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Wenn grüner Strom als Erdgas im Keller gespeichert wird

Power-to-Gas-Technologie in Augsburger Wohnanlage

Eine der zentralen Herausforderungen der Energiewende ist es, regenerativ erzeugten Strom zu speichern. So lassen sich mit Wind- und Sonnenenergie gewaltige Mengen an Strom produzieren, der aber großen Schwankungen ausgesetzt ist. Eine Lösung, um die unberechenbaren Stromerzeugungswege besser steuern zu können, ist die Speicherung vor Ort in synthetisch erzeugtem Erdgas. Die erste Power-to-Gas-Anlage in einer bestehenden Wohnanlage wird in Augsburg entstehen.

Zusammen mit der Wohnbaugruppe Augsburg (WBG) planen die Stadtwerke Augsburg (swa) ein Pilotprojekt, in dem überschüssiger Strom in Erdgas umgewandelt und gespeichert wird. Erstmals bauen die Stadtwerke eine dezentrale Power-to-Gas–Anlage in eine seit 1974 bestehende Wohnanlage ein. Das Gebäude wurde von der Wohnbaugruppe bis auf die Erzeugungsanlage umfassend saniert. Der sanierungsbedürftige Ölkessel zur Wärme- und Warmwasserbereitung wird durch eine Power-to-Gas-Anlage ersetzt. Durch den Einbau der Anlage wird ein Großteil des Energiebedarfs des Gebäudes im Gebäude erzeugt und in Form von Erdgas gespeichert.

Das gesamte Konzept besteht aus einer 150 kWp Photovoltaikanlage, zwei Brennwert-Wärmeerzeugern, einem BHKW, einer Wärmepumpe, Batteriespeicher sowie Speicher für Kohlendioxid (CO2), Erdgas und Sauerstoff. Der Vorteil gegenüber zentralen P2G-Anlagen liegt darin, dass zu der Erzeugung von synthetischem Erdgas die Abwärme aus den Prozessen in den Wärmkreislauf eingespeichert wird.

Noch dazu kann dadurch eine Herausforderung der Energiewende gemeistert werden: überschüssiger, regenerativ erzeugter Strom wird in synthetisches Erdgas umgewandelt und kann damit gleich direkt vor Ort gespeichert werden. Die Verbrennung geschieht in einem Blockheizkraftwerk und Brennwert-Thermen, die in den Keller des Wohnblocks eingebaut sind.

„Die innovative Smart-Energy-Technologie (SET) der Firma Exytron reduziert den Ausstoß von CO2, Stickstoffoxid und Feinstaub um bis zu 100 Prozent. Sie ist daher ein enormer Gewinn für den Klimaschutz“, so Stadtwerke-Geschäftsführer Alfred Müllner. Augsburgs Oberbürgermeister Dr. Kurt Gribl freut sich, „dass dieses Projekt als Kooperation von zwei städtischen Unternehmen umgesetzt wird.“

Ab Mai 2018 wird in einem zunächst (nach KfW 100) sanierten Wohnblock mit knapp 5.400 Quadratmetern Wohnfläche der Wohnbaugesellschaft Augsburg auf dem Dach zusätzlich eine Photovoltaikanlage installiert. Diese soll bevorzugt den erzeugten Strom natürlich für die Mieter zur Verfügung stellen. Was übrig bleibt, wird zusätzlich dazu genutzt, in einer Elektrolyseanlage Wasserstoff zu erzeugen. Der Wasserstoff wird mit Kohlendioxid dann zu synthetischem, regenerativem Erdgas umgewandelt und kann so problemlos gespeichert werden. Mit dem so gewonnenen Erdgas kann bei Bedarf mit einem Blockheizkraftwerk und Brennwert-Thermen Wärme und Strom für die Mieter erzeugt werden.

„Bei dem System handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf“, erklärt der Projektleiter von den Stadtwerken Augsburg, Karl-Heinz Viets. „Die Abwärme aus der Elektrolyse und Methanisierung wird ebenfalls als Wärme für das Haus genutzt und das freiwerdende CO2 aus der Verbrennung im Blockheizkraftwerk und den Brennwertthemen wird in einem CO2-Speicher gesammelt und für die Produktion von synthetischem Erdgas aus dem in der Elektrolyse gewonnenen Wasserstoffs eingesetzt. Zudem entstehen bei der Verbrennung von regenerativem Erdgas kein Stickoxid und keine Feinstäube“. Das Besondere ist, dass der Strom aus der Photovoltaikanlage aber auch der überschüssige Strom aus dem Stromnetz sich kurzfristig und saisonal mit der Power-to-Gas-Anlage speichern lässt, „und weil jegliche Wärme, die bei dem Prozess erzeugt wird, im Gebäude genutzt werden kann, ergibt sich ein Nutzungsgrad von rund 87 Prozent.“

Die Stadtwerke betreiben die Anlage über einen Contracting-Vertrag mit der Wohnbaugruppe. Darin ist gewährleistet, dass die Mieter keine Kosten aus der Anlage zu tragen haben. Hierzu wurde eine Kostenneutralitätsberechnung für die Wohnbaugruppe erstellt. Bei der Berechnung der Kostenneutralität werden die Kilowattstundenkosten der Altanlage der Neuanlage gegenübergestellt. Durch die Generalsanierung der Wohnbaugruppe und die neue effiziente Wärmeerzeugung reduziert sich die Wärmemenge um mehr als die Hälfte. Daraus ergibt sich, dass sich auch die jährlichen Wärmekosten der Wohnanlage halbieren. Bei der Umstellung von klassischer Öllieferung auf Wärmelieferung durch die Stadtwerke wird bei der Kostenneutralität nicht betrachtet, dass der Verbrauch durch die effizientere Anlage und den Anlagenbetrieb weniger wird. Lediglich die Mieterhöhung nach der Sanierung wird an die Mieter weitergegen.

Die Klimaschutz-Lösung besonders für Altbauten

Entwickelt hat dieses Konzept das Rostocker Unternehmen EXYTRON. Der CO2-Fußabdruck des alten, sanierten Gebäudeblocks kann deutlich auf das vergleichbare Niveau eines im Bereich der Bestandsbauten bisher noch nicht erreichten Passivhaus Plus Standards absenkt werden. Besonders bei Altbauten war es bisher ein Problem, die Klimaschutz-Vorgaben einhalten zu können, dafür soll Power-to-Gas nun eine Lösung sein. Somit kann ein Klimaschutz-Standard, der erst für das Jahr 2050 vorgesehen ist, bereits heute für ältere Bestandsbauten umgesetzt werden.

„Das absolute Highlight für mich ist, dass sich die Anlage ohne großen Aufwand in bestehende Gebäude einbauen lässt“, betont Dr. Mark Dominik Hoppe von der Wohnbaugruppe Augsburg. Wenn der Selbstversorgerzyklus unterbrochen sein sollte, sorgen Strom und Gasanschluss dafür, dass trotzdem Energie und Wärme verfügbar sind. „Das attraktivste für unsere Mieter ist aber, dass trotz umweltfreundlicher Versorgung der Energiepreis stabil bleibt“, so Hoppe.

Initiiert wurde das gesamte Pilotprojekt der swa mit der Wohnbaugruppe Augsburg von der Projektentwicklungsgesellschaft „energy forever“. Im Frühjahr startet es und wird im Sommer 2018 in Betrieb genommen. Nach einer Auswertung sollen dann eventuell weitere Gebäude mit der neuen Technik ausgestattet werden.

Das Konzept im Überblick:

  • Eine neue 150 kWp PV Anlage auf dem Dächern der Wohnsiedlung liefert emissionsfreien Strom direkt an die Bewohner.
  • Überschüssiger Strom aus der PV-Anlage und günstiger Ökostrom aus dem Stromnetz wird mittels eines Elektrolyseurs zu regenerativen Erdgas umgewandelt und gespeichert.
  • Die bei der Elektrolyse anfallende Wärme wird zur Versorgung der Gebäude genutzt.
  • Ein BHKW nutzt das regenerative Erdgas zur Erzeugung von regenerativen Wärme und Strom, wenn die PV Anlage keinen Strom liefert.
  • Das aus der Verbrennung im BHKW entstehende CO2 wird aufgefangen und im Kreislauf als Wertstoff zur weiteren Produktion von regenerativem Erdgas verwendet.
  • Wärmespitzen im Winter werden durch emissionsarmes konventionelles Erdgas gedeckt.

Daraus resultieren folgende Vorteile:

  • Emissionen von CO2 und NOx um bis zu 100 % verringert.
  • Keine Feinstaubbelastung.
  • Kosten für klassische energetische Sanierung können reduziert werden.
  • Erreichen des Klimaschutzstandards von 2030 bzw. 2050 bereits heute.
  • Zudem werden die Stromnetze entlastet, da der Strom aus PV-Anlagen nicht eingespeist, sondern direkt genutzt und dezentral gespeichert wird.

 

Bilder: swa / Thomas Hosemann
Grafik: vmm Wirtschaftsverlag, Exytron

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