H2CAST Etzel Hydrogen Pilot Project: A recent analysis by project partner DLR shows that the Etzel cavern storage facility can make an indispensable contribution to Germany’s hydrogen supply that supports the energy system

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H2CAST Etzel und DLR-Teilprojekt „Modellierung Gesamtsystem“

Im Wasserstoff-Pilotprojekt H2CAST wird seit 2022 die Machbarkeit der großvolumigen unterirdischen Speicherung von Wasserstoff demonstriert und die Eignung der Salzkavernen in Etzel für die Wasserstoffspeicherung nachgewiesen. Die Kavernenanlage in Etzel hat eine optimale geographische Lage und ist an überregionale Pipelines für Gas angeschlossen, ein Anschluss an das zukünftige Wasserstoff-Kernnetz ist vorgesehen.
Im Teilprojekt „Modellierung Gesamtsystem“ von H2CAST Etzel wurde durch den Projektpartner DLR – Institut für Vernetzte Energiesysteme mit Sitz in Oldenburg in 2026 die zukünftige Netzintegration der H2-Kavernen in einer dynamischen Gasnetz-Simulation nachgebildet [1].

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Forschungsfrage: Was kann allein der Energiespeicher Etzel für das deutsche H2-Gesamtsystem leisten?

Mit dem Beschluss für den Aufbau des Wasserstoff-Kernnetzes in Deutschland wurde ein wichtiger Meilenstein für die Resilienz und Klimaverträglichkeit der nationalen Energieversorgung geschaffen. Um den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft auch in wirtschaftlicher Hinsicht in Zukunft erfolgreich auszugestalten, liegt nun der Fokus auf dem Zusammenspiel von Gasnetz und Speichern mit Erzeugern und Verbrauchern.
„Als niedersächsischer Kavernen-Betreiber bewegt uns die Frage, was wir mit unserem Speicherstandort im Nordwesten Deutschlands für das sich in der Transformation befindliche Energiesystem leisten können,“ erläutert Carsten Reekers, Leiter Betrieb Kavernen bei STORAG ETZEL, einem der größten Betreiber von Salzkavernenspeichern Europas, und Projektleiter von H2CAST Etzel.

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Dynamisches Kavernen-Netz-Modell am DLR entwickelt

Für die Modellrechnungen des DLR wurde der Nordwesten Deutschlands mit seiner herausragenden Eignung zur Untertagespeicherung von Wasserstoff in Salzkavernen betrachtet. Diese Herangehensweise ist deshalb aufschlussreich, weil die geologischen Voraussetzungen wie Salzformationen, die zur Untertagespeicherung von Gasen benötigt werden – auch europaweit betrachtet – mit einem starken Schwerpunkt im Nordwesten Deutschlands vertreten sind.

„Wir nutzen die Kavernenanlage in Etzel mit ihrer Pilotanlage zur H2-Speicherung dabei zur Modell-Validierung und um Betriebsstrategien aus Simulationen im Realbetrieb hinsichtlich Effizienz und Umsetzbarkeit zu erproben“, legt Dr. Alexander Dyck, Abteilungsleiter Stadt- und Gebäudetechnologien am DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme dar. „In Verbindung mit unserer dynamischen Simulation können wir zeitliche und räumliche Ungleichgewichte im Netz mit stündlicher Auflösung darstellen“, führt Dr. Dyck aus.

Als Eingangsbasis für die eigens am DLR entwickelte Software „DLR-DUST“ zur Durchführung dynamischer Modellierungen des Wasserstoffkernnetzes und dessen Interaktion mit den Kavernenspeichern dienen veröffentlichte Prognosen zum Wasserstoff-Erzeugungs- und Nutzungsverhalten – wie hier die Langfristszenarien des Bundeswirtschaftsministeriums [2] und das Projekt TransHyDE [3]. In dem Basisszenario „O45 Strom“ des BMWK wird zu Beginn des Markthochlaufs der Wasserstoffwirtschaft mit einer industriegetriebenen und daher vergleichsweise konstanten H2-Nachfrage gerechnet, welche sich in den Folgejahren zu einer hoch-flexiblen Nutzung – sowohl im Tagesverlauf als auch saisonal – entwickeln wird.

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Einfluss von Kavernenspeichern im Nordwesten auf die künftige Abregelung von H2-Erzeugung und -Verbrauch
Da eine erneuerbare Wasserstofferzeugung nicht vollständig bedarfsgerecht erfolgen kann, müssen ohne Speichermöglichkeiten zwei Arten der Abregelungen erfolgen: Bei der Erzeugung von Wasserstoff durch regenerative Energien, wenn dieser nicht zum Zeitpunkt der Entstehung genutzt werden kann und eine Lastabregelung auf Seiten der H2-Verbraucher, wenn zu anderen Zeiten bestehende Bedarfe nicht bedient werden können.

Die großskalige Untertagespeicherung von Wasserstoff schafft den notwendigen Puffer in der Energiebereitstellung und erlaubt, auch saisonal, die umfassende Nutzung volatiler erneuerbarer Energien. Die Kavernen ermöglichen dabei die Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Druckniveaus im Gasnetz und sichern die Stabilität des Stromnetzes durch die Versorgung der Kraftwerke zur H2-Rückverstromung.

In der aktuellen Analyse des DLR [1] ergeben Modellrechnungen, dass im betrachteten Szenario ohne Speichermöglichkeit im Jahr 2045 in Deutschland die erneuerbare Wasserstoffproduktion in einer Größenordnung von 85 Terrawattstunden (TWh) abgeregelt werden müsste.

Doch das Potenzial eines entsprechend ausgebauten Speichervolumens im Nordwesten Deutschlands kann es bereits ohne weitere regulierende Maßnahmen ermöglichen, deutschlandweit 88 % dieser andernfalls notwendigen Abregelung in der erneuerbaren Wasserstofferzeugung zu verhindern. Dies entspricht rund 75 TWh.

Ebenso kann die Lastabregelung beim Verbrauch, d.h. die Defizite, die bei der Wasserstoffnutzung nicht bedient werden können, so um 27 % reduziert werden. Dies entspricht 25 TWh. Dass der Effekt, der durch den Speicher theoretisch ermöglicht wird, hier weniger deutlich ausgeprägt ist als im Falle der H2-Erzeugung liegt darin begründet, dass bei der Rückverstromung im Energiesektor sehr steile Lastspitzen prognostiziert werden, welche aufgrund von weiteren Limitierungen wie z.B. Leitungsdurchmessern und räumlicher Entfernung nicht ohne weitere Maßnahmen durch den Speicherstandort Nordwest für Gesamtdeutschland bedarfsgerecht bedient werden können. Dennoch wird der signifikante Beitrag deutlich, den großformatige Speicherlösungen bereits ohne zusätzliche Flexibilisierungsmaßnahmen leisten, wenn es darum geht, die künftige Wasserstoffversorgung auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zielgerichtet umzusetzen. Gleichzeitig ist der Bedarf hoch: Studien rechnen aufgrund des niedrigeren Brennwerts von Wasserstoff mit einem Bedarf von deutlich über 300 H2-Kavernen [4]. Mit seinem Ausbaupotenzial wäre allein der Standort Etzel in der Lage rund ein Viertel dieses Bedarfs zu decken. Allerdings müssen aufgrund langer Bauzeiten die Weichen früh gestellt werden.

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Engpässe der Wasserstoffversorgung im Kernnetz durch fehlende Infrastruktur zu befürchten

Zusätzlich zu den Kavernen besteht Bedarf an weiteren Maßnahmen, um auch die durch den Speicherstandort Nordwest nicht kompensierten Abregelungsmengen möglichst zu vermeiden. Die dynamischen Netzsimulationen des DLR erlauben eine weiterführende Analyse der räumlichen und zeitlichen Ungleichgewichte im Kernnetz und helfen so, Engpässe in der Infrastruktur zu verdeutlichen. In den Analysen wurden – sowohl hinsichtlich der zeitlichen Verfügbarkeit als auch bezogen auf die maximal an den jeweiligen Netzknoten erreichbare Leistung – Versorgungsengpässe durch zu geringe Netzdrücke für weit vom Speicherstandort entfernt liegende Netzknotenpunkte ersichtlich. Aber auch für räumlich näher liegende Orte würden sich z.B. aufgrund zu geringer Leitungsquerschnitte Limitierungen ergeben, wenn keine weiteren Maßnahmen zur Ertüchtigung und Flexibilisierung des Netzes ergriffen werden. Abbildung 3 und 4 verdeutlichen regionale Limitierungen und die örtliche Verteilung der Abregelungsmengen.

„Die für uns wegweisende DLR-Analyse im Zuge des H2CAST-Forschungsprojekt zeigt die wichtige Bedeutung und das Potenzial des flexiblen Kavernenspeichers Etzel für die nachhaltige, klimaneutrale Energieversorgung Deutschlands nach dem H2-Markthochlauf. Um die gewünschte H2-Unabhängigkeit Deutschlands vom Ausland und von Öl und Gas erreichen zu können, brauchen wir neben Etzel weitere Speicherstandorte, auch Porenspeichern im Süden. Außerdem müssen Maßnahmen zur Druckerhöhung im Netz durch Kompressoren, ähnlich wie beim Erdgasnetz, schon jetzt für das Wasserstoffnetz mitgedacht werden!“, so das Fazit vom H2CAST-Projektleiter Reekers.
Auch an der Beschleunigung von Genehmigungsverfahrungen für den Neubau und die Umwidmung bestehender Öl- und Erdgaskavernen bei einem gleichzeitigen Ausphasen der fossilen Speicherung müsse priorisiert gearbeitet werden, so Reekers. Denn die Zeit wird knapp, da Bau und Genehmigung mehrere Jahre dauern.

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