wirtschaftlichen Betrieb eines Elektrolyseurs (mehr als 4000 Volllaststunden?) wahrscheinlich werden lassen. Daher sollte man mit dem Begriff „in Zukunft …“ sehr vorsichtig umgehen, da daraus nicht ersichtlich wird, ob das schon morgen der Fall sein wird oder erst im Jahr 2050. Vermutlich eher letzteres!
    Wenn Wasserstoff benötigt wird, dann wird es in den nächsten Jahren umweltfreundlicher und wirtschaftlicher sein, diesen mit Dampfreformierung aus Erdgas zu erzeugen, als einen Elektrolyseur mit „Graustrom“ (um auf die erforderlichen Volllaststunden zu kommen) zu betreiben.
    Langfristig werden wir den benötigten Wasserstoff auch mit „grünem“ Strom erzeugen und speichern. Wieviel davon dann allerdings in Deutschland produziert werden kann, ist noch in Diskussion. Andere Länder (Golfregion, Nordafrika, Patagonien …) haben hierfür vermutlich die besseren Voraussetzungen (auch incl. Transportkosten).

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