energie | wasser-praxis e Das Wasserstoff-Dossier II Beiträge aus der DVGW energie | wasser-praxis der Jahre 2021–2023
Liebe Leserinnen und Leser Deutschland steht vor der großen He rausforderung bis klimaneutral zu werden Für die Unternehmen der Gas wirtschaft bedeutet dies bisherige Ge schäftsmodelle zu transformieren die Erzeugung den Import den Transport die Verteilung und den Vertrieb neuer Gase Unter neuen Gasen verstehen wir erneuerbare und dekarbonisierte Gase wie Biogas Wasserstoff und seine De rivate Für Akzeptanz und Erfolg ist es unab dingbar den Transformationspfad so abzusichern dass eine möglichst resi liente und sozialverträgliche Energie wende erfolgen kann Wir müssen dem nach gemeinsam dafür Sorge tragen dass wir unzumutbaren Energiepreisen und Verunsicherungen in Bezug auf Ver sorgungssicherheit vorbeugen aber den noch kontinuierlich unsere Nachhaltig keitsziele im Auge behalten Sprich Der Umsetzungspfadmuss robust sein Des halb sind gasförmige Energieträger ent scheidend für das Erreichen der Klima neutralität und für eine nachhaltig ge sicherte Energieversorgung Es ist not wendig nicht nur den Ausbau der Erzeugungskapazitäten klimaneutraler Gase dynamisch voranzutreiben son dern auch deren Import zu forcieren Insbesondere mit Wasserstoff steht ein Energieträger bereit der denWeg hin zu einer klimaneutralen Gesellschaft in allen Bereichen ebnen kann Um seine Nutzung und denMarkthoch lauf einer Wasserstoffwirtschaft zügig voranzutreiben sind innovative Lösun gen gefragt Der DVGW hat dies sehr frühzeitig erkannt und seine Wasser stoff Expertise immer weiter ausgebaut Generell verfügt die Gaswirtschaft über wesentliche Erfahrungen aus der Um stellung der L Gas Gebiete auf H Gas und von Stadtgas auf Erdgas Wissen das bei der Umstellung auf eine Wasser stoffversorgung wieder Anwendung fin det Die DVGW Innovationsforschung mit ihrer Vielzahl von Transformations studien und darüberhinausgehende zahlreiche Demonstrations und Pilot vorhaben sind Enabler von Technolo gien und Standards die als Basis für eine zukunftsfähige Ausgestaltung des Ener giesystems fungieren können Mehr noch Der DVGWbaut seinWissen kon tinuierlich aus er erprobt Lösungen für die Transformation und führt bereits jetzt erste Geschäftsmodelle in die Pra xis ein Beispielsweise wurde im April das Know how der Institute des DVGW Forschungsnetzwerkes im neu gegründetenH₂ Kompetenzverbund der deutschen Energiewirtschaft gebündelt und Anfang das Software Produkt VerifHy in den Markt gebracht das ein Gasverteilnetz untersuchen und wasser stofftaugliche Netzeinbauteile und Komponenten vorschlagen kann um das Gesamtsystem komplett H₂ ready zu machen Eine Vielzahl dieser Schritte Entwick lungen und Perspektiven im Hinblick auf die Transformation unseres Energie systems haben wir in den vergangenen zweieinhalb ahren im Rahmen von Fachbeiträgen Studienergebnissen und Projektskizzen in der DVGW energie wasser praxis ewp dokumentiert und veröffentlicht Auch das ein oder ande re erhellende Interview war dabei Die Fülle der Beiträge haben wir nun zum Anlass genommen nahezu alle ewp Ver öffentlichungen der ahre bis zum enorm vielfältigen Themenkom plex „Wasserstoff“ zu bündeln zu clus tern und sie in Form eines zweibändigen Kompendiums im Rahmen der Reihe „ewpDossier“ erneut zu veröffentlichen Ziel ist die Vielfalt der Forschungsaktivi täten die Bandbreite der Projekte und Demonstrationsvorhaben und die Dyna mik der Entwicklung hin zu einem mo lekülbasierten nachhaltigen Energiesys temanhand einer Systematik sichtbar zu machen Dieser zweite Band enthält Beiträge der Cluster „Praxis“ und „Road map Gas “ während der bereits im August erschienene erste Band Bei träge der Cluster „Forschung Entwick lung & Organisation“ und „Normung & Regulatorik“ beinhaltet Darüber hinaus finden sich ergänzende Interviews in beiden Bänden Alle Beiträge des gesam ten Kompendiums geben den Wissens stand des ursprünglichen Veröffentli chungszeitpunktes wieder Sie sind Aus druck und Beleg des Engagements zahl reicher Menschen für eine ökologische ökonomische und sozialverträgliche Transformation unserer Energiewelt Grünen Gasen wie Wasserstoff gehört die Zukunft Sie werden fossiles Erdgas in absehbarer Zeit komplett ablösen und alle Marktteilnehmer haben die Möglichkeit an den Chancen und Vor teilen einer Wasserstoffwirtschaft zu partizipieren Sicher ist Die Klimaziele und die gesetzlichen Vorgaben zur CO₂ Reduktion können wir nur mit der Gas infrastruktur als Schlüsselelement er reichen Die Speicherung erneuerbarer Energieträger als grüne Gase und die sektorenübergreifende Bereitstellung sind die wirksamsten Beiträge die Deutschland zur weltweiten Treibhaus gasneutralität leisten kann Ihr Gerald Linke von: Prof. Dr. Gerald Linke DVGW-Vorstandsvorsitzender Wasserstoff geh rt d e Zukunft 3 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II E D I T O R I A L
Inhaltsverzeichnis E D I T O R I A L 3 | Wasserstoff gehört die Zukunft! P R A X I S 8 | Wasserstoff in der Gebäudeenergieversorgung: Schlüssel zur Dekarbonisierung des Energiesystems (01/2021) Dr.-Ing. Manfred Dzubiella, Wolfgang Rogatty 14 | Entwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur: über Projekte in die Netzentwicklung (03/2021) Christoph Höft, Dr.-Ing. Alexander Heim 20 | Wasserstoff als Baustein der Wärme- und Verkehrswende – das Beispiel der Klimakommune Saerbeck (03/2021) Guido Wallraven 24 | Wasserstoff als Baustein im Strukturwandel – das Beispiel der Stadt Herten (03/2021) Dr. Babette Nieder 30 | Das DVGW-/Avacon-Pilotvorhaben H2-20: Vorbereitung einer Wasserstoffeinspeisung in der Modellregion Fläming (04/2021) Dr. Holger Dörr, Angela Brandes, Dr. Matthias Brune, Martin Kronenberger, Nils Janßen, Frederik Brandes 38 | Zukunftsmarkt Wasserstoff: Position und Maßnahmen des DVGW (04/2021) Prof. Dr. Gerald Linke, Frank Gröschl, Frederik Brandes 44 | Grobplanung einer bidirektionalen Wasserstoff-Übergabestation im Rahmen eines GET-H2-Teilprojektes (10/2021) Dr.-Ing. Christian Thiel, Florian Adämmer, Michael Otten 50 | Reif für die „Wasserstoff-Insel“: Pilotprojekt der Netze BW in Öhringen (11/2021) Dr. Heike Grüner 54 | Die Zukunft der Wärmeversorgung: Erneuerbare Energien und speicherbare Gase im gemeinschaftlichen Einsatz (11/2021) Thomas Wencker 60 | Wie die Wasserstoff-Leitprojekte Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft vorbereiten (12/2021) Maike Wanders 66 | Produktion von grünem Wasserstoff an Müllheizkraftwerken – ein nachhaltiger Baustein für die Kreislaufwirtschaft (03/2022) Felix Knicker, Dr. Dipl.