Bestimmen sie den Wirkungsgrad der gesamten Power-to-X Umwandlungskette.
Treffen sie geeignete Annahmen für die Wirkungsgrade der einzelnen Umwandlungsschritte. Stellen sie die Kette in einem Sankey-Diagramm dar:
a) Power-to-Hydrogen-to-Power
Power-to-H2-to-Power
Strom —> Wasserstoff—> Transport, Speicherung, Verteilung —> Nutzung
Strom = 100%
Elektrolyse = 70-80% (abh. Elektrolyse)
Speicherung und Transport = 90% (abh. Von Speichermethode)
Brennstoffzelle (Power-to-Power) = 50-60%
a) Power-to-Methane-to-Power
Power-to-Methane-to-Power
Methanisierung (Hydrogen-to-Methane) = 70-80%
Speicherung, Transport Methan = 90%
Methanverbrennung = 40-50%
- Power-to-Ammonia-to-Power
Power-to-Ammonia-to-Power
Ammoniaksynthese = 50-60%
Speicherung und Transport Ammoniak = 90%
Ammoniakverbrennung = 40-50%
Erläutern Sie den Unterschied zwischen direkter und indirekter Sektorenkopplung. Bewerten Sie die Vor- und Nachteile der beiden Varianten.
Direkt:
Strom wird direkt in einem Sektor genutzt (traditionell in nicht-Strom-Sektoren)
Vorteile
Nachteile
Effizienz (geringe Verluste, keine Umwandlungsschritte)
Sektorspezifisch, nicht in allen anwendbar
Schnelligkeit: schnelle Reaktion auf Angebot und Nachfrge
Infrastruktur: muss angepasst oder neu entwickelt werden, um direkte Kopplung zu ermöglichen
Einfachheit: einfache, bewährte Technologien, ohne komplexe zusätzliche Umwandlungsschritte
Indirekt:
- mit Umwandlungsschritten von Energie in einen anderen Träger, der dann in anderem Sektor genutzt wird
- indirekte Nutzung des Stroms durch Umwandlung in Bindungsenergie mit z.B. Elektrolyse
- Nutzung des Wasserstoffs in verschiedenen Anwendungsbereichen Und/oder Umwandlung in weitere Produkte (Power-to-Gas)
Vielseitigkeit: ermöglicht Nutzung EE in Sektoren, die nicht direkt elektrifiziert werden können (Industrie, Schwerlastverkehr)
Energieverluste durch Umwandlungsschritte
Speicherung: in Zeiten mit niedriger erneuerbarer Stromproduktion
Komplexität: erfordert zusätzliche Technologien, Infrastrukturen
etablierte Prozesse können beibehalten werden (Gasheizung, Hochöfen)
Investitionsbedarf
In welchen Anwendungsgebieten gibt es kaum Alternativen für den Einsatz von Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten?
—> ermöglicht Kopplung von Sektoren, wo keine Elektrifizierung möglich bzw. nicht wirtschaftlich
Energiespeicherung
Chemische Industrie —> Ammoniakproduktion (energieintensiv, H2 als Rohstoff)
Industrielle Prozesse —> sehr hohe Temperaturen erforderlich
Luft- und Raumfahrt —> Ersatz von konventionellen Treibstoffen
Schiffsverkehr, Schwerlastverkehr —> Batterieelektrifizierung nicht praktikabel, H2 als Kraftstoff
Erläutern Sie den Grundgedanken von Effizienz als Leitprinzip des Energiesystemdesigns. Aus welchen Gründen ist eine möglichst hohe Energiesystemeffizienz sinnvoll?
So wenig Umwandlungsschritte wie möglich
1. Strom direkt nutzen
2. H2 direkt Nutzen
3. Folgeprodukte aus H2 herstellen und nutzen
—> jede Energieumwandlung ist verlustbehaftet
—> je effizienter der Gesamtprozess, desto weniger Inputenergie wird benötigt
—> Effizienz senkt Produktionskosten
Was sind die 4 gängisten Wasserstoff-Farben und wie klassifizieren sie sich?
Welche Vor- und Nachteile bestehen bei dem Pfad Power-to-Hydrogen?
Vorteile:
Höhere Wirkungsgrade im Vergleich zu Power-to-Methane, z.B. bei der Langzeitspeicherung oder Nutzung im Verkehr
Direkte Nutzung in Brennstoffzellen möglich
Keine CO2-Emissionen beim Endverbrauch
Umstellung vorhandener Infrastrukturen (Pipelines, Gasspeicher) möglich
Nachteile:
Unterschiedliche Gaseigenschaften im Vergleich zu Erdgas (Umrüstung von Endgeräten erforderlich)
Hochskalierung der Elektrolysetechnik
Fehlende H2-Nachfrage beim Markthochlauf
Teilweise neu aufzubauende Versorgungsinfrastruktur
Kostenseitige Konkurrenzfähigkeit zu erneuerbarem Strom
Welche Vor- und Nachteile bestehen bei dem Pfad Power-to-Methane (SNG)?
Gaseigenschaft sehr ähnlich zu Erdgas
Verwendung vorhandener Infrastrukturen und Erdgasspeicher – kein Anpassungsbedarf
Transport, Verteilung, Nutzung (u. A. Wärmeerzeugung, Rückverstromung) sind Stand der Technik
Hochskalierung der Elektrolysetechnik und Methanisierung
Zusätzlicher Umwandlungsschritt im Vergleich zu Power-to-Hydrogen
Kostenseitige Konkurrenzfähigkeit zu fossilem Erdgas
Kohlendioxid-Quelle wird benötigt (0,2 kgCO2/kWhSNG); z.B. CO2 aus Luft, Biogas, Industrie, fossile Quellen
Welche Rolle wird Wasserstoff in Zukunft bezogen auf den Energiemarkt zugeordnet?
Zur Einordnung:
Aktueller Wasserstoffverbrauch ca. 60 TWh
Aktueller Erdgasverbrauch ca. 1.000 TWh
Aktueller Bruttostromverbrauch ca. 550 TWh
-> Wasserstoff wird zukünftig ein wichtiger aber nicht der dominierende Energieträger werden (vielleicht der dominierende gasförmige Energieträger)
-> Zentrale Rolle für nicht-elektrifizierbare Pfade (Abschätzungen von 200-1000 TWh)
Last changed10 months ago
