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Das Symposium „Multimodale Energiesysteme in Theorie und Praxis“ geht in die zweite Runde.

In diesem Jahr dreht sich alles um das Thema „Erneuerbare und Wasserstoff – Elemente für Sicherheit und Stabilität“.  

Anmeldungen für die Online-Veranstaltung sind bis zum 07. November 2022 möglich.

2. Symposium „Multimodale Energiesysteme in Theorie und Praxis“ – 08.11.2022

In Kooperation mit dem TÜV NORD, der Universität Kassel und dem Fraunhofer IEE veranstaltete House of Energy e.V. am 08. November das zweite Symposium „Multimodale Energiesysteme in Theorie und Praxis“.

In diesem Jahr drehte sich alles um das Thema „Erneuerbare und Wasserstoff – Elemente für Sicherheit und Stabilität“.

Durch die Wahl eines Hybridformates konnten wir rund 30 Teilnehmende in Kassel im ECKD Event- und Tagungszentrum begrüßen und gleichzeitig über 60 Teilnehmende online erreichen.

Dr. Dirk Stenkamp von der TÜV NORD AG war online zugeschaltet und begrüßte um 11:30 Uhr alle Teilnehmenden zur Eröffnung des Symposiums.

• Er hob hervor, dass die aktuelle Energieverknappung zwar im Moment zu Problemen führe, aber auch die historische Chance böte, die Klimatransformation in den europäischen Ländern gemeinsam umzusetzen. Erneuerbare Energien müssten beschleunigt ausgebaut werden. Für diesen Ausbau brauche es Regelsysteme für die Stabilität der Stromnetze.
• Auch in Zukunft würden wir den größten Teil unseres perspektivisch klimaneutralen Endenergiebedarfs netto importieren müssen, wofür die Voraussetzungen zu schaffen seien.  
• Auf dem Weg zu einer dekarbonisierten Gesellschaft sei jetzt dafür zu sorgen, dass die verschiedenen Energieformen in ein Zusammenspiel kommen. Daher sei es bedeutsam, das Thema Multimodale Energiesysteme konkret ins Visier zu nehmen.

Es folgte eine Keynote von Jörg Singer, AquaVentus e.V. und Bürgermeister von Helgoland. Er berichtete von einem Projekt, das die Nordsee zur Produktionsstätte für grünen Wasserstoff machen soll:

• Anteile neuer Offshore-Wind-Kapazitäten in Deutschland, für die bislang noch kein Stromnetzanschluss existiert, könnten an das Wasserstoffnetz statt an das Stromnetz angebunden werden. Wasserstoffnetze seien schneller und umweltgerechter zu errichten und der Energietransport bis in die Bedarfszentren werde kostengünstiger.
• Dazu würden Offshore-Elektrolyseanlagen mit Meerwasserentsalzung direkt im Bereich der Windparks errichtet. In einem aktuellen Projekt sollen ab 2026 bereits 1000 t Wasserstoff pro Jahr erzeugt werden.
• Unter dem Namen AquaDuctus werde eine „open access“-Wasserstoff-Pipeline im Gigawatt-Maßstab geplant, die Startpunkt für ein Offshore-Wasserstoffnetz im europäischen Nordseeraum sein könne. So könnten große Mengen grünen Wasserstoffs in die landseitig entstehende Infrastruktur eingespeist werden. Bedarfszentren, z.B. industrielle Produktionsstandorte, Wasserstoffspeicher in Deutschland und Nachbarländer wären darüber erreichbar. In diesem Kontext werde die Pipeline bei voller Auslastung fünf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HGÜ) ersetzen können, die sonst zusätzlich gebaut werden müssten.

Nachdem Thomas Biedermann von der RWTÜV Stiftung ein Grußwort sprach, stellte Prof. Dr. Peter Birkner vom House of Energy e.V. bei der Einführung in die Thematik fest, dass die Endenergieträger der Energiewende Elektrizität und Wasserstoff und deren Derivate in ein multimodales System eingebettet sein müssen. Wir benötigen eine vorausschauende Netzplanung, die multimodal alle Netze Strom-Gas-Wärme im Verbund betrifft.

Nach diesem Auftakt startete das Symposium mit dem ersten von drei wissenschaftlichen Themenblöcken. Dieser betrachtet Multimodale Energiekonzepte im Übertragungs- und Verteilnetzbereich mit dem Schwerpunkt auf Forschung und Entwicklung.

Prof. Dr. Martin Braun, Universität Kassel und Fraunhofer IEE führte kurz in das Thema ein und moderierte im Anschluss der Impulse die Diskussion. Er sprach an, dass im Rahmen der Transformation dafür zu sorgen sei, die Netzsicherheit und einen stabilen Netzbetrieb abzusichern. Dabei rückten nun vor allem die Verteilnetze in den Fokus, in denen die Energiewende letztlich realisiert werde.  

Stromtransportbedarfe bei verschiedenen Szenarien der zukünftigen Wasserstoffinfrastruktur und Nutzung Elektrolyse-Redispatch

| Norman Gerhardt Fraunhofer IEE

„Für eine Reduktion des notwendigen Übertragungsnetzausbaus, ist eine regionale Steuerung des Zubaus an Elektrolyse vor allem in Norddeutschland und deren Einbindung in den Redispatch essenziell. On-Site Elektrolyse am Industriestandort führt dagegen zu höheren Kosten und extreme Anforderungen an den Netzausbau.“

Es wurden mehrere mögliche "Storylines" zur Entwicklung des zukünftigen Energiesystems in Deutschland untersucht. Die signifikantesten Unterschiede zwischen den Storylines zeigen sich an den Verbrauchs-Bandbreiten und den Lokalisierungen der einheimischen Wasserstoff-Elektrolyseanlagen:

• In der Storyline H2Global kommt es zu quantitativ großen und kostengünstigen Wasserstoffangeboten aus dem internationalen Raum, und die Wasserstoff-Erzeugung in deutschen Elektrolyseanlagen wird dadurch marktseitig verdrängt. Voraussetzung dafür ist eine ausreichend ausgebaute Wasserstoff-Infrastruktur in Deutschland.
• In der Storyline H2dezentral kommt es z. B. wegen nicht ausreichend großer Angebote aus dem internationalen Raum zur Errichtung großer Elektrolysekapazitäten in Deutschland, die unter Maßgabe eines nicht in ausreichendem Maße erfolgenden Infrastrukturausbaus oder aus einer (unregulierten) Eigenversorgungslogik der Wasserstoffverbraucher verbrauchsnah erfolgt.

Die Gesamtleistung und die Lokalisierung der Elektrolyseanlagen gehören zu den entscheidenden räumlichen Determinanten des zukünftigen Strombedarfs und damit auch des zukünftigen Stromtransportbedarfs.
Tiefergehende Erläuterungen und Diskussionen können dem UPTAKE-Endbericht entnommen werden. https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/UPTAKE_Endbericht.pdf

| Jolando Kisse, Universität Kassel

Für die nähere Zukunft (2030) und ausgewählte Szenarien werden vom Fraunhofer IEE und der Universität Kassel auch infrastrukturscharfe Netzplanungs- und Betriebsoptimierungen durchgeführt. Es zeigt sich, dass vor allem PEM-Elektrolyseure aufgrund ihrer Flexibilität ein hohes Redispatch-Einsatzpotenzial bieten, wodurch sie zur Vermeidung von Leitungsüberlastungen beitragen können. Dadurch werden die marktgetriebenen Lastgänge verändert, d. h. es ist mehr Teillastbetrieb zu erwarten. Je nach Standort kann es durch den Redispatch-Einsatz insgesamt zu einer Erhöhung oder Verringerung der produzierten Wasserstoffmenge kommen. Vor allem bei hohen installierten Elektrolyseurleistungen könnte dadurch ein weiterer Wasserstofftransport zum Ausgleich nötig werden, zusätzlich zum Transportbedarf, der aufgrund des entstehenden Wasserstoffmarktes zu erwarten ist. Eine tiefergehende Betrachtung erfolgt aktuell im Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE.