-Ing. Arne Schäfer, Achim Schreider 72 | Vorbereitende Maßnahmen zur Umstellung einer Gashochdruckleitung auf den Betrieb mit Wasserstoff (03/2022) Dennis Hoeveler, Florian Adämmer, Fabian Howe Impressum Herausgeber: DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. Technisch-wissenschaftlicher Verein Josef-Wirmer-Straße 1−3 53123 Bonn Tel.: 0228 9188-5 Fax: 0228 9188-990 E-Mail: info@dvgw.de Internet: www.dvgw.de Verlag und Vertrieb: wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH Geschäftsführer: Stephan Maul, M. A. Josef-Wirmer-Straße 3 53123 Bonn Tel.: 0228 9191-40 Fax: 0228 9191-498 E-Mail: anzeigen@wvgw.de Internet: www.wvgw.de Schriftleiter: Prof. Dr. Gerald Linke Redaktion: Marcel Pannes (verantwortlich) Martin Schramm Wiebke Hillen Gezeichnete Artikel stellen die Ansicht des Verfassers dar, nicht unbedingt die der Schriftleitung und der Redaktion. Industrieberichte unterliegen nicht der Verantwortung der Redaktion. Für un- verlangt eingesandte Manuskripte wird keine Gewähr übernommen. Alle Rechte, auch die des Nachdrucks, des auszugsweisen Nachdrucks, der fototechnischen Wiedergabe und der Übersetzung, liegen beim Verlag. Bankverbindung: Sparkasse KölnBonn, IBAN: DE95 3705 0198 0033 3333 37 Commerzbank Bonn, IBAN: DE29 3804 0007 2112 2600 00 Erfüllungsort und Gerichtsstand: Bonn Quelle Titelbild: anusorn nakdee/iStock.com www.blauer-engel.de/uz195 · ressourcenschonend und umweltfreundlich hergestellt · emissionsarm gedruckt · aus 100 % Altpapier LF8 ID-Nr. 23148423 4 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II I N H A LT
78 | Vor- und Nachteile von Methanol für die Energiewende (04/2022) Volker Harbusch 82 | H₂ im Gasnetz und die Interaktion mit Gasmotoren (06+07/2022) Maximilian Heneka, Wolfgang Köppel, Ruth Schlautmann, Dr. Frank Graf, Jonas Sperlich, Carla Rau, Jens Hüttenrauch, Udo Lubenau, Maik Hoffmann, Henning Sökeland, Dr. David Bothe, Lukas Heinz, Georg Blesinger, Abhiram Chavali 96 | Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE: Wie wird grüner Wasserstoff gespeichert und transportiert? (09/2022) TransHyDE-Geschäftsstelle, Kommunikation und Koordination 102 | Energieeffiziente Gasdruckregelanlagen mit paralleler Produktion von LNG oder Wasserstoff (11/2022) Dr.-Ing. Steffen Päßler, Brahim Hamid Oudjana 110 | Erster Untertage-Wasserstoffspeicher bei Rüdersdorf im Bau (12/2022) Paul Schneider 114 | Klimafreundlicher Wasserstoff – Ist Deutschland interessant für das zukünftige Exportland Norwegen? (12/2022) Kilian Martin, Karsten Frese, Prof. Dr. Mark Oelmann 120 | Ermittlung potenzieller Wasserstoffbedarfe für Versorgungsgebiete und Regionen – Werkzeug für die Entscheidungsfindung (01/2023) Dr.-Ing. Heiko Dunkelberg 126 | Wasserstoffwirtschaft: Optimal genutzte Daten unterstützen Versorgungsunternehmen bei der Nachhaltigkeit (02/2023) Douglas Nunez R O A D M A P G A S 2 0 5 0 130 | Erste Ergebnisse des DVGW-Leitprojektes „Roadmap Gas 2050“ – Teil 1: Vergleich von H₂-Bereitstellungsoptionen (04/2021) Katharina Bär, Janina Leiblein, Dr. Frank Graf, Michael Kühn, Miriam Bäuerle, Sarah Müller, Jörn Benthin 136 | Ergebnisse des DVGW-Leitprojektes „Roadmap Gas 2050“ – Teil 2: Untersuchungsergebnisse zur H₂-Verträglichkeit von Gasanwendungen (11/2022) Dr. Frank Burmeister, Eren Tali, Sabine Feldpausch-Jägers, Philipp Pietsch, Frank Erler, Dr. Holger Dörr 148 | DVGW-Leitprojekt „Roadmap Gas 2050“ – Teil 3: Potenziale und Bereitstellungsoptionen für erneuerbare Gase (02/2022) Friedemann Mörs, Katharina Bär, Janina Leiblein, Dr. Frank Graf, Florian Lehnert, Miriam Bäuerle 154 | Kompensationsstrategien für den Einsatz von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen in Endverbrauchstechnologien: Ergebnisse des DVGW-Forschungsprojekts „Roadmap Gas 2050“ (06+07/2022) Dr.-Ing. Jörg Leicher, Dr.-Ing. Frank Burmeister, Dr.-Ing. Anne Giese, Dr.-Ing. Rolf Albus, Philip Pietsch, Dr. Holger Dörr 5 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II
164 | Transformationspfade für die deutsche Gasinfrastruktur: Ergebnisse des DVGW-Forschungsprojekts „Roadmap Gas 2050“ (09/2022) Jonas Sperlich, Jens Hüttenrauch 170 | Wasserstoff im zukünftigen Energiesystem – eine systemische Analyse (01/2023) Wolfgang Köppel, Prof. Dr. Martin Wietschel, Dr. Till Gnann, Dr. Tobias Fleiter, Benjamin Lux, Pia Manz, Dr. Matthias Rehfeldt, Daniel Speth, Dr. Jan Steinbach, Dr. Benjamin Pfluger 178 | Von Erdgas zu Wasserstoff – Umstellung eines fiktiven Verteilnetzes auf Wasserstoff: Ergebnisse des DVGW-Forschungsprojekts „Roadmap Gas 2050“ (04/2023) Michael Wupperfeld, Jonas Sperlich I N T E R V I E W S 186 | „Dezentrale Elektrolyseure machen unser Energiesystem resilienter, sparen Netzausbaukosten und produzieren grünen Wasserstoff!“ (05/2022) Interview mit Carolin Dähling 192 | „Unsere Studie benennt erstmals ein länderübergreifendes WasserstoffInfrastrukturkonzept für die Region Mitteldeutschland!“ (06+07/2022) Interview mit Jörn-Heinrich Tobaben 196 | „Wir sehen LNG als Brücke zu erneuerbaren Energien wie Wasserstoff!“ (09/2022) Interview mit Björn Munko 204| „Mit VerifHy ist ein für die Gasnetzbetreiber passgenaues Produkt entstanden!“ (01/2023) Interview mit Prof. Dr. Gerald Linke, Gert Müller-Syring, Frank Birnmeyer 6 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II I N H A LT
Quelle: Yingyaipumi/stock.adobe.com energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II 7
