Im Zuge der Energiewende wird die Bedeutung von Kavernenspeichern zunehmen. Kavernen sind künstlich angelegte Hohlräume, welche standsicher in Salzformationen, zum Beispiel in Salzstöcken in großer Tiefe errichtet werden. In diesen Hohlräumen wird in flüssiger oder gasförmiger Form Energie gespeichert. Diese Speicher sollen zukünftig auch für die Wasserstoffspeicherung zum Einsatz kommen.

Aus Sicht der Versorgungssicherheit müssen diese Wasserstoffspeicher umso mehr in Zeiten von Stromüberproduktion sowie bei Dunkelflauten in den Wintermonaten über Wochen und Monate Energie ein- und ausspeichern. Damit werden die Speicher zu „Möglichmachern der Energiewende“.

400 Kavernen bis 2045 nötig

Die seitens des BMWK beauftragten und veröffentlichten Analysen, zusammengefasst beispielsweise in den Langfristszenarien sowie dem Grünpapier, zeigen die notwendige Entwicklung von Wasserstoffspeichern auf. So muss im Jahre 2045 zur erfolgreichen Transformation des Energiesystems in Deutschland eine Speicherkapazität von mindestens 74 TWh Energie, basierend auf Wasserstoff, aufgebaut und in Betrieb sein.

Parallel werden, wenn auch abnehmend, weiterhin Öl- und Erdgasspeicher im Energiesystem vorhanden sein müssen. Es wird davon ausgegangen, dass es neben dieser Abschätzung zusätzliche Wasserstoffspeicherkapazitäten durch die erwartete Kraftwerksstrategie bedarf.

Bezogen auf die mittleren Speichergrößen typischer Kavernen mit einer Kapazität von rund 0,2 TWh H2 thermisch, müssten dem Markt unter Beachtung der modellierten Speicherkapazitäten im Jahr 2045 etwa 400 Kavernen zu Verfügung stehen (siehe Abb. 1). Gemessen an den derzeit verfügbaren Speichergrößen braucht es somit auch neue Kavernenfelder. Deutschland hat aufgrund der hervorragend geeigneten natürlichen Salzsteinformationen im Vergleich mit allen anderen europäischen Staaten das mit Abstand größte Speicherpotenzial von Energie in Untergrundspeichern, welche auch für Wasserstoff geeignet sind und kann diese führende Rolle in Europa ausbauen.

Das Problem: Aufgrund der fehlenden Voraussetzungen für Investitionsentscheidungen und den aktuellen rechtlichen Genehmigungszeiträumen ist allerdings der notwendige Neubau von weiteren Kavernenspeichern bis zum Jahr 2035 nicht zu erreichen.

Forschungsprojekt „H2CAST Etzel“

Eine Lösung kann die Umrüstung bestehender Speicherinfrastruktur sein. Denn Kavernenspeicher sind skalierbar und flexibel (siehe Abb. 2), sodass sich auch bestehende unterirdische Gas- und  Ölspeicher für die Nutzung von Wasserstoff umwidmen lassen. Wie das funktioniert, untersucht Storag Etzel derzeit in dem vom Bundeswirtschaftsministerium und dem Land Niedersachsen geförderten Pilot- und Forschungsprojekt „H2CAST Etzel“.

Erste Kavernen in Etzel sind nach umfangreichen Tests bereits mit kleineren Mengen Wasserstoff (H2) befüllt, das Projekt schreitet voran. Die weiteren avisierten Projektmeilensteine werden voraussichtlich plangemäß erreicht, bis 2027 erfolgt die Überführung der ersten H2-Kaverne in den zulassungskonformen Betrieb. Weitere Kavernen könnten ab 2028 zur Verfügung stehen.

Langfristiges Ziel: Etzel H2-ready machen

Storag Etzel als Bergwerkseigentümer und Systemlieferant für energiewirtschaftliche Speicherbetreiber (SSO) hat das Ziel, das Kavernenfeld Etzel „H2-ready“ zu machen. Aufgrund der Standortvorteile in Verbindung mit einer über 50-jährigen Entwicklungserfahrung von großvolumigen Kavernen, hat das Unternehmen dort im letzten Jahrzehnt bereits die genehmigungsrechtlichen Grundlagen für eine Wasserstoffspeicherung geschaffen.

In Etzel sind derzeit 51 Erdgas- und 24 Rohölspeicherkavernen in Betrieb. Bis heute sind die Kavernen ein wichtiger Teil der deutschen und europäischen Energieversorgung. Neben den oben genannten Betriebskavernen gibt es 24 Potenzialkavernen, welche bereits genehmigt sind und sich ohne zeitliche Risiken bedarfsgerecht innerhalb von vier bis zehn Jahren fertigstellen lassen. Das entspricht einer Speicherkapazität von sechs TWh, ohne die bereits in Betrieb befindlichen Speicher für Erdgas umwidmen zu müssen.

Errichtung notwendiger neuer H2-Infrastruktur

Die Notwendigkeit eines Kernnetzes für den Start des Wasserstoffhochlaufes ist unbestritten. Um das volle Potenzial des Wasserstoffes als Energieträger auszuschöpfen, bedarf es ausgereifter Überlegungen für einen sicheren Transport durch bestehende und neu zu errichtende Leitungsinfrastrukturen. Durch die primären Rahmenbedingungen der H2-Kernnetzplanung wird deutlich, dass bestimmte Regionen, insbesondere der Nordwesten Deutschlands, von strategischer Bedeutung für einen erfolgreichen Start in ein neues Energiezeitalter sind.

Die Zeit drängt

Für einen Wasserstoffspeicherbetrieb muss der Kavernenspeicher nicht nur an die Leitungsinfrastruktur angebunden sein, sondern auch der energiewirtschaftliche Speicherbetreiber (SSO) muss eine geeignete obertägige Betriebseinrichtung (inklusive Verdichter- und Trocknungsanlagen) errichten. Für die Planung, Genehmigung und die Errichtung dieser Betriebseinrichtungen ist mit einem Zeitbedarf von sechs Jahren auszugehen. Neben den aufwendigen Planungs- und Genehmigungsprozessen sind hierfür auch lange Lieferzeiten unter anderem für Kompressoren und Transformatoren sowie verpflichtende Ausschreibungsverfahren verantwortlich. Bei sofortigem Beginn, das heißt, bei einer Investitionsentscheidung (FID) im Jahr 2024, kann ab 2030 mit der Betriebsbereitschaft der erforderlichen obertägigen Betriebseinrichtungen für die Ein- und Ausspeisung von Wasserstoff gerechnet werden. Abbildung 3 zeigt die notwendigen genehmigungsrechtlichen Planungszeiträume.

Zu diesem Zeitpunkt muss spätestens die erforderliche H2-Pipeline-Infrastruktur errichtet und in Betrieb sein, synchron muss die Versorgung mit Wasserstoff aus Importen und heimischer Produktion (z.B. Elektrolysen im Raum Wilhelmshaven) sichergestellt sein. Hieraus folgt zwangsläufig, dass für den Neubau von entsprechenden Infrastrukturprojekten bereits heute mit raumordnerischen Belangen, Änderungen und Planungen begonnen werden muss. Dabei müssen beteiligte Behörden und Träger öffentlicher Belange die Genehmigungsprozesse untereinander synchronisiert bearbeiten, um schnell in die Umsetzung beziehungsweise Errichtung zu kommen.

Fazit

Im Vorherigen wurde die Wichtigkeit von Kavernenspeichern und Errichtung der dafür notwendigen H2-Infrastruktur dargestellt, die für den Erfolg der Energiewende in Deutschland ausschlaggeben ist. Folgende Voraussetzungen müssen dafür seitens der Bundespolitik geschaffen werden:

Bergrechtliche Genehmigungsverfahren müssen parallel geführt beziehungsweise beschleunigt werden. Im Fall einer Umrüstung von bestehenden Kavernen oder für bereits genehmigte Kavernenstandorte sowie deren Obertageanlagen sollen aufwändige und langwierige Planfeststellungsverfahren mit Umweltverträglichkeitsprüfungen entfallen. Auf kommunaler Ebene müssen raumordnerische Verfahren des Untergrundes erfolgen, um Vorranggebiete für bergbauliche Vorhaben zu entwickeln und auszuweisen. Bergbauliche Vorhaben, wie der Kavernenspeicherbergbau sind an vorhandene Lagerstätten gebunden.

Die H2-Speicherung hat noch auf Jahre keinen Business Case, sodass neben der Absicherung der Investitionsrisiken (Capex) ebenfalls eine Förderung der fixen Betriebskosten (Opex) für die energiewirtschaftlichen Speicherbetreiber (SSO) essenziell notwendig ist. Die vom Verband Initiative Energien Speichern (Ines) vorgeschlagenen Differenzverträge (CfD/„Contracts for Differences“) bieten beispielsweise die Möglichkeit, durch eine staatliche Beauftragung von Unternehmen die Entwicklung und den Betrieb von Wasserstoffspeichern bis 2030 umzusetzen. Kerngedanke eines Differenzvertrags ist es, dass die Differenz zwischen tatsächlichen Erlösen und Referenzerlösen, das heißt, die Mindererlöse durch den Staat ausgeglichen werden. Übererlöse hingegen werden an den Staat zurückgezahlt. Die Referenzerlöse müssen zwangsläufig sowohl Kapitalkosten (Capex), als auch fixe Betriebskosten wie beispielsweise Mieten an den Kavernen- und Bergwerkseigentümer (Opex) enthalten. Referenzerlöse könnten auf Basis einer umfassenden projektspezifischen Kostenprüfung regulatorisch festgelegt werden.

Die angekündigte H2-Speicherstrategie steht noch aus. Eine Abstimmung ist noch in 2024 erforderlich.

CARSTEN REEKERS I Jahrgang 1972 I Diplom Bau- und Wirtschaftsingenieur; 30 Jahre Berufserfahrung im Rohrleitungs- und Anlagenbau

• Seit 2008 bei Storag Etzel verantwortlich für die Planung, Bau und Betrieb von Kavernen zur Speicherung von Öl, Gas und Wasserstoff. Verantwortlich für den Betrieb der Kavernen des Untergrundspeichers der Storag Etzel. Leiter F&E-Projekt H2CAST: Umrüstung von Öl- und Gaskavernen für die Speicherung von Wasserstoff

info@storag-etzel.de

▶ STORAG ETZEL

Die Storag Etzel GmbH ist der größte unabhängige Anbieter von Kavernenspeichern in Deutschland. Am Standort Etzel in Ostfriesland baut, unterhält und vermietet das Unternehmen seit 1971 untertägige Speicherkapazität für Gas und Öl und will den Standort im Rahmen des Projekts H2Cast für die Zukunft aufstellen und „H2-ready!“ machen.

Durch seine einzigartige Geologie bietet Etzel hervorragende Voraussetzungen für die Speicherung von flüssigen und gasförmigen Energieträgern. Ein massiver Salzstock in über 750 Meter Tiefe ermöglicht die sichere Einlagerung von großen Mengen Gas, Öl und Wasserstoff.

Der Standort Etzel eignet sich auch besonders gut, einen zügigen Ausbau von Untergrundspeichern zu realisieren, da die großen Mengen des für die Solung von Kavernen benötigten Seewassers und der Transport der Sole über bestehende Transportleitungen zur Nordsee erfolgen können und die dafür benötigte Infrastruktur einsatzbereit ist.

Mieter der Kavernen sind namhafte Energiehandelsunternehmen sowie Erdölbevorratungsorganisationen verschiedener europäischer Staaten.

Der Betreiber Storag Etzel hat in seiner Betriebsgeschichte bereits erfolgreich Ölkavernen auf Gasspeicherung umgerüstet. Am Standort Etzel sind bis zu 22.5 TWh H2 thermisch auf Basis der 99 genehmigten Kavernen möglich, die Umwidmung von Kavernen zur Wasserstoffspeicherung ist hier in zwei bis acht Jahren möglich.“

▶ H2Cast Etzel

Bei H2Cast Etzel (H2Cavern Storage Transition Etzel) steht konkret die Adaption und Umwidmung bestehender Gaskavernen und relevanter Obertageeinrichtungen im Rahmen des Übergangprozesses zu einer H2-Wirtschaft in Deutschland und Europa im Vordergrund. Eine Besonderheit stellt hier insbesondere die industrielle Skalierbarkeit der Untergrundspeicher und Obertageanlagen am Kavernenstandort Etzel dar.

Gerade der Pipeline- und Netzknotenpunkt Etzel bietet dabei vielfältige Chancen und Kooperationsmöglichkeiten für den Aufbau einer H2-Wirtschaft in der Region Friesland/Ostfriesland/Wilhelmshaven im Nordwesten Deutschlands. Erweiterungsmöglichkeiten bietet auch die Integration der Stromerzeugung durch die Offshore Windenergie, die grenzüberschreitende Pipelineanbindung Etzels zu den Niederlanden, wie auch dem möglichen Import von H2 per Schiff über einen H2-Terminal am Tiefwasserhafen im nahegelegenen Wilhelmshaven. www.h2cast.com

*1: Quelle: Grünpapier des BMWK aus 10/2023 / T45 Studie „Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland“), bezogen auf Etzeler Standardkavernen mit bis zu 0,25 TWh H2 thermisch

*2: Quelle: “The role of underground hydrogen storage in Europe”, Guidehouse France 01/2024

*3: Quelle: Storag Etzel GmbH