Wärmepumpen und Elektrolyse als Herausforderung im aktuellen Netzentwicklungsplan Strom 2023 – Abbildung eines klimaneutralen Energiesystems

| Dr. Lukas Wimmer, TenneT TSO GmbH

• Im Rahmen des NEP 2023 wird erstmalig ein Zielnetz für 2045 gerechnet, dass die Ziele der anderen Sektoren weitestgehend mit abbildet
• Systemintegration und Autarkie ist ein Haupttreiber für den gesteigerten Energiebedarf, welcher in erheblich höhere EE Ziele mündet
• Bis zu 80 GW Elektrolyse werden in den Szenarien abgebildet. Dabei wird entsprechend der BnetzA Vorgaben der überwiegende Teil an netzdienlichen Punkten in den Szenarien mit aufgenommen
• Für einen effektiven Hochlauf der Systemintegration und Wasserstoffwirtschaft braucht es einen deutlichen und zielgerichteten Zubau der Erneuerbaren Energien und damit einhergehend auch der Strom- und Wasserstoffinfrastruktur
• Der Ort und zeitliche Einsatz der Elektrolyse kann und sollte das Stromnetz entlasten

Wärmewende im Verteilnetz – Strom-, Gas- und Wärmenetze

| Matthias Lenz, Fraunhofer IEE

• Herr Lenz ging der Frage nach, was die Wärmewende für Strom-, Gas- und Wärmenetze bedeutet. Es sei davon auszugehen, dass für eine klimaneutrale Wärmeversorgung inkl. der Industriewärme künftig alle Energieträger benötigt werden. Zwingende Grundlage für eine erfolgreiche Wärmewende sei daher eine multimodale Zielnetzplanung auf Basis robuster Szenarien. Hierfür brauche es ein rechenfähiges Netzmodell, das Strom-, Gas- und Wärmenetze integriert. Aufbauend auf Zielnetzplanungen könnten mit Hilfe des multimodalen Netzmodells Handlungsempfehlungen für effiziente Investitionen in Assets gegeben werden.
• Herr Lenz berichtete von den Ergebnissen einer Bottom-Up-Studie auf Basis echter Gebäude und Netzdaten. Für die Wärmewende bestünde ein substanzieller Ausbaubedarf in den Stromnetzen. Die überwiegende Mehrheit der Ausbaukosten entfalle auf die Niederspannungsebene (70-90%). Bei einem Einsatz von Wasserstoff zur Wärmeerzeugung sei ein geringerer Stromnetzausbau notwendig, da die verringerte elektrische Wärmeerzeugung die Stromnetze entlaste. Dies setze allerdings die Verfügbarkeit niedrigpreisigen Wasserstoffs voraus. Lokal könnte Wasserstoff für die Wärmeversorgung von Haushalten an solchen Standorten interessant werden, an denen Industrie bzw. Gewerbe sowieso an ein Wasserstoffnetz angebunden seien.
• Die Studie mache deutlich, dass die Datenverfügbarkeit das A und O sei. In vielen Fällen sei die notwendige Transparenz über die Netzauslastung nicht Maße gegeben. Verteilnetzbetreiber sollten jetzt anfangen und multimodale Zielnetzplanungen für Strom-, Gas- und Wärmenetze durchführen, z.B. im Rahmen von kommunalen Wärmeplanungen.

Nach der anschließenden einstündigen Mittagspause mit viel Raum für weitere Diskussionen begann der zweite Themenblock, welcher zu aktuellen Technologien und Lösungen überleitet, an denen beziehungsweise mit denen die Industrie arbeitet. Silvio Konrad, TÜV NORD führte kurz in das Thema ein und moderierte im Anschluss der Impulse die Diskussion.

Wasserstoff als Schlüsseltechnologie für die Sektorkopplung

| Dr. Jörg Aign, TÜV NORD

• Die Einhaltung des uns bis 2050 zur Verfügung stehenden Carbon Budgets wird schwierig und steht auf der Kippe. Bei der Bewältigung der vor uns stehenden Herausforderungen wird auch H2 nicht die Lösung aller Probleme sein, kann aber einen wichtigen Beitrag leisten, wobei die Rollen divers sein werden: H2 als Übersetzer, Speicher, Energie-Transportmedium, Ausgleichsfaktor für Fluktuationen, Dekarbonisierungsmedium
• Es müssen Randbedingungen geschaffen werden, welche die wachsende Pflanze H2 bei der Entfaltung nicht einengt. Daher sollten aktuell alle Farben des Wasserstoffs akzeptiert und somit eine Technologieoffenheit gelebt werden.
• „Die Zukunft wird einen bunten H2-Blumenstrauß für uns bereithalten.“
• Was zählt ist der CO2-Fußabdruck, den wir am Ende hinterlassen.

Ammoniak-Cracking – Wasserstoff aus Ammoniak

| Dr. Ralph Kleinschmidt, thyssenkrupp Uhde

„Unsere Lösung für den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft? Grünes Ammoniak. Es eignet sich nicht nur als effizientes Transportmedium, sondern dank Ammoniak-Cracking kann grüner Wasserstoff am Ende des Prozesses zurückgewonnen werden“

• Vorteile des Einsatzes von Ammoniak sind die sichere Handhabung und Transport. Des Weiteren ist die Infrastruktur für den Transport erprobt und in der Breite bereits vorhanden. Er weist eine hohe Energiedichte auf ist vielseitig einsetzbar, kann direkt umgewandelt werden.
• Grüner Ammoniak ist das Ziel, wobei blauer Ammoniak, welcher Gas-basiert ist und eine CO2-Abscheidung beinhaltet, eine Brückentechnologie darstellt.
• „Ammoniak ist der einfachste Weg in eine globale Wasserstoffwirtschaft“

Stärkung der Stromnetzstabilität durch Integration von Wasserstoff und Energiespeichern

| Malte Berghaus, TÜV NORD

• Das sich im Wandel befindende Stromnetz braucht Wasserstoff, um Fluktuationen entgegenzuwirken, zum Ausgleich von Energieverbrauch und Erzeugung und um bei Abregelungen verloren gehende Energie aufzufangen und verfügbar zu machen.
• Die Lösungen werden in Energiespeichern und Sektorenkopplungen vereint. Energiespeichern können die Frequenzstabilität stützen, Regelleistung zur Verfügung stellen und als Ersatz für Momentanreserve mit netzbildenden Wechselrichtern eingesetzt werden.
• Die Batteriespeicherentwicklung hat sich bisher eher auf die Entwicklung von Heimspeichern konzentriert. Tendenziell wird aber vermehrt in die Entwicklung von stationären Speichern investiert, welche aber immer noch zu klein sind.
• Fazit: Es wird eine größere Masse an Energiespeichern mit einer größtmöglichen Vielfalt an Technologien benötigt, wenn wir eine konstante Erzeugung und Verfügbarkeit Erneuerbarer Energie ermöglichen wollen. Nur so kann auch die benötigte Netzstabilität gewährleistet und die Netze entlastet werden. Die Integration von Wasserstoff in Verbindung mit Batteriespeichersystemen mit kurzen Reaktionszeiten ist essentiell für die zukünftigen Herausforderungen.

Nach der moderierten Diskussionsrunde und Herauskristallisierung der Kernaussagen gab es eine halbstündige Kaffeepause. Abschließend wurden im dritten Themenblock „Implementierungen multimodaler Energiesysteme“, Best-Practice-Beispiele vorgestellt, die zeigen was bereits umgesetzt wurde und wo die Herausforderungen liegen. Prof. Dr. Peter Birkner, House of Energy e.V. führte kurz in das Thema ein und moderierte im Anschluss der Impulse die Diskussion.

Rechtlicher Rahmen zur Etablierung einer Wasserstoffwirtschaft in der EU und Deutschland

| Dr. Olaf Däuper, Becker Büttner Held

Herr Dr. Däuper ging in seinem Impulsvortrag "Rechtlicher Rahmen zur Etablierung einer Wasserstoffwirtschaft in der EU und Deutschland" auf diverse rechtliche Aspekte in Bezug auf 1.) Erzeugung, 2.) Transport, Verteilung und Speicherung sowie 3.) Nutzung von Wasserstoff im deutschen und europäischen Recht ein. Er betonte dabei, dass die Regulierung vielen Einflüssen unterliegt und der rechtliche Rahmen nicht immer perfekt passt.  