16 energie | wasser-praxis 1/2021 T E C H N I K pe oder einer Elektro-Heizung geeignet. Ein Ausweg kann in diesem Kontext die Nutzung von CO2-neutral erzeugtem Wasserstoff als Energieträger für denWärmesektor sein. Signifikante CO2-Reduktion durch Wasserstoff-Beimischung zum Erdgas Die Politik hat die Bedeutung von Wasserstoff als Treibhausgas-neutraler Energieträger für die Sektoren Verkehr, Stromversorgung sowie den Gebäudebereich erkannt und entsprechende Die Politik in Deutschland und der EU hat sichdas Ziel gesetzt, bis zumJahr 2050 vollständig klimaneutral zuwerden und die CO2-Emissionen auf null zu reduzieren. Dieses ambitionierte Vorhaben kann nur gelingen, wenn auf die Verbrennung der fossilen Energieträger Öl und Erdgas weitestgehend verzichtet wird. Im Gebäudesektor ausschließlich auf die Elektrifizierung derWärmeversorgung zu setzen, stößt gleichwohl anwirtschaftliche wie auch praktische Grenzen: So ist beispielsweise nicht jedes Haus für die Beheizungmit einer WärmepumWasserstoff in der Gebäudeenergieversorgung: Schlüssel zur Dekarbonisierung des Energiesystems Ohne elementare Veränderungen im Gebäudesektor werden sich die ehrgeizigen klimapolitischen Ziele der Bundesregierung bis zum Jahr 2050 nicht umsetzen lassen. Gleichzeitig ist bereits heute klar, dass eine reine Elektrifizierung des Wärmesektors sowohl an ökonomische wie auch an praktische Grenzen stoßen wird. Der Schlüssel zur Lösung dieses Problems ist der Energieträger Wasserstoff, der sich perspektivisch vollkommen klimaneutral herstellen lässt und im Gebäudesektor sehr gut eingesetzt werden kann. Der Beitrag beleuchtet in diesem Zusammenhang die Eignung aktueller Gas-Brennwertgeräte für Erdgas-Wasserstoff-Gemische und stellt ein Reallabor vor, in welchem aktuell Entwicklungsarbeiten für Wasserstoff-Brennwertgeräte durchgeführt werden. von: Dr.-Ing. Manfred Dzubiella (Viessmann Werke Allendorf GmbH) & Wolfgang Rogatty (Viessmann Climate Solutions SE) 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CO2-Einsparung (%) Volumenkonzentration H2 in CH4 (%) 12 % CO2-Einsparung bei 30 % H2 im Erdgas Abb. 1: CO2-Einsparung als Funktion des H2-Anteils im Erdgas Quelle: Viessmann 8 energie | wasser-praxis Das Wasse stoff-Dossier II P R A X I S Ausgabe 01/2021
17 energie | wasser-praxis 1/2021 Quelle: Viessmann Einheit Erdgas (CH4) Wasserstoff (H2) Brennwert (HS) [kWh/m³] 11,09 3,54 Wobbe-Wert (WS) [kWh/m³] 14,98 13,42 Zündgrenzen [%] 5–14 4–77 Flammengeschwindigkeit [cm/s] 43 346 spez. Luftbedarf [m³/kWh] 0,96 0,80 Flammentemperatur [°C] 1.970 2.130 Zündverzugszeit [s] 0,3 0,0001 Tabelle 1: Vergleich der Verbrennungseigenschaften von Wasserstoff und Erdgas Abb. 2: Mit Erdgas-WasserstoffGemischen auf dem Prüfstand getestetes Gas-Brennwertgerät Vitodens 300-W mit 35 kW Nennleistung Quelle: Viessmann Im Wärmesektor heute schon nutzbar Heute schon könnte dembestehenden Erdgasnetz bestimmte Mengen anWasserstoff beigemischt werden. Einige Hersteller bieten mit Maßnahmen in die Wege geleitet. Die Anfang Juli 2020 von der EU-Kommission vorgelegte Wasserstoffstrategie, die den intensivenAusbau der Erzeugungskapazitäten vorsieht, ist ein Zeugnis dieser Bemühungen: Bis 2024 soll demnach die europäische Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energien auf bis zu 1 Mio. t steigen, bis zum Jahr 2030 dann auf 10 Mio. t. Korrelierend dazu, hat auch die deutsche Bundesregierung bereits kurz zuvor ihre Nationale Wasserstoffstrategie veröffentlicht. DarinwerdenFinanzmittel inHöhe von insgesamt 9Mrd. Euro für die gezielte Weiterentwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur angekündigt. Grund für dieses starke Engagement seitens der Politik ist die Einsicht, dass sich die formulierten Klimaschutzziele ohne den Einsatz von Wasserstoff nicht im vorgegebenen Zeitraum erreichen lassen. Außerdem können mit dem Energieträger sehr kurzfristig signifikante Erfolge bei der Verringerung der CO2-Emissionen erzielt werden, ohne Verbraucherinnen und Verbraucher sowie die Wirtschaft zu überfordern. Sowürde beispielsweise die Zumischung von 30 Prozent Wasserstoff zum Erdgas die Treibhausgas-Emissionen um rund 12 Prozent pro Jahr verringern (Abb. 1) – ein schnell wirksamer und zugleich erheblicher Beitrag zum Klimaschutz. 12 Die SHT, Sanitär- und Heizungstechnik Ausgabe 12, enthält Beiträge zu den Themen Sanitär-, Heizungs- sowie Klima- und Lüftungstechnik und stellt Referenzobjekte sowie neue Produkte und Normen aus diesen Bereichen vor. Lesen Sie darüber hinaus mehr zu den Themen: • Gesamtverband Messing Sanitär Neue Härte-Umwerte-Tabelle für Messing • Wärmepumpe Zentrale Trinkwassererwärmung bleibt Schwachpunkt • Druckprüfung Doppelt geprüft hält besser Weitere Nachrichten, Termine und Informationen unter www.sht-online.de. Kostenloses Probeheft unter vertrieb@krammerag.de. G6056 SANITÄR + HEIZUNGS Zeitschrift für Planung, Berechnung und Ausführung von sanitär-, heizungs- und klimatechnischen Anlagen Krammer Verlag Düsseldorf AG, 85. Jahrgang, Heft 12 • Dezember 2020 TECHNIK panasonic.de/TopService Warum ich Panasonic empfehle? Qualität der Produkte und der kompetente, technische Background im Service! André Fusswinkel KORONA Haustechnik GmbH Bergisch Gladbach PSC-2020-016 Anz DE_SHT_195x165mm_JLY.indd 1 17.11.20 13:26 Special: Wärmepumpen GMS Neue Härte-Umwerte-Tabelle für Messing Wärmepumpe Zentrale Trinkwassererwärmung bleibt Schwachpunkt Druckprüfung Doppelt geprüft hält besser 9 Das Wasserstoff-Dossier II
18 energie | wasser-praxis 1/2021 T E C H N I K die Energiesystemkosten bis 2050 um 360 Mrd. Euro senken, denn der Ausbau von Stromnetzen und Reservekraftwerken – der bei der vollständigen Elektrifizierung des Wärmesektors erforderlichwäre – würde durch die Nutzung der bereits heute bestehenden Gasinfrastruktur fürWasserstoff deutlich geringer ausfallen. Deshalb ist Wasserstoff als Energieträger für die Wärmeversorgung der Partner der Elektrifizierung: Er hilft Verbrauchern und Unternehmen, die Investitionen in eine CO2-freie Gebäude-Wärmeversorgung stemmen zu können. Unterschiedliche Verbrennungseigenschaften im Vergleich zu Erdgas Der Einsatz vonWasserstoff inGasheizgeräten macht in der Regel allerdings eine technische Anpassung erforderlich, dadieVerbrennungseigenschaften des Energieträgers imVergleich zu Erdgas (CH4) unterschiedlich sind. Diewesentlichen, für die Verbrennung relevanten Unterschiede sind in Tabelle 1 aufgeführt. Diese Eigenschaften des Wasserstoffs haben praktische Auswirkungen auf zahlreiche verbrennungstechnische Parameter eines Gasheizgerätes wie z. B. die Leistung, die Luftzahl, die Emissionen und die Effizienz. Eignung aktueller Gas-Brennwertgeräte für Erdgas-WasserstoffGemische Im Technikum, dem Forschungs- und Entwicklungszentrum des Heizungsherstellers Viessmann, wurde in den vergangenen Jahren die Eignung herkömmlicher Gas-Brennwertgeräte für Erdgas-Wasserstoff-Gemische mit einemAnteil von bis zu 30 Volumenprozent (Vol.-%) Wasserstoff untersucht. Auf demPrüfstand getestet wurde u. a. einGas-Brennwert-Wandgerät vomTyp Vitodens 300-W, TypB3HFmit 35Kilowatt (kW) Nennleistung (Abb. 2). Der Wärmeerzeuger verfügt über einenvollvormischendenOberflächen-Gasbrennermit einemModulationsbereichvon 1:17 sowie über eine gasadaptive Verbrennungsregelung. modernen Gas-Brennwertgeräten bereits Lösungen an, die entsprechende Gasgemische problemlos und effizient inWärme umwandeln können. Damit ist derWärmesektor den SektorenVerkehr und Strom um einen großen Schritt voraus, da in den beiden Letztgenannten viele Anwendungen erst noch für die Nutzung vonWasserstoff entwickelt oder angepasst werden müssen. Auch noch aus einemweiteren Grund ist der Wärmemarkt prädestiniert für Wasserstoff: Er erzeugt bis zu 50 Prozent der CO2-Emissionen in Deutschland und ist damit der relevanteste Sektor der Energiewende. Wird – neben Verkehr und Strom – auch imWärmesektor Wasserstoff eingesetzt, lassen sich zudemdie Kostender Energiewende spürbar senken – und damit auch die finanziellenMittel, die inFormvon Abgaben, Umlagen und Steuern von Verbrauchern oder Unternehmen dafür aufgebracht werden müssen. Eine Leitstudie [1] der Deutschen EnergieAgentur (dena) zeigt in diesemZusammenhang auf: Ein Mix aus Strom und Wasserstoff im Gebäudesektor kann Abb. 3: Schematische Darstellung der gasadaptiven Verbrennungsregelung Quelle: Viessmann Abb. 4: Gemessener Verlauf des Ionisationssignals als Funktion der Luftzahl Quelle: Viessmann 0 energie | wasser-praxis Das Wasse stoff-Dossier II P R A X I S
19 energie | wasser-praxis 1/2021 DVGW Kongress GmbH www.dvgw-kongress.digital/ gasmessung l Themen lSmart Metering im Gasbereich lNeuerungen der G 685 lAuswirkungen der Digitalisierung auf Gasmessung und -abrechnung lNeue Geschäftsmodelle durch Smart-Metering lWasserstoff abrechnen: erste Erfahrungen Gasmess ung und -abre chnung smart un d digital 10. – 11. März 202 1, Bonn und online Early Bir d Vorteil bei Anme ldung bis 15. Janu ar! © Fotolia.com/ghazii Das Testprogramm beinhaltete Untersuchungen zu: • Gerätesicherheit (abgeleitet aus EN 15502): SicherheitsAbschaltwege, Flammenrückschlag und Late Ignition • Robustheit und Kernfunktionen der Geräte: Zündverhalten, Ionisations-Strom(Io-Strom)/Flammenüberwachung und Grenzgassimulation • Geräteeigenschaften: Luftzahl und Leistung, Emissionen (CO/NOx) und Effizienz/Wirkungsgrad Die Ergebnisse waren sehr zufriedenstellend. So wurden bei einer Wasserstoff-Beimischung von 30 Vol.-% alle Testkriterien vollständig erfüllt. Die Gerätesicherheit bleibt auch bei dieser hohenWasserstoff-Konzentration imvollen Umfang gewährleistet. Ebenso werden die Kernfunktionen vollständig erfüllt und die Robustheit wird nicht beeinträchtigt. Das Zündverhalten hat sich verbessert. Bei den Geräteeigenschaften war festzustellen, dass – wie zu erwarten war – die Luftzahl steigt und die Leistung sinkt. Die Emissionen hatten sich mit dem Gas-Gemisch erheblich verbessert, insbesondere dieNOx- und die CO-Werte sanken deutlich. Nahezu unverändert blieb die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad. Gasadaptive Verbrennungsregelung Einen entscheidenden Beitrag zu den guten Testergebnissen leistete die gasadaptive Verbrennungsregelung, welche auf der stetigen Messung und Auswertung des Ionisationsstroms in der Flamme bei angelegter elektrischer Wechselspannung an den Elektroden der Flammenüberwachung basiert (Abb. 3). Das Ionisationssignal aus der Flamme ist seit Langem bekannt, wurde aber geraume Zeit lediglich als Bestandteil der Sicherheitskette zur Flammenerkennung eingesetzt. Erst in den 1990er-Jahren wurden wichtige schaltungstechnische Fortschritte im Hinblick auf Signalaufbereitung und Auswerteverfahren erzielt. Diese ermöglichen es, das Ionisationssignal (Io-Signal) auch zur Luftzahlermittlung und Regelung zu nutzen. Das entsprechende Verfahren baut auf diesen Basisentwicklungen auf und wurde sukzessive für moderne, leistungsdichte und hochmodulierende Brennwertgeräte weiterentwickelt. Das Ionisationssignal entsteht aus einer Wechselwirkung von Ladungsträgern in der Flamme und dem angelegten elektrischen Wechselfeld zwischen Ionisations-Elektrode und dem geerdeten Flammkörper. Beiträge zum Signal liefern einerseits Elektronen, die durch hohe Temperaturen von Brennerbauteilen und der Ionisationselektrode freigesetzt werden, und andererseits durch chemische Elementarreaktionen entstehende Ionen und Elektronen. Beide Prozesse werden direkt oder indirekt durch die Flammentemperatur beeinflusst und ergeben den in Abbildung 4 dargestellten Verlauf des Ionisationssignals über der Luftzahl. Crashkur s: W ser t offExpertis in 3 Tage n 26. – 28. Septembe r 2023, on line www.dvgw-kongress.de/ crashkurs-wasserstoff Themen lWertschöpfungskette von der Produktion zur Anwendung lPolitischer und rechtlicher Rahmen lEntwicklung einer zukünftigen H 2-Netzplanung lWie können Stadtwerke von der Energiewende profitieren? © shutterstock.com/ peterschreiber.media Jetzt für unsere Onlineve ranstaltu ng anmelde n! Das Wasserstoff-Dossier II
20 energie | wasser-praxis 1/2021 T E C H N I K Verhalten der gasadaptiven Verbrennungsregelung gegenüber Wasserstoff Aufgrund der unterschiedlichen Verbrennungseigenschaften imVergleich zu Erdgas (CH4), insbesondere den höheren Verbrennungsgeschwindigkeiten und -temperaturen, bewirkt Wasserstoff, dass sich Reaktions- und auch Leitfähigkeitszonen für die Erfassung des Ionisationssignals (Io-Signal) für die gasadaptiveVerbrennungsregelung verschieben. Messungen mit dem wasserstoffhaltigen Testgas G222 (23 Vol.-% H2, Rest: Methan) zeigen, dass es zu einer systematischen, lastabhängigen Verschiebung der Luftzahl kommt (Abb. 5). Bei parametrierter Io-Sollwertkurve für Methan (G20) kommt es mit demwasserstoffhaltigen Testgas G222 zu einer „magereren“ Verbrennung, da eine „leitfähigere“ Flammewahrgenommen und inder FolgedieGasmenge reduziert wird. Dies ist einfach durch ein Erhöhen der Io-Sollwertkurve zu kompensieren.Der Luftzahlverlauf kannwieder auf den gewünschten Sollwert (hier Lambda = 1,34) angepasst werden. Aktuelle Entwicklungen befassen sich mit der Auswertung verschiedener ProzesswerteausdemelektronischenRegelsystem, umSignaturen der Gasbeschaffenheit zu ermitteln, welche auf die Zusammensetzung von Gasgemischen schließen lassen.Damit kannzukünftig auchdie Luftzahl automatischbeiWasserstoff-Erdgas-Gemischen korrigiert werden. Gasheizgeräte für den Betrieb mit reinem Wasserstoff Der Betrieb mit reinem Wasserstoff steht derzeit im Fokus der Entwicklungsarbeiten bei Viessmann. Aktuelle Herausforderung ist das fehlende Ionisationssignal, das die gasadaptive Verbrennungsregelung benötigt. Aus diesem Grund wird für den reinen Wasserstoffbetrieb ein neues