Drei Jahre NEW 4.0 - Wie Norddeutschland aus Wind Sprit und Wärme macht

von Janina Grimm, 
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Förderung von grünen Wasserstofftechnologien und praktische Anwendungsfälle in Schleswig-Holstein und Hamburg

In Deutschlands Küstenländern weht viel und starker Wind. Windräder finden sich hier zu mehreren tausenden. Sie liefern große Mengen sauberen Strom. Einen Blick auf Schleswig-Holsteins Windenergiebilanz macht das deutlich. Wenn an Nord- und Ostseeküste eine steife Brise weht, kommen mehr als 6.000 Megawatt Windstrom im Jahr zusammen. Damit könnte das nördlichste aller deutschen Bundesländer seinen Eigenbedarf dreifach decken. Angesichts dieser Größenordnung liegt die Frage nahe: Was passiert mit der überproduzierten Energie?

Rechte: Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG

Ein Teil davon wird über Hochspannungstrassen nach Hamburg und auch weiter Richtung Süden abtransportiert. Allerdings verfügen diese sogenannten Stromautobahnen aktuell nicht über ausreichend Kapazitäten, um den gesamten Überschussstrom aufzunehmen. Die Folge: Windräder werden immer häufiger abgeschaltet. Diese Situation ist weder wirtschaftlich tragbar - Stromverbraucher müssen die Windmühlenbetreiber trotzdem bezahlen - noch klimapolitisch sinnvoll. Deshalb setzt sich die Innovationsallianz NEW 4.0 seit Projektbeginn dafür ein, neue, technologiebasierte Alternativen zu entwickeln und auf ihre Praktikabilität zu testen.

Um der vermehrten Abregelung von Windkraftanlagen in Schleswig-Holstein und Hamburg zu entgegnen, erproben die NEW 4.0-Partner unterschiedliche Lösungspfade. Einer davon fällt unter den Aspekt der „energetischen Selbstverwertung“, oder auch der dezentralen Energieversorgung. Das bedeutet nichts anderes als zu versuchen, den lokal erzeugten Grünstrom so gut es geht direkt vor Ort zu nutzen, anstatt ihn über Hochspannungstrassen hunderte von Kilometer in ganz Deutschland zu verteilen. In diesem Zusammenhang spielt die Sektorenkopplung – die Kombination von Strommarkt, Verkehrssektor und Wärmemarkt - eine immer prominentere Rolle. Denn Strom lässt sich nicht nur direkt in Form von Licht oder für das Betreiben elektrischer Geräte nutzen. Er kann auch für die Wärme- und Treibstoffgewinnung verwendet werden. Letzteres ist deswegen so interessant, weil elektrische Energie lediglich ein Drittel des gesamten deutschen Energiebedarfes ausmacht. Die übrigen 60 Prozent entfallen auf die thermische und kinetische Energien, also auf den Wärme- und Verkehrssektor.

Die bekannteste und wohl vielversprechendste Technologie im Bereich der Sektorenkopplung ist „Power-to-Gas“ (PtG). Es handelt sich um ein technisches Verfahren, das überschüssigen Windstrom chemisch – meistens in Form von Wasserstoff - zu speichern vermag, sodass die Energie für alle Sektoren (Strom, Wärme, Verkehr) jederzeit flexibel wieder abrufbar ist. Im Rahmen des NEW 4.0-Projekts sind nach drei Jahren intensiver Innovationsförderung zwei große Leuchtturmprojekte mit integrierter PtG-Analge in Schleswig-Holstein entstanden. Wie sich die Projekte im Laufe der Zeit entwickelt haben, welche Ergebnisse bisher erzielt wurden und welche neuen Geschäftsmodelle von den verantwortlichen Projektpartnern für die Zukunft ins Visier genommen werden, all das jetzt im Detail.

Grüner Strom, grüner Wasserstoff und grünes Gas aus der Region für die Region – die Entwicklung zweier Leuchtturmprojekte in Schleswig-Holstein:

3 Jahre NEW 4.0 in Brunsbüttel

In der Schleusenstadt Brunsbüttel wurde in den letzten drei Jahren viel für die norddeutsche Energiewende getan. Mit Unterstützung des NEW 4.0-Verbundprojekts initiierte Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG ein Pilotprojekt zur Schaffung eines klimaneutralen Energiesystems vor Ort. In Zukunft soll Brunsbüttel von der Stromerzeugung bis zum Endenergieverbrauch in allen drei Sektoren – Strom, Wärme, Verkehr – ganz ohne den Ausstoß von CO2-Emissionen auskommen, so die ganzheitliche Vision der beteiligten Projektpartner.

Projektentwicklung

Konkret wurde es im Dezember 2016 mit dem Erhalt des NEW 4.0-Förderbescheids zum Bau eines PEM-Elektrolyseurs und eines Batteriespeicherkraftwerks im Industriepark Brunsbüttel. Nach erfolgreicher Auftragsvergabe an die Firmen Hydrogenics und ADS TEC konnte der Tief- und Fundamentbau beider Anlagen im Spätsommer 2017 starten. Die Inbetriebnahme des Windstromspeichers erfolgte im November des gleichen Jahres. Die Wasserstoffproduktion begann im August 2018. Seitdem stellt die Firma Wind to Gas Energy jede Stunde 450 Kubikmeter - ca. 40 Kg - grünen Wasserstoff her. Der Strom wird aus dem benachbarten Windpark bezogen. Mit den Erzeugnissen werden die örtliche Wasserstofftankstelle von H2 Mobility Deutschland sowie das Erdgasnetz versorgt. Seit Sommer 2019 können im Stundentakt rund 12 wasserstoffbetriebene PKWs voll betankt werden. Auf das gesamte Jahr gerechnet ließe sich so der Bedarf von 1.700 Autos mit Brenstoffzellentechnik decken. Gefördert wird das Teilprojekt vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) mit einem Gesamtwert von 1.022.667 Euro.

Im August 2019 stieg auch das Schleswig-Holstein Netz (SH Netz) mit einem Investitionsvolumen von 4,5 Millionen Euro in das Verbundvorhaben ein. Finanziert wurde eine Anlage, die es technisch möglich macht, Wasserstoff aus Windenergie dem regionalen Gasnetz beizumischen. Dank der Errichtung dieser im Norden bisher einzigartigen Anlage beläuft sich das Einspeisevolumen auf 500 Kubikmeter im Jahr. Hauptabnehmer des grüneren Gas-Wasserstoff-Gemischs ist die lokale Industrie.

Rund um die neu entstandenen Energielösungen in Brunsbüttel sahen Wind to Gas Energy und die Stadtwerke Brunsbüttel weiteres Potential für den Ausbau der regionalen Wertschöpfungskette ganz im Sinne des Klimaschutzes. Im Oktober 2018 schlossen sie sich daher zu einer „Grünen Allianz“ zusammen. Gemeinsam entwickeln sie seitdem nachhaltige Energie- und Mobilitätsprodukte mit einer rundum-sorglos-Garantie für Privatkunden und Kommunen aus der Region. Wer mit Elektro- oder Wasserstoffautos liebäugelt, kann mit der Brunsbüttler Wind to Energy Leasingverträge abschließen. Auch der Kauf von sogenannten „Wallboxen“ - das sind leistungsstarke Steckdosen zum Aufladen von E-Fahrzeugen direkt im Eigenheim - ist beim Unternehmen inklusive Beratung und Installation möglich.

Das Ende naht - Zeit Bilanz zu ziehen

Im November 2020 endet der Förderzeitraum für das zukunftsweisende Projekt Norddeutsche EnergieWende 4.0. Zeit, Bilanz zu ziehen: Der große Windstromspeicher steht, die grüne Wasserstoffproduktion nimmt Fahrt auf, ein Teil wird fürs Heizen oder Warmwasser, der andere als Benzinersatz verwendet. Dass es technisch möglich und im Prinzip praktikabel ist, überschüssige Windkraftkapazitäten vor Ort für die Dekarbonisierung der drei energieträchtigen Sektoren zu nutzen, hat das Pilotprojekt in Brunsbüttel definitiv unter Beweis gestellt.

Soll das Projekt auch nach NEW 4.0 weiter Früchte tragen, muss die Politik regulatorische Weichen stellen. Nur so kann die Wirtschaftlichkeit der Anlage garantiert werden. 

Tim Brandt, Geschäftsführer von Wind to Gas Energy 

3 Jahre NEW 4.0 in Haurup

Auch das H2-Projekt in Haurup will Windstrom so effektiv wie möglich direkt vor Ort einsetzen, um dem Abregelungsdilemma der heimischen Windparks entgegenzuwirken. Es ist daher auch kein Zufall, dass das Vorhaben just in Haurup umgesetzt werden soll. Sein Umspannwerk ist nämlich eines der von Abregelungen am stärksten betroffenen.

Nutzen statt Abschalten, und das zu günstigeren Preisen für Verbraucher bei gleichzeitiger CO2-Vermeidung lautet das Motto der projektverantwortlichen Partner von Energie des Nordens GmbH & Co.KG (EdN), einem Zusammenschluss aus mehreren Unternehmen der Erneuerbaren-Branche und der Energiegenossenschaft Greenpeace Energy. Unterstützt wird die Energie des Nordens auch durch das Forschungsprojekt NEW 4.0.

Entwicklungspfad und Ergebnisse

Das Konzept ähnelt dem der Kollegen in Brunsbüttel: Über eine PEM-Elektrolyse soll ungenutzter erneuerbarer Strom aus Windkraft für die Langzeitspeicherung fit gemacht werden. Er wird genutzt, um Wasser in Sauerstoff und klimafreundlichen Wasserstoff aufzuspalten. Während der Sauerstoff einfach in die Atmosphäre entweicht, wird der gewonnene Wasserstoff in die nahe gelegene Erdgasleitung „DEUDAN“ eingespeist. Diese liegt nur wenige Kilometer entfernt. Praktisch, so kann die PtG-Anlage fast umgehend mit der Erdgastrasse verbunden werden. Mit Hilfe einer zwischengeschalteten Einspeiseanlage mit Mess- und Regelungstechnik sowie Verdichtereinheiten wird der gasförmige grüne Wasserstoff lediglich auf das richtige Druckniveau gebracht.

Das ist nicht nur praktisch, sondern auch wirtschaftlich und energieeffizient. Denn aufgrund der kurzen Distanz laufen die Projektleiter nicht Gefahr, bedeutende Mengen an Wasserstoff über den Transportweg zu verlieren. Auch der Elektrolyseur selbst trägt zur Effizienzsteigerung bei. Es handelt sich bei der Anlage um eines der modernsten PtG-Technologien mit einem sehr hohen Wirkungsgrad.

Der Kaufvertrag wurde im Januar 2019 mit H-TEC SYSTEMS aus Lübeck geschlossen. Mittlerweile befinden sich sowohl der Elektrolyseur als auch die Einspeiseanlage im Bau. Ende 2020 soll es soweit sein. Verläuft alles nach Plan, werden dann mit der Inbetriebnahme des Elektrolyseurs jährlich drei Millionen Kilowattstunden Wasserstoff gewonnen und ins Gasnetz eingespeist. Nahe der dänischen Grenze könnten dann rund 600 Haushalte ein ganzes Jahr lang warmes Wasser beziehen und an kalten Tagen heizen. Greenpeace Energy, Mehrheitsgesellschafter von EdN seit Oktober 2018, wird damit seinen rund 20.000 proWindgas-Kunden auch grünen Strom aus Haurup anbieten können. Das CO2 Einsparpotenzial wird auf 530 t CO2 jährlich geschätzt.

Über die Autorin

Profilbild zu: Janina Grimm

Seit September 2019 unterstütze ich als studentische Hilfskraft das gesamte Team des Clusters für Erneuerbare Energien Hamburg bei der Entwicklung, Umsetzung und Nachbereitung vielfältiger Fachveranstaltungen. Parallel studiere ich meinen Master in Energy Policy. Diese Kombination aus Praxis und Theorie birgt viele tolle Chancen, meine Kenntnisse im Bereich der Erneuerbaren-Energien-Branche und nachhaltiger Energiepolitik zu vertiefen. (Janina Grimm)

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