• Herausforderung grüner Wasserstoff: Genehmigungsrechtliche Hemmnisse für die Errichtung von Elektrolyseuren. Herausforderung blauer Wasserstoff CCS (Carbon Capture Storage) und Speicherverbot. Repower EU-Plan schlägt diverse Maßnehmen zur Beschleunigung der Erzeugung vor.
• National: Erleichterungen bei der Umrüstung bestehender Erdgasleitungen: Verträge und Rechte sollen auch für H2 gelten. Anderes Marktmodell (kleinteilig, keine Netzebenen).

EU: Getrennte Regulierung von Erdgas- und H2-Infrastruktur, Entflechtung des Netzbetriebs erfordert Gründung einer H2-Netzgesellschaft.

• Anteil EE im Industriesektor bis 2030 bei 50% und Verbot neuer Gasheizungen ab 2024 realistisch? Diverse Förderprogramme zur Erreichung, aber aktueller Rechtsrahmen nicht auf H2-Verteilung vor Ort ausgelegt.  

Hydrogen Valley Wolfhagen – Grüner Wasserstoff in Nordhessen

| Christian Hess, BLG Project GmbH

Die BLG Project GmbH befasst sich mit der Projektierung von PV- und Windkraftanlagen. Das Thema Wasserstoff spielt ebenfalls eine wichtige Rolle und es ist angedacht, zukünftig grünen Wasserstoff in Nordhessen zu erzeugen. Für das Gelingen der Energiewende und konkreter Projekte vor Ort sieht Christian Hess die Akzeptanz der Bürger:Innen als elementaren Bestandteil:   

„Es wird nicht möglich sein, Deutschland bzw. seinen Bürgern die Energiewende Top-Down aufzuzwängen oder zu verordnen.

An erster Stelle benötigten wir hierfür die nötige Akzeptanz, das tiefe Verständnis und Teilhabe bei den vor Ort betroffenen Bürgerinnen und Bürgern sowie bei den für die Genehmigung zuständigen Kommunen, um die wissenschaftlich basierten Erkenntnisse und Annahmen in reale Projekte überführen zu können.

Am besten funktioniert dies über engagierte, innovative, mittelständische Unternehmen, wie die BLG, welche die notwendige Nähe herstellen können und den Bürgern auf Augenhöhe begegnen.“

Blending von Wasserstoff in Erdgasnetzen – Praktische Erfahrungen

| Frank Schwermer, Avacon Netz GmbH

„Der bereits begonnene Transformationspfad der Gaswirtschaft hin zur Klimaneutralität wird in Anbetracht der aktuellen Entwicklungen wichtiger denn je. Auf dem Weg zu einer klimaneutralen und resilienten Energieversorgung sehen wir großes Potential für die Transformation bereits bestehender Gasnetze auf grüne Gase, insbesondere Wasserstoff. Die Nutzung bestehender Assets stellt ebenfalls einen großen Beitrag zur Nachhaltigkeit dar.“

• Das Projekt hat gezeigt, dass eine Beimischung von 20 % möglich ist und es keine Auffälligkeiten bei Netzbauteilen sowie Geräten beim Kunden gibt.

• Das Gasnetz ist "dicht" für Wasserstoff, und die gewonnenen Erkenntnisse sollten ins Regelwerk aufgenommen werden, um den Transformationsprozess in Richtung 100 % Wasserstoff zu gehen.
• Die Nutzung von bestehenden Strukturen für die Energiewende ist besonders nachhaltig und sozialverträglich.

Im Anschluss an die moderierte Diskussion und Kernaussagen des dritten Themenblocks, fasste Prof. Dr. Martin Braun den gesamten Tag zusammen.

Silvio Konrad verabschiedete die Teilnehmenden, sodass ein Tag mit vielen Eindrücken, Impulsen und Anregungen um 17:00 Uhr zu Ende ging.

Im jeweiligen Anschluss an die Themenblöcke war es den Teilnehmenden möglich, Fragen an die Referenten zu stellen und Anregungen beziehungsweise Ausführungen zu diskutieren. Diese Möglichkeit wurde rege genutzt.

Wenn Sie als Leser Fragen oder eine Rückmeldung zum Symposium haben, kontaktieren Sie uns gerne. Wir freuen uns immer darauf, unser Netzwerk zu vergrößern.