Konzept für die Flammenüberwachung erforderlich. Die dargestellte Abhängigkeit des IoSignals von der Luftzahl ermöglichte es, ein Regelungsverfahren aufzubauen, inwelchemder gewünschten Luftzahl ein Io-Sollwert zugeordnet wurde. Umdas ganzeModulationsband eines Brenners abzudecken, wird eine leistungsabhängige Io-Sollwertkurve für den optimalen Luftzahlverlauf imRegelungssystem hinterlegt. Der komplette elektronischeGas/Luft-Verbund gleicht Unterschiede der Gasbeschaffenheiten automatisch aus undmacht es möglich, das gesamte Erdgasband (E/LL) ohne manuelle Einstellungen amGerät zu nutzen. Quelle: Viessmann Konzeptmerkmale neu entwickelter vollvormischender Oberflächen-Gasbrenner sensorbasiertes elektronisches Verbrennungsregelungssystem mit Lambda-Sonde neuartige Flammenüberwachung (Thermofühler/UV-Sonde) modularer Brenneraufbau Vorteile • wasserstofftauglich • weites Betriebsfeld • NOx-Minderung (Verbund Lambda-Sonde) • optimale Betriebsführung und Effizienz • optimale Zündkontrolle • großer Modulationsbereich • geeignet für Wasserstoff und Erdgas • Voraussetzung für Erdgas/H2-Umstellung • durch Brennertausch Heizgerät umstellbar von Erdgas auf Wasserstoff Tabelle 2: Konzeptmerkmale Abb. 6: Sensorgeführte elektronische Verbrennungsregelung mit Lambda-Sonde Quelle: Viessmann Abb. 5: Betrieb mit 23 Vol.-% Wasserstoff (G222) Quelle: Viessmann 12 energie | wasser-praxis Das Wasse stoff-Dossier II P R A X I S
21 energie | wasser-praxis 1/2021 zenmöglichist. Zwar könnenalleGas-Heizgeräte schonheute10Vol.-%Wasserstoff imErdgasproblemlos nutzen – die getesteten Gas-Brennwertgeräte erlauben aber auch ohne Weiteres die Zumischungvonbis zu30Vol.-%Wasserstoff.Diese Geräte haben allerdings dafür noch keine Zulassung, gleichzeitig fehlt bislang in Deutschland wie auch Europa ein gültiges Regelwerk für den Einsatz solcherWärmeerzeuger. Für denBetriebmit 100ProzentWasserstoff sind Gas-Heizgeräte inder Entwicklung, erste Prototypen werden derzeit ausführlich erprobt. Die Felderprobung erfolgt dannab2023 imRahmen des SmartQuart-Projekts in Kaisersesch, dem ersten „Reallabor der Energiewende“. W Literatur [1] Deutsche Energie-Agentur GmbH: dena-Leitstudie Integrierte Energiewende, Impulse für die Gestaltung des Energiesystems bis 2050, Berlin 2018. Basis für die Entwicklungsarbeiten ist ein gasadaptivesBrennwertgerät fürErdgasmit einemvollvormischenden Oberflächen-Gasbrenner, welches auf die Spezifika der reinenWasserstoffverbrennung angepasst wird. Die gegenüber Erdgas deutlich abweichenden VerbrennungseigenschaftenvonWasserstoff erfordern insbesondere eine Neuentwicklung des Verbrennungs-, Flammenüberwachungs-undRegelsystems sowieeine AnpassungderKomponenten.UmdieZielanforderungen bestmöglich zu erfüllen, basiert das technischeKonzept aufdernachstehendskizzierten, sensorgeführten elektronischen Verbrennungsregelung (Abb. 6, Tab. 2). Insbesondere bietet dieses Konzept gute Voraussetzungen für die einfache Umstellbarkeit von Erdgas aufWasserstoff, sodass die Zukunftsfähigkeit der Geräte in der Transitionsphase gewährleistet bleibt. Die Entwicklungsarbeiten für das WasserstoffBrennwertgerätwerdenimRahmendesvomBundeswirtschaftsministerium(BMWi) geförderten Projekts „SmartQuart“ durchgeführt. Im QuartierKaisersesch inder gleichnamigenrheinlandpfälzischenVerbandsgemeinde entsteht imRahmendieses Projekts einekomplette Infrastruktur von der Wasserstofferzeugung über Transport und Speicherung bis zur Endanwendung in den Sektoren Wärme, Mobilität und Industrie. Der Entwicklungsstand dieser Geräte befindet sich derzeit im Stadium der Prototypen-Erprobung; es folgen die Phasen der Qualifizierung, Dauererprobungundschließlichder EinsatzderGeräte abAnfang 2023 imReallabor Kaisersesch. Fazit Die Prüfstandläufe im Viessmann-Technikum habengezeigt,dassdieeffizienteVerwendungdes EnergieträgersWasserstoff bereits jetzt zumHeiDr.-Ing. Manfred Dzubiella ist Head of R&D Thermodynamics and Engineering Services bei der Viessmann Werke Allendorf GmbH. Wolfgang Rogatty ist im Bereich Corporate Communications bei der Viessmann Climate Solutions SE tätig. Kontakt: Dr.-Ing. Manfred Dzubiella Viessmann Werke Allendorf GmbH Viessmannstr. 1 35107 Allendorf Tel.: 0151 15168102 E-Mail: drd@viessmann.com Internet: www.viessmann.com Die Autoren energie | wasser-praxis Wasserstoff ist Ihr Metier? Unseres auch! Platzieren Sie Ihre Anzeige in der DVGW energie | wasser-praxis 2021 und profitieren Sie von wiederkehrenden redaktionellen Schwerpunkten zum Trendthema Wasserstoff. Kontakt Nadine Heckinger 0228 9191-452, heckinger@wvgw.de Dina Schmidt 0228 9191-453, schmidt@wvgw.de Britta Schi 0 61, schick@wvg .de 13 Das Wasserstoff-Dossier II
landwerden imgleichen Jahr inder Nationalen Wasserstoffstrategie insgesamt 5 GW installierte Leistung vorgesehen [2]. Die Herstellung und Verwendung von Wasserstoff werden jedoch inZukunft aufgrundunterschiedlicher Gegebenheiten und Restriktionen sowohl zeitlich als auch überwiegend örtlich getrennt sein. Zumeinen sind diewesentlichen zukünftigen Wasserstoffverbraucher bereits heute lokal festgelegt: Industrien sind inder Regel anbestehende Standorte gebundenundweisen häufig eine definierte Bedarfsstruktur auf. Der Mobilitäts- sowie der Wärmesektor hingegen werden über die Verteilung in der Fläche erreicht, wobei z. B. insbesondere der Wärmesektor eine hohe Saisonalität aufweist. ZumanDie politischenEntwicklungen insbesondere der jüngstenVergangenheit haben gezeigt, dass Wasserstoff ein zentrales Element auf demWeg zur Umsetzung der Energiewende ist. So haben sowohl die EU als auch die Bundesrepublik Deutschland im zurückliegenden Jahr 2020 jeweilsWasserstoffstrategienveröffentlicht, deren Ziel es ist, einen Markt für (vorrangig grünen) Wasserstoff zu schaffen. Die EU plant in diesem Rahmen mit einer installierten Elektrolyseleistung von 40Gigawatt (GW) im Jahr 2030 [1]; inDeutschEntwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur: über Projekte in die Netzentwicklung Der Hochlauf einer Wasserstoffwirtschaft macht es erforderlich, parallel eine Wasserstoffinfrastruktur aufzubauen. Denn nur mit einer solchen können Aufkommensquellen mit Abnehmern kosteneffizient verbunden werden. Erste Vorschläge für eine entsprechende deutsche Infrastruktur wurden von den Fernleitungsnetzbetreibern mit dem „visionären Wasserstoffnetz“ und dem „Wasserstoffstartnetz 2030“ vorgestellt. Bei der Entwicklung dieser Vorschläge hat sich insbesondere gezeigt, dass die Kenntnis von Projekten wie beispielsweise „GET H2 Nukleus“ eine wesentliche Komponente in der Planung eines Wasserstoffnetzes ist. Somit wird auch bei der Weiterentwicklung des Wasserstoffstartnetzes 2030 im Rahmen des Netzentwicklungsplans 2022–2032 erneut auf eine Marktabfrage zu Wasserstoffprojekten gesetzt. Mit dem European Hydrogen Backbone liegt zudem bereits ein Konzept für ein europaweites Wasserstoffnetz vor. von: Christoph Höft (Open Grid Europe GmbH) & Dr.-Ing. Alexander Heim (Thyssengas GmbH) Disclaimer: Bei der Karte handelt es sich um eine schematische Darstellung, die hinsichtlich der eingezeichneten Speicher und Abnehmer keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. H2-Startnetz 2030 Abb. 1: Schematische Darstellung des Wasserstoffstartnetzes 2030 aus der Grüngasvariante des Netzentwicklungsplans Gas 2020–2030 (blau) sowie des visionären Wasserstoffnetzes (grün) Quelle: [9] 33 energie | wasser-praxis 3/2021 14 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II P R A X I S Ausgabe 03/2021
Nebendieser Visionhabendie beteiligten Akteure im Rahmen des Prozesses zumNetzentwicklungsplanGas 2020– 2030 ein Wasserstoffstartnetz für das Jahr 2030 modelliert. Die wesentliche Basis dieser sogenanntenGrüngasvariante sinddie Ergebnisse einerMarktabfrage. Innerhalb dieser Abfragewurden insgesamt 31 Grüngasprojekte, darunter überwiegendWasserstoffprojekte, in ganz Deutschland identifiziert, die sowohl Quellen als auch Senken darstellen.Mit 21Projektenhat sichNordwestdeutschland als regionaler Schwerpunkt herauskristallisiert; folglichwird einWasserstoffstartnetz in dieser Region für das Jahr 2030 abgeleitet. In diesem Prozess hat sich zudem erwiesen, dass konkreteWasserstoffprojekte und damit auch die Kenntnis von zukünftigenWasserstoffbedarfen und -aufkommensquellenwesentliche Säulen für dieNetzentwicklung unddamit für den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft sind. So hat sich auch gezeigt, dass hinsichtlich der genannten und berücksichtigten Projekte die Bilanz der Quellen und Senken nicht ausgeglichen ist, da die Senken kapazitiv überwiegen. Zur Deckung dieser Wasserstoffbedarfe ist somit auch der Import des Energieträgers notwendig. Folglich verbindet das vorgeschlagene Wasserstoffstartnetz 2030 vorwiegend die Bedarfsschwerpunkte in Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen mit Aufkommensquellen aus Nordwestdeutschland sowie mit wesentlichen Importrouten fürWasserstoff. Es umfasst ein Leitungssystem von über 1.200 km Länge, von denen nur ca. 100 km neu gebaut werden müssten. Durch die Nutzung und Umstellung vorhandener Leitungen können auch die Kosten für dieses System gering gehalten werden [8, 9]. Die Lage des visionärenWasserstoffnetzes (grün) sowie des Wasserstoffstartnetzes 2030 (blau) ist in Abbildung 1 schematischdargestellt. DieAbbildung gibt zudemeine ersteÜbersicht über die Standorte vonGasspeichern sowie von potenziellen ersten Abnehmern von deren ist die Erzeugung von vorrangig grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien volatil. In Deutschland kommt hierfür prioritär dieWindkraft (sowohl on- als auch offshore) infrage. Folglich werden hierzulande in den nördlichenBundesländerndie größten Potenziale für Elektrolysestandorte gesehen [3, 4]. Parallel werden aber auch die Erzeugung undder Import vonweiterem klimaneutralen (z. B. „blauen“ oder „türkisen“)Wasserstoff inZukunft eine Rolle spielen [2]. Dem folgend ist der Aufbau einerWasserstoffinfrastruktur eine wesentliche Voraussetzung, um den WasserstoffMarkthochlauf umsetzen zu können. Hierbei ist es auf jeden Fall geboten, die bereits bestehendeGasinfrastruktur zu berücksichtigen, denn die heutige Infrastruktur verbindet bereits potenzielleQuellenstandorte und Importrouten mit den heutigen wie auch zukünftigengroßenLastzentren sowie demVerbrauch in der Fläche. Eine zeitliche Entkopplung von (volatiler) Erzeugung und demVerbrauch ist darüber hinaus auch imZeitbereich sogenannter Dunkelflauten über die angeschlossenen Gasspeicher möglich. Die bereits vorhandene Gasinfrastruktur bietet so eine kostengünstige Option des zukünftigen Energietransports und ermöglicht damit eine effiziente Erreichung der energiepolitischen Dekarbonisierungsziele. Netzausbauvorschlag der FNB ermöglicht den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft bis 2030 Studienzeigen, dass einekosteneffiziente und robuste Energiewende insbesonderedurchVerwendungundAuslastung der vorhandenen Infrastruktur gelingt [5, 6]. Die bereits zu Beginn des vergangenen Jahres vondenFernleitungsnetzbetreibern (FNB) veröffentlichte Vision des potenziellen Wasserstoffnetzes in Deutschland war vor diesem Hintergrundeinersterwichtiger Schritt.Das in dieser Vision von den FNB entwickelte Leitungssystem umfasst 5.900 km und verbindet Verbrauchs- und Aufkommensschwerpunkte vonWasserstoff sowieUntertagespeicher. Über 90Prozent dieses Systems können durch Umstellungen im bestehenden Erdgasnetz abgedeckt werden [7]. Abb. 2: Überblick über die einzelnen Bestandteile des Projektes GET H2 Nukleus Quelle: [14] 34 energie | wasser-praxis 3/2021 O R G A N I S A T I O N & M A N A G E M E N T 15 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II
Wasserstoff aus den Bereichen Stahl, Chemie und Raffinerie. GET H2 – vom Nukleus zum Startnetz Eines der Projekte, die Eingang in die Grüngasvariante des NEP 2020–2030 gefunden haben, ist GET H2 Nukleus. Dieses Projekt verdeutlicht, wie wichtig der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur als Voraussetzung für den Hochlauf einer Wasserstoffwirtschaft ist. Das Projekt ist zudem ein Beispiel, das zeigt, wie die bedarfsgerechte Netzplanung auf Grundlage konkreter Projekte erfolgt. GET H2 Nukleus ist ein Projekt der Initiative GET H2, welche sich zum Ziel gesetzt hat, wesentlich zumAufbau einer Wasserstoff infrastruktur in Deutschland beizutragen [10]. Dazu ist vorgesehen, bis zum Jahr 2023 einen Elektrolyseur mit einer elektrischen Leistung von 100 Megawatt (MW) in Lingen im Emsland zu errichten. Zudemsoll parallel ein erstesWasserstoffnetz zwischen Lingen und dem nordrhein-westfälischen Gelsenkirchen aufgebaut werden, welches damit im Zentrum des Wasserstoffstartnetzes 2030der FNB liegt (Abb. 2). Für einTeilstück ist dabei vonEvonikaucheinNeubau vorgesehen. Als Abnehmer soll das Netz sowohl Raffinerien der bp AG als auch den ChemieparkMarl der Evonik IndustriesAGerreichen. EinAusbauder Elektrolyseleistung kann dabei zudem nachBedarf erfolgen. Ebenfallswirdder Anschluss eines Gasspeichers angestrebt [11]. Die geografische Lage des Projekts sowie dessen potenzielle Einbindung in das Wasserstoffstartnetz 2030 der FNB ermöglichen darüber hinaus einenAnschluss an einniederländischesWasserstoffnetz und somit den Zugang zuweiterenWasserstoffquellen. Auch indiesemProjekt kann einGroßteil der aufzubauenden Wasserstoffinfrastruktur durch die Umstellung vorhandener Gasleitungen auf den Transport von 100 ProzentWasserstoff umgesetztwerden. Die beidenFNBNowega und OGE (OpenGrid Europe) arbeiten hierzu in diesem Projekt mit dem TÜV zusammen, um die Verträglichkeit der eingesetzten Werkstoffe aller Komponenten für denBetriebmit Wasserstoff nachzuweisen. Analoge Prüfungenwerden ebenso u. a. an den Anknüpfungspunkten zum GET H2 Nukleus im Netz der Thyssengas durchgeführt. Ebenfalls muss die ausreichende Dimensionierung der Netze für Betriebsdruck und Betriebslastwechsel geprüft werden. Die beiden Unternehmen gehennachderzeitigem Stand davon aus, dass die betrachteten Gasleitungen für eine Umstellung grundsätzlich geeignet sind, denn bisher sind keine Ausschlusskriterien festgestellt worden. Eine abschließende Beurteilung erfolgt nach Beendigung der zurzeit noch andauernden Prüfungen und Untersuchungen [12, 13]. Marktabfrage schafft Basis für eine transparente Plattform ImRahmendesbereits genanntenNetzentwicklungsplansGas 2020–2030hat sich die Marktabfrage als sehr gutes Instrument erwiesen, um einen Gesamtüberblick über Wasserstoffinitiativen und weitere Grüngasprojekte zu erhalten. Deshalb haben die FNB imVorfeld des kommenden Netzentwicklungsplans Gas 2022–2032 eine erneute Abfrage von Projekten für die Erzeugung und den Bedarf von Wasserstoff sowie weiteren grünen Gasen gestartet. Die Ergebnisse der Abfrage, in der bis zum 16. April 2021 Vorhaben gemeldet werden können, sind Grundlage für die Weiterführung der Modellierung des Wasserstoffstartnetzes.DieMarktabfrage richtet sich dabei sowohl an Unternehmen, Projektverantwortliche und Verteilnetzbetreiber als auchanProjekte in Nachbarländern mit Auswirkungen auf Deutschland. Damit schafft die Abfrage eine transparente und effiziente PlattformfürNetznutzer und -betreiber und dient demziel- und bedarfsorientiertenAufbau einer deutschenWasserstoffinfrastruktur [15]. Die Teilnehmer der Abfrage sind aufgerufen, Informationenz. B. über denProjektstandort, diegeplanteEin- oderAus35 energie | wasser-praxis 3/2021 Für das Netz von morgen: Schon heute sind viele unserer Produkte für bis zu 100% Wasserstoff geeignet und sorgen so für Ihr zukunftssicheres Gasnetz. SCHUCK IST H2 READY Als erster Hersteller von Gebäudeeinführungssystemen und Armaturen erhalten SCHUCK Produkte die Freigabe für den Betrieb mit Wasserstoff. GROUP SCHUCK ist H2ready ® C M Y CM MY CY CMY K 16 P R A X I S
speiseleistung und den Zeitpunkt der Inbetriebnahme zu melden. Diese Informationenwerdennach einer Plausibilisierung durchdie FNB imKonsultationsdokument des Szenariorahmens für den Netzentwicklungsplan Gas 2022–2032 berücksichtigt. Andie KonsultationundBestätigungdieses Szenariorahmens durchdieBundesnetzagentur schließt sich dann die eigentliche Modellierung zumNetzentwicklungsplan Gas 2022–2032 an. Um dabei auf belastbare Informationen aufsetzen zu können, sind die Teilnehmer der Marktabfragegebeten, ihreProjekteu. a. imHinblick auf Realisierungszeitpunkt und Transportkapazität so weit wie möglich zukonkretisierenunddieUmsetzungsabsicht zu bestätigen. Zu diesemZweck soll, voraussichtlichbis zum 1.Oktober2021, eineAbsichtserklärung zwischen Projektträger und zuständigem FNB im Sinne eines „Memorandum of Understanding“ (MoU) abgeschlossenwerden. ImAnschluss andie Genehmigung der jeweiligen ProjektvorhabendurchdieBundesnetzagentur ist die Vereinbarung eines Realisierungsfahrplans vorgesehen,welcher die nächsten Schritte für einen Anschluss an die Wasserstoffinfrastruktur präzisiert. Dies wird voraussichtlich imviertenQuartal 2022 erfolgen [16]. Voraussetzunghierfür als auch für die konkrete Umsetzung der Planungen für ein Wasserstoffnetz ist, dass eine Anpassung des Rechtsrahmens noch indieser Legislaturperiode vonder Bundesregierung auf denWeggebrachtwird. ZudiesenVoraussetzungenzählt u. a., dass die FNB überhaupt erst berechtigt werden, regulierteWasserstoffnetze zuerrichten und zu betreiben. European Hydrogen Backbone: Ausblick auf den zukünftigen Wasserstofftransport in Europa Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft ist jedoch nicht nur inDeutschland ein Thema. Weltweit gibt es bereits eine Vielzahl an nationalen Strategien, die die Bedeutung von Wasserstoff als zukünf t igen kl imafreundlichen Energieträger und Grundstoff hervorheben [17]. Auch die EU-Kommission plant in ihrer Wasserstof fstrategie für ein kl imaneutrales Europa die phasenweise Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft und unterstreicht die Notwendigkeit der Schaffung eines Wasserstoffnetzes in der EU [1]. Vor diesem Hintergrund ist das Konzept einer reinen Wasserstoff-Transportinfrastruktur in Europa, welches eine Gruppe von elf FNB aus neun EUStaaten im Sommer letzten Jahres vorgestellt hat, ein wichtiger Meilenstein. Das Konzept eines sogenannten European Hydrogen Backbone (EHB) sieht dabei eine schrittweise Entwicklung vor: Geplant ist ein Netz, das ab Mitte der 2020er-Jahre bis 2030 zu einem zunächst 6.800 km langen Leitungssystem ausgebaut wird und sogenannte „Hydrogen Valleys“ miteinander verbindet. Diese „Hydrogen Valleys“ sind die in den Niederlanden und in Deutschland auf nationaler Ebene vorgeschlagenenWasserstoffstartnetze mit zusätzlichen Zweigen nach Belgien und Frankreich. Darüber hinaus werden Abb. 3: Der geplante European Hydrogen Backbone soll in Zukunft große Teile Europas über eine Wasserstoff-Transportinfrastruktur miteinander verbinden. Quelle: [19] 36 energie | wasser-praxis 3/2021 O R G A N I S A T I O N & M A N A G E M E N T 17 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II
regionale Netzwerke in Italien, Spanien, Dänemark, Schweden, Frankreich und Deutschland entstehen [18]. Die Verknüpfung dieser zunächst getrennten Netzwerke erfolgt zunehmend über Ländergrenzen hinweg und soll in einem EU-weiten Wasserstoffnetz mit einer Länge von bis zu 23.000 km im Jahr 2040 resultieren (Abb. 3). Dabei basiert der überwiegende Teil dieses Netzes (ca. 75 Prozent) auf umgestellten Erdgasleitungen, die durch neu zu bauende Leitungen (ca. 25 Prozent) ergänzt werden. Somit entsteht parallel zum (Bio-)Methannetz ein reines Wasserstoffnetz, welches für den effizienten Transport großer Mengen von Wasserstoff über weite Strecken genutzt werden kann. Die Abschätzung der Kosten für den Aufbau dieses Netzes sind natürlich mit Unsicherheiten verbunden – nach Einschätzung der FNB sind hierfür ca. 27 bis 64Mrd. Euro zu veranschlagen. Jedoch ergeben sich bezogen auf den Transport von einem kg Wasserstoff pro 1.000 km spezifische Kosten in Höhe von nur 0,09 bis 0,17 Euro [18]. Diese imGesamtkontext der Energiewende überschaubarenKosten ermöglichen einen wirtschaftlichen Transport von Energie über große Entfernungen und eröffnen damit neue Versorgungsmöglichkeiten. Wasserstoff kann somit seinenWeg aus Regionen in Europamit günstigenBedingungen für Solar- undWindenergie, beispielsweise in Spanien und an der Nordseeküste, in die Bedarfszentren finden. Zusätzlich ermöglicht der EHB den Anschluss an zukünftige globaleWasserstoffströme, einschließlich Nordafrika und möglicherweise der Ukraine und Russland. Davon profitiert auch Deutschland, welches auf den Import von klimafreundlichemWasserstoff angewiesen ist [2]. Der von den elf FNB vorgestellte EHB ist ein wichtiger Schritt zum Aufbau eines europaweiten Wasserstoffnetzes. An der Weiterentwicklung des Konzeptes wird bereits gearbeitet, denn der Hochlauf einer Wasserstoffwirtschaft nimmt an Fahrt auf und macht den Aufbau einerWasserstoffinfrastruktur umso notwendiger. W Literatur [1] EU-Kommission: Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat, den europäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen: Eine Wasserstoffstrategie für ein klimaneutrales Europa, 2020. [2] Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie: Die Nationale Wasserstoffstrategie, 2020. [3] Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH: Wasserstoffstudie Nordrhein-Westfalen – Eine Expertise für das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen, online unter www.wirtschaft.nrw/sites/default/files/asset/ document/bericht_wasserstoffstudie_nrw-2019-0409_komp.pdf, abgerufen am 5. Januar 2021. [4] FFE: Studie zur Regionalisierung von PtG-Leistungen für den Szenariorahmen NEP Gas 2020 – 2030, online unter www.fnb-gas.de/media/fnb_gas_ptg-studie_ ffe_klein.pdf, abgerufen am 5. Januar 2021. [5] Deutsche Energie-Agentur GmbH (Hrsg.): dena-Leitstudie Integrierte Energiewende – Impulse für die Gestaltung des Energiesystems bis 2050 – Ergebnisbericht und Handlungsempfehlungen, online unter www. dena.de/fileadmin/dena/Dokumente/Pdf/9262_denaLeitstudie_Integrierte_Energiewende_Ergebnisbericht. pdf, abgerufen am 12. Januar 2021. [6] Frontier Economics Ltd: Der Wert der Gasinfrastruktur für die Energiewende in Deutschland – Eine modellbasierte Analyse, online unter www. frontier-economics.com/media/2260/der-wert-dergasinfrastruktur.pdf, abgerufen am 12. Januar 2021. [7] FNB Gas e. V.: Erläuterungen zur Karte des „visionären“ Wasserstoffnetzes (H2-Netz), online unter www.fnb-gas.de/media/erlaeuterungen_zur_visionaeren_H2-karte.pdf, abgerufen am 4. Januar 2021. [8] FNB Gas e. V.: Netzentwicklungsplan Gas 2020–2030 – Entwurf, online unter www.fnb-gas.de/media/ fnb_gas_2020_nep_entwurf_de.pdf, abgerufen am 4. Januar 2021. [9] FNB Gas e. V.: H2-Startnetz 2030, online unter www. fnb-gas.de/media/fnb_gas_H2_startnetz_2030.jpg, abgerufen am 5. Januar 2021. [10] GET H2: GET H2 – Mit Wasserstoff bringen wir gemeinsam die Energiewende voran, online unter www.get-h2.de, abgerufen am 5. Januar 2021. [11] GET H2 Nukleus: Der Startschuss für die Wasserstoffwirtschaft in Deutschland, online unter www. get-h2.de/wp-content/uploads/geth2-nukleus_praesentation_201127.pdf, abgerufen am 20. Januar 2021. [12] Adam, P., Heunemann, F., von dem Bussche, C., Engelshove S., Thiemann, T.: Wasserstoffinfrastruktur – tragende Säule der Energiewende – Umstellung von Ferngasnetzen auf Wasserstoffbetrieb in der Praxis, online unter www.nowega.de/wp-content/ uploads/200915-whitepaper-h2-infrastruktur-DE.pdf, abgerufen am 20. Januar 2021. [13] Marewski, U., Engel C., Steiner, M.: Umstellung von bestehenden Erdgasleitungen zum Transport von Wasserstoff, in: DVGW energie | wasser-praxis, Ausgabe 9/2020, S. 12–17. [14] GET H2: GET H2 Grafik, online unter www.get-h2.de/ wp-content/uploads/GET-H2-Grafik_013.jpg, abgerufen am 20. Januar 2021. [15] FNB Gas e. V.: Netzentwicklungsplan Gas wird deutsche Transparenzplattform für den WasserstoffMarkthochlauf, online unter www.fnb-gas.de/fnb-gas/ veroeffentlichungen/pressemitteilungen/netzentwicklungsplan-gas-wird-deutsche-transparenzplattformfuer-den-wasserstoff-markthochlauf/, abgerufen am 14. Januar 2021. [16] FNB Gas e. V.: Kriterien für Projekte für die Erzeugung und den Bedarf von Wasserstoff und Grünen Gasen zur Berücksichtigung im Konsultationsdokument des Szenariorahmens zum Netzentwicklungsplan Gas 2022–2032, online unter www.fnb-gas. de/media/2021_01_11_sr_2022_-_kriterien_h2_ und_gruene_gase_de_1.pdf, abgerufen am 15. Januar 2021. Christoph Höft ist Senior Projektleiter im Bereich Unternehmensentwicklung & Strategie der Open Grid Europe GmbH. Dr.Ing. Alexander Heim ist Projektleiter Element Eins im Kompetenzzentrum Innovation und Strategie der Thyssengas GmbH. Kontakt: Dr.-Ing. Alexander Heim Thyssengas GmbH Emil-Moog-Platz 13 44137 Dortmund Tel.: 0231 91291-5644 E-Mail: alexander.heim@thyssengas.com Internet: www.thyssengas.com Die Autoren [17] Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH: International hydrogen strategies – A study commissioned by and in cooperation with the World Energy Council Germany, online unter www.weltenergierat.de/wp-content/ uploads/2020/09/WEC_H2_Strategies_finalreport_200922.pdf, abgerufen am 21. Januar 2021. [18] Gas for Climate: European Hydrogen Backbone – how a dedicated hydrogen infrastructure can be created, online unter https://gasforclimate2050.eu/sdm_ downloads/european-hydrogen-backbone/, abgerufen am 21. Januar 2021. [19] Gas for Climate: European Hydrogen Backbone 2040, online unter https://gasforclimate2050.eu/ wp-content/uploads/2020/12/EHB_2040.png, abgerufen am 21. Januar 2021. 37 energie | wasser-praxis 3/2021 18 energie | wasser-praxis Das Wasserstoff-Dossier II P R A X I S
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