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Power2Gas: Windstrom zum Speichern umwandeln

55 Milliarden kWh speisten Deutschlands Windkraftanlagen 2028 ins Stromnetz ein, 7 Milliarden mehr als im Vorjahr. Im »Energiepark Mainz« ist die weltgrößte Power2Gas-Forschungsanlage im industriellen Maßstab, die Windstrom »speicherfähig« macht, in den Regelbetrieb übergegangen.

PEM-Anlage Bildquelle: © Siemens, Erich Malter

Im Energiepark Mainz kommen erstmals PEM-Elektrolyseure im Megawattbereich zum Einsatz. Dieses Verfahren kann sich gut an Stromschwankungen anpassen.

Auf der Basis der Polymerelektrolytmembranen-Technologie (PEM) wird im Energiepark Mainz die Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung  mit einer Lastspitze von bis zu 2 MW mit regenerativem Windstrom realisiert. Die kurzzeitige Maximalleistung der aus drei Elektrolyseuren mit je 2 MW Leistung bestehenden Anlage beträgt 6 MW, im Dauerbetrieb 3,9 MW. Bei Projektbeginn lag die Leistung von PEM-Elektrolyseuren noch bei 100 kW.

Die Membranelektrolyse ist wartungsarm, kann schnell auf Schwankungen im Stromnetz reagieren und erzeugt sehr reinen Wasserstoff. In Mainz wird das Gas anschließend mit ionischen Verdichtern komprimiert, gespeichert und ins Erdgasnetz eingespeist oder an Wasserstoff-Tankstellen und Industriebetriebe abgegeben.  

Nach Abschluss der Forschungsphase befindet sich die Anlage jetzt im Regelbetrieb. Wasserstoff kann bis zu einem Anteil von 10 % dem Erdgas beigemischt werden, direkt in industrielle Produktionsprozesse eingehen, oder anderweitig gespeichert werden. In höheren Konzentrationen wirkt Wasserstoff korrosiv auf die Stähle der Erdgasleitungen und müsste vor einer Einspeisung noch methanisiert werden.

Die Elektrolyse-Anlage erzeugt bis zu 1.000 Nm³ Wasserstoff in der Stunde, der ins Erdgasnetz für den Stadtteil Mainz-Ebersheim eingespeist wird. Der Energiepark hat die Forschungsphase 2017 abgeschlossen und befindet sich im kommerziellen Regelbetrieb.

Für kommerzielle Projekte könnten künftige PEM-Elektrolyseure kompakter gewählt werden, als die Mainzer Anlage, wodurch sich die Anlagen leicht auf die jeweiligen Anforderungsprofile an Pufferung und Produktionsmengen anpassen ließen. Außerdem ließen sich durch die Verwendung kommerzieller Komponenten die Investitionskosten senken.

Die Gasverdichtung mit integrierter Trocknung  hat sich in Mainz bewährt. Für Anlagen, die ausschließlich ins Gasnetz einspeisen, reicht die Kondensation und Feuchteabscheidung bei 5 °C aus, sodass auf Adsorptionstrockner verzichtet werden kann. Der Aufwand  hierfür ist jedoch nicht zu vernachlässigen. Für  Anlagen, die teilweise oder ausschließlich hochreinen Wasserstoff (z. B. für Trailerabfüllung oder Tankstellen) liefern sollen, ist eine herkömmliche Adsorptionstrockunung in der Regel ökonomisch vorteilhaft.

Die Projektteilnehmer sind überzeugt, dass sich eine Power2Gas-Anlage wirtschaftlich betreiben lässt. Für einen schnelleren Markteintritt wäre allerdings eine gesetzliche Unterstützung für die systemdienlichen Funktionen der Anlage und des Speichers und ein Verzicht auf Letztverbraucherabgaben sowie die Anrechnung des Wasserstoffs auf die Treibhausgasquote dienlich. Detaillierter Informationen finden sich im Projektinfo des BINE-Informationsdienstes.