Evaluation der Wirtschaftlichkeit von „Power-to-Gas“ NutzungsformenHinnerk Denker

9. Dezember 2015

PtG kann eine Schlüsseltechnologie des neuen Energiesystems und damit als einer der Wegbereiter für eine erfolgreiche Energiewende sein. PtG speichert die voraussichtlich zunehmende erneuerbare und überschüssige Energie und aktiviert diese im Bedarfsfall durch Rückverstromung. Einerseits kann mittels einer Elektrolyse der über den Bedarf hinausgehende Strom genutzt werden, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Der gewonnene Wasserstoff wird in Form von Gas ins Gasnetz geleitet und kann auf diese Weise langfristig gespeichert und transportiert werden. Andererseits kann anhand von Gasturbinen, Automobilmotoren oder Brennstoffzellen eine Rückverstromung erfolgen.
Vorzüge sind dabei die bereits vorhandene und fortschrittliche Erdgasinfrastruktur (Netze, Speicher) in Deutschland, die ein theoretisches Speicherpotential von 400 TWh chemischer Energie in Form von Methan aufweist und eine wichtige Voraussetzung für PtG bildet. Darüber hinaus verfügt die PtG Technologie über die Besonderheit unterschiedliche Energiesysteme verknüpfen zu können. PtG verbindet die Stromerzeugung und das Elektrizitätsnetz mit der Gasbereitstellung und Gasnetzinfrastruktur. Diese Vernetzung von Primär- und Sekundärenergien bietet grundlegend neue Möglichkeiten für eine moderne und revolutionäre Energieversorgung.
Obwohl bereits einige Unternehmen an der Entwicklung eigener PtG-Anlagen arbeiten, haben diese einhergehend mit hohen Forschungsaufwänden und Kosten im Vergleich zu Pumpspeicherkraftwerken (Anteil von 99% der Stromspeicher weltweit) noch Pilotcharakter. Der Durchbruch dieser vielversprechenden Technologie kann nur dann gelingen, wenn diese die gleichen Nutzungsqualitäten ebenso kostengünstig bereitstellt wie der konkurrierende Energieträger Erdgas oder ihre ökologischen Qualitäten einen Preisbonus beinhalten.
Anhand dieser Masterarbeit soll überprüft werden, ob Nutzungsformen von PtG wirtschaftlich betrieben werden können. Die folgenden beiden Szenarien, die unterschiedliche Ansätze verfolgen, sind Gegenstand der vorliegenden Untersuchung und dienen der Bewertung:
Im ersten Szenario wird die finanzielle Situation aus Sicht eines Speicherbetreibers, der den energiehandelsoptimierten Betrieb zur Ermittlung der minimalen Gasgestehungskosten von Wasserstoff bzw. Methan aufzeigen soll, dargestellt. Die Berechnungen beruhen auf einem Modell, das mit dem Programm MATLAB entwickelt wurde und sollen als Grundlage für einen Vergleich mit dem konkurrierenden Energieträger Erdgas dienen. Das zweite Szenario befasst sich zunächst mit der Ermittlung der Gasgestehungskosten aus Windenergie (sog. Windgas) und dem ökologischen Vorteil gegenüber Erdgas. Für die Untersuchung der ökologischen Effizienz wurden die CO2-Vermeidungskosten als Bewertungsinstrument verwendet. Im Gegensatz zum ersten Szenario, bei der die betriebswirtschaftliche Sicht im Vordergrund steht, wird beim zweiten Szenario eine gesamtwirtschaftliche Sicht angenommen, um externe Kosten einzuschließen.
Ein wirtschaftlicher Betrieb von PtG-Anlagen könnte eines der größten Probleme der Energiewende lösen – die schwere Steuerbarkeit Erneuerbarer Energien und die damit verbundene nicht grundlastfähige Stromquelle.