Potentialatlas zur Wasserstofferzeugung in Deutschland - PoWerD

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PoWerD

Projektbeschreibung und Ziele

PoWerD besteht aus einem Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Universitäten und Industrie.

Das primäre Ziel des Projektes ist die Erstellung und Veröffentlichung eines Potenzialatlas, der geeignete Standorte für PtH2-Anlagen in Deutschland ortsaufgelöst darstellt und bewertet. Hier wird das Ziel verfolgt, Standorte nicht nur auf Grundlage eines regionalen Wasserstoff Bedarfs zu ermitteln. Die Eignung der Standorte hängt auch von den Fragen ab:

Welchen Beitrag kann die Elektrolyse zur Entlastung der Stromnetze leisten?

Wie lassen sich Koppelprodukte aus der Elektrolyse sinnvoll nutzen: Sauerstoff und Abwärme?

AP 1 Potentialerhebung
100%
AP 2 Flexibilitätsbedarf Stromnetze
70%
AP 3 Koppelprodukte auf Kläranlagen
70%
AP 4 Koppelprodukte in Wärmenetzen
90%
AP 5 Potenzialanalye-Tool
100%
AP 6 Evaluierung Potenzialanalyse-Tool
100%
AP 7 Update Potenzialanalyse-Tool
70%
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PoWerD

Motivation

Power-to-Hydrogen (PtH2) ist nach heutigen wissenschaftlichen Erkenntnissen ein elementarer Baustein der Sektorenkopplung und das zu ermittelnde Potenzial für eine erfolgreiche Energiewende, die in diesen Tagen immer mehr an Bedeutung gewinnt, unerlässlich. Nachdem in den vergangenen Jahren das Design und die Auslegung von PtH2-Anlagen im Fokus der Forschung standen, wird nun die Frage beantwortet, wo die Anlagen am wirtschaftlichsten betrieben werden können. Denn eine aufwändige Standortsuche verzögert die Umsetzung von Projekten, bremst den Umbau des Energiesystems aus und stellt so wirtschaftlich agierende Akteure vor eine schwer lösbare Aufgabe.

Hier setzt PoWerD an und wird genau auf diese Punkte zukünftig mittels eines online verfügbaren Tools, in Form eines Atlas, eine Antwort finden. Es wird deutlich, dass sowohl die Stromnetzsituation als auch die Nutzungspfade des Wasserstoffs in Mobilität oder Industrie und auch die Nutzungspfade der Koppelprodukte für das Potenzial eines PtH2-Anlagen-Standorts relevant sind. Für einen systemdienlichen, flächendeckenden Ausbau von PtH2-Anlagen und deren wirtschaftlichen Betrieb ist die Wahl des geeigneten Standorts somit von großer Bedeutung. Dieser Aufgabe eines integrierten Systemansatzes widmet sich das hier beantragte Projekt.

Die Ergebnisse werden in dem entwickelten Atlas dargestellt.

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Errichter und Betreiber von PtH2-Anlagen haben möglichst geringe Wasserstoffgestehungskosten zum Ziel, um damit die Wirtschaftlichkeit eines Projekts zu verbessern. Die Strombezugskosten haben darauf einen erheblichen Einfluss und können durch die Wahl des Anlagenstandorts nennenswert beeinflusst werden. So kann zum Beispiel die unmittelbare Nähe zu einem Windpark Netzentgelte reduzieren und die Wasserstoffgestehungskosten senken. Ebenso haben die Transportkosten des Wasserstoffs zum Endkunden einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und steigen in Abhängigkeit der Distanz zwischen dem Ort der Erzeugung und dem Ort des Verbrauchs. Es liegt somit ein Standort-Optimierungsproblem vor.
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Aus Sicht von Stromnetzbetreibern bzw. Energieversorgern können PtH2-Anlagen einen erheblichen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Reduzierung von Redispatch- bzw. Einspeisemanagementmaßnahmen leisten. Durch Errichtung einer PtH2-Anlage an einem neuralgischen Netzknotenpunkt kann diese durch eine gezielte stromnetzdienliche Fahrweise eine zusätzliche flexible Last schaffen. Die könnte durch eine anzustrebende Vergütung der Netzdienlichkeit die Wirtschaftlichkeit der PtH2-Anlagen verbessern.
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Eine Möglichkeit zur Erhöhung des Stromnutzungsgrades und zur Generierung weiterer Einnahmen für eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von PtH2-Anlagen, kann sich durch die zusätzliche Nutzung der Koppelprodukte Sauerstoff und Abwärme ergeben. Durch die Nutzung von Abwärme aus der Elektrolyse, beispielsweise in Wärmenetzen, kann die Wirtschaftlichkeit von PtH2-Anlagen verbessert werden. Hierfür ist jedoch eine räumliche Nähe zwischen Wärmebedarf und Elektrolyseanlage erforderlich. Eine Standortmöglichkeit für Wasserstofferzeugungsanlagen sind Kläranlagen. Unter anderem wird aufgrund neuer Anforderungen auf Kläranlagen verstärkt die Nachrüstung einer sogenannten vierten Reinigungsstufe zur Eliminierung von Spurenstoffen erforderlich, wofür aus Sauerstoff erzeugtes Ozon eingesetzt werden kann. Zudem sind Kläranlagen flächendeckend über Deutschland verteilt und bieten nicht nur in großen Ballungszentren die Möglichkeit der Nutzung der Koppelprodukte.
Wer wir sind

Projektpartner

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Fraunhofer ISE

Das Fraunhofer ISE ist mit seinen ca. 1.400 Mitarbeitern das größte Solarforschungsinstitut Europas. Die Arbeit des Institutes reicht von der Erforschung der naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen der Solarenergienutzung über die Entwicklung von Prototypen bis hin zur Ausführung von Demonstrationsanlagen. Das ISE ist in PoWerD mit zwei Abteilungen vertreten.

Die Abteilung „Elektrolyse und Wasserstoff-Infrastruktur“ als Teil des Geschäftsbereichs Wasserstofftechnologien beschäftigt sich mit der Fortentwicklung der Elektrolyse und deren Anwendung in Power-to-Gas-Anlagen. Das Team „Power-to-Gas“ analysiert mit Hilfe der kontinuierlich entwickelten Simulationstool-Box H2ProSim seit 2012 die Konzeptionierung, Dimensionierung und den Betrieb von Elektrolyseanlage im industriellen Maßstab. Durch die jahrelange Bewertung von Betriebsstrategien und Geschäftsmodellen von PtH2-Anlagen verfügt FhG-ISE-HTS über umfangreiche Erfahrungen in Bezug auf Standorteinflussfaktoren.

Die Abteilung “Intersektorale Energiesysteme und Netze” des FhG-ISE-ENE thematisieren in ihren Projekten die Integration innovativer Energieerzeugungs- und Speichertechnologien in den Stromnetzbetrieb auf unterschiedlichen Spannungsebenen und gleichzeitig die Anwendung von Methoden der Digitalisierung für Netzplanungs- und Netzbetriebsprozesse. In unterschiedlichen thematisch an dieses Projekt angrenzenden Gebieten hat die Abteilung in den vergangenen Jahren eine große Expertise aufgebaut.

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