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Power2Gas: Mathematik hilft der Energiewende

Wasserstoff aus erneuerbarer Energie soll die Energiewende retten. Dieser soll (methanisiert) in die Gasnetze eingeleitet werden, die als »nationaler Energiespeicher« reüssieren würden. Forscher haben die kommende Belastung der Gasnetze mathematisch modelliert und handhabbar gemacht.

Das Erdgasnetz in Verbindung mit Power-to-Gas-Verfahren ergibt einen flexiblen Energiespeicher Bildquelle: © yuratosno3 | Shutterstock

Das Erdgasnetz ist in Verbindung mit Power-to-Gas-Verfahren eine vielversprechende Speicheroption für die Energiewende.

Power2Gas steht derzeit hoch im Kurs, wenn es um die Frage geht, wie man volatile erneuerbare Energien für eine auf Gleichmäßigkeit der Energieversorgung angewiesene Volkswirtschaft verträglich machen kann. Bis zu 5 Prozent der in den deutschen Gasnetzen gespeicherten Menge Gas ließe sich als Wasserstoff einspeisen, der von durch erneuerbare Energien angetriebene Elektrolyseure erzeugt würde. Methanisierter Wasserstoff ließe sich sogar in unbegrenzter Menge in den Gasnetzen speichern, weil er das Metall der Rohre und Speicher nicht angreift. Das deutsche Gasnetz würde zum größten Energiespeicher der Republik.

Transport- und Netztechnik und die Marktregulierung müssen jedoch angepasst werden. Gastransporteure müssen etwa nachweisen, dass die innerhalb gegebener technischer Kapazitäten jeden regulär am Markt zustande gekommenen Vertrag erfüllen können.

Der Sonderforschungsbereich SFB/ Transregio 154 (TRR 154) wurde vor vier Jahren eingerichtet und nun für vier weitere Jahre von der DFG verlängert. Bislang wurden bereits neue Verfahren der mathematischen Simulation, Modellierung und Optimierung entwickelt. Das Projekt nutzt  dabei Kenntnisse aus unterschiedlichen Domänen der Mathematik. Die zweite Projektperiode reduziert nun Markt- und Unsicherheitsaspekte der bislang entwickelten Verfahren.

Durch die Liberalisierung der Gasnetze kann der Energieträger am Markt nahezu beliebig gehandelt werden. Anders als Strom, der nahezu in Echtzeit übertragen wird, braucht Gas aber wie eine Flüssigkeit Zeit für den Transport und unterliegt anderen physikalischen Dynamiken. Sie lassen sich nur mit fortgeschrittenen mathematischen Verfahren, wie sie im TRR 154 entwickelt werden, behandeln. Angestrebt wird, Randbedingungen bei den Marktmodellen so festzulegen, dass die Versorgungssicherheit gewährleistet ist, auch unter Berücksichtigung der Unsicherheiten und Schwankungen am Markt, zum Beispiel Nachfrageschwankungen.