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Elektrolyse
„Power to Gas“ ist eine oft angepriesene Lösung! Es müsste allerdings „Power to Gas to Power“ heissen, denn uns fehlt im Winter ja Strom, nicht Gas.
Das Verfahren geht so: Man verwendet überschüssigen Solarstrom, um Wasser durch Elektrolyse in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Der Wasserstoff wird gespeichert und im Winter, bei Stromknappheit, in einem Gaskraftwerk in Strom zurückverwandelt. Hier ist die Rechnung ein wenig komplizierter und, wegen fehlender Erfahrung, unsicher. Versuchen wir es trotzdem:
Um in einem Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk (GuD) 3 Milliarden kWh zu produzieren, benötigt man 2 Milliarden m3 Wasserstoff, wenn man einen Wirkungsgrad des Kraftwerks von 50% annimmt. Der Brennwert von 1 m3 Wasserstoff ist 2,99 kW. Wie lagert man diese Menge Wasserstoff? Eine Möglichkeit sind kugelförmige Druckspeicher, wie sie für Erdgas verwendet werden. Bei einem typischen Durchmesser von 40 Metern und einem Druck von 10 bar fassen sie 250'000 m3 Gas. Wir benötigen also 8'000 dieser Speicher. Sie besetzen ein Feld von 4,5 mal 4,5 km.
Wieviel elektrische Energie wird benötigt, um 2 Milliarden m3 Wasserstoff herzustellen? Der theoretische Wert beträgt 3 kWh pro m3. Allerdings ist die Elektrolyse nicht zu 100% effizient. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 75 und 80%. Somit sind 4 kWh pro m3 realistisch. Das heisst, wir brauchen 8 Milliarden kWh um den benötigten Vorrat an Wasserstoff anzulegen, damit wir im Winter 3 Milliarden kWh produzieren können. Dabei haben wir die Gasverluste während der monatelangen Speicherung, die Energie für die Kompression der Speicher und die Verluste beim Transport des Stroms von den Photozellen zur Elektrolyseanlage vernachlässigt!
Die Kosten sind schwierig abzuschätzen:
Die Gaskraftwerke müssen eine Leistung von mindestens 2 GW haben, damit die 3 Milliarden kWh in den 60 Tagen produziert werden können, während denen Strommangel herrscht. Block 5 des Kraftwerks Irsching, ein GuD mit einer Leistung von 860 MW, kostete 2006 450 Millionen Euro. Wir müssen also mit 1,2 Milliarden rechnen, die Kosten zum Umbau auf Wasserstoffbetrieb nicht mitgerechnet.
Die Kosten für die Speicher schätzen wir aufgrund der Kosten eines Speichers bei Zürich: Für 700'000 m3 Speicherkapazität kostete er 21 Millionen. Ergibt für 2 Milliarden m3 Speicherkapazität 60 Milliarden Franken.
Die Elektrolyseanlage muss eine Leistung von 16'000 MW aufweisen, damit sie in der Lage ist, in den schätzungsweise 500 Stunden Überproduktion 8 Milliarden kWh zu verarbeiten. Auf dem Markt findet man Anlagen mit einer Leistung von 2,4 MW, die um 1 Million Franken kosten. Um 16'000 MW zu leisten, braucht es gegen 6'700 solcher Anlagen mit entsprechenden Kosten von 6,7 Milliarden.
Nicht vergessen darf man die zusätzlichen Photovoltaik-Anlagen, welche die 5 Milliarden kWh produzieren, die unterwegs verloren gehen. Annahmen: 1 m2 Solarpanel produziert im Jahr 120 kWh und kostet 400 Franken. Von den 120 kWh werden 80 kWh zu der Zeit produziert, zu denen Überfluss herrscht. Es braucht also 5 Milliarden / 80 = 62.5 Millionen m2 zu total 25 Milliarden Fr.
Zählen wir die Milliarden zusammen:
Zusätzliche Solarpanel: Fr. 25,0 Milliarden
Elektrolysoren: Fr. 6,7 Milliarden
Wasserstoffspeicher: Fr. 60,0 Milliarden
GuD: Fr. 1,2 Milliarden
Total: Fr. 92,9 Milliarden
Angesichts der Unsicherheiten darf man auch mit Fr. 100 Milliarden rechnen.
Weitere Möglichkeiten um Strom zu speichern: