Strom- und Gