Im chemischen Labor des DBI Leipzig
Erneuerbare Energien für die kommunale Versorgung

01. Januar 2019

PtG-Potenzial in Verteilnetzen

Potenzialstudie von Power-to-Gas-Anlagen in deutschen Verteilungsnetzen (G 201617).
Erneuerbare Energien; © istock.com/Kamisoka
Forschungsprojekt
Projektbeschreibung

Projektlaufzeit: 08.2016 - 01.2019

Projektstatus: abgeschlossen

Förderkennzeichen: G 201617

Diese Power-to-Gas-Potenzialstudie wurde vor dem Hintergrund heutiger und zukünftiger Entwicklungen in Strom- und Gasverteilungsnetzen durchgeführt, in denen sich der Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen als sinnvoll erweisen kann. Der Fokus der Untersuchungen liegt in Netzen der Mittel- und Niederspannungs- bzw. Mittel- und Niederdruckebene. Dabei wurde das technische und wirtschaftliche Potenzial von Power-to-Gas-Anlagen als Kopplungselemente in Verteilungsnetzen betrachtet.

Ziele und Methodik
Methodik zur Ermittlung des PtG-Potenzials in Verteilnetzen
Methodik PtG-Potenzialstudie © DVGW

Ziel der Studie war es, das heutige und zukünftige Potenzial zur Installation und zum Betrieb von Power-to-Gas-Anlagen (PtGA) in deutschen Strom- und Gas-Verteilungsnetzen abzuschätzen. Die dafür untersuchten Potenzialbereiche sind erstens das technisch mögliche Aufnahmepotenzial der Gasnetze, zweitens das monetäre Erlöspotenzial durch die Teilnahme von Power-to-Gas-Anlagen am Spotmark und drittens das Einsparpotenzial hinsichtlich der Netzausbaukosten des Stromnetzes.


Dafür wurden typische Versorgungsaufgaben der Strom- und Gasnetze von über 11.000 Gemeinden bestimmt sowie deren charakteristische Strukturen identifiziert. Mithilfe dieser Daten wurden neun repräsentative exemplarische Netzgebiete ausgewählt und deren netzdienliche Power-to-Gas-Potenziale in einer gekoppelten Zielnetzplanung der Strom- und Gasnetze bestimmt. Die de-taillierten Ergebnisse dieser realen Netzstruktur wurden anschließend für Deutschland verallge-meinert.

 

Forschungsergebnisse

Im Rahmen der Studie wurde das Nutzungspotenzial der Energiewendetechnologie Power-to-Gas in deutschen Verteilnetzen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass in bestimmten Netzstrukturen Power-to-Gas-Anlagen auch in den Verteilnetzen in Deutschland technisch sinnvoll sein können und ein wirtschaftliches Potenzial bergen. Die so erzeugten, klimaneutralen Gase können unter geeigneten Randbedingungen netzplanerische Vorteil bieten und monetäre Erlöse generieren.

1. Einspeisepotenzial von Wasserstoff und Methan in Gasverteilnetze

Im gesamten Bundesgebiet ist ein technisches Potenzial zur Einspeisung von erneuerbaren Gasen aus Power-to-Gas-Prozessen ins Verteilnetz vorhanden. Unter Anwendung von Methanisierungs-anlagen ab 500 kW elektrischer Leistung ergibt sich eine potenzielle Gesamtleistung von bis zu 39 GW. Diese ist in Abhängigkeit vom Gasbedarf regional verteilt. Mittlere und große Anlagen sind insbesondere in urbanen bzw. industriellen Gemeinden möglich, die im Gasnetz eine hohe Last aufweisen. In ländlichen Regionen ist das Potenzial entsprechend geringer.

2. Monetäre Erlöspotenziale für synthetische Gase

In den meisten Netzstrukturen existieren monetäre Erlösmöglichkeiten durch den Absatz von erneuerbaren Gasen durch eine Vermarktung der Power-to-Gas-Anlage am Strom-Spotmarkt. In Ballungsgebieten sind diese aufgrund des höheren Gasabsatzes weitaus höher als in ländlichen Regionen. Durch Einspeisung von synthetischem Methan könnten im Jahr 2030 Erlöse in Höhe von rund 1.280 Mio. Euro erwirtschaftet werden. Unter den angenommenen Bedingungen der Studie, also bei einer Beimischung von bis zu maximal 15 Vol.-% ins Verteilnetz und der minimalen untertägigen Leistung in den Sommermonaten als Begrenzung für das technische Einspeisepotenzial, erreichen die Erlöse für Wasserstoff 118 Mio. Euro pro Jahr. Bei einer weiteren, signifikanten Erhö-hung der Wasserstoffanteile steigt allerdings auch das technische und wirtschaftliche Potenzial dieser Anlagen.

3. Senkungspotenziale von Stromnetzausbaukosten

Der Aufbau von Power-to-Gas-Kapazitäten kann stromseitige Ausbaukosten auf der Mittelspannungsebene reduzieren. Einsparungsmöglichkeiten gibt es vor allem dort, wo die Einspeisung erneuerbarer Energien mit dem Gasabsatz korreliert und ein hoher Bedarf an Stromnetzausbau besteht. Dies betrifft knapp die Hälfte der über 11.000 in der Studie berücksichtigten Gemeinden.  Einsparungen können sowohl über den Schritt der Methanisierung erreicht werden als auch durch die Einspeisung von Wasserstoff. Je höher die Wasserstoff-Volumenanteile im Netz sind, desto höher sind die Einsparpotenziale. Ist die Beimischung, so wie in der Studie angenommen, auf 15 Vol.-% Wasserstoff begrenzt, wäre eine Senkung der Kosten zur Sektorenkopplung mittels Power-to-Gas zumindest in Großstädten möglich. Die Fähigkeit der Gasinfrastruktur, Wasserstoff zu großen Anteilen aufzunehmen, zeigt sich damit als wichtiger Kostensenkungsfaktor eines zukunftsfähigen Energiesystems.

Ansprechpartner
Bei Fragen zum Forschungsprojekt wenden Sie sich bitte an folgenden Ansprechpartner
Barbara Fricke
Hauptgeschäftsstelle / Technologie und Innovationsmanagement

Telefon+49 228 91 88-625
Forschung zum Thema Erneuerbare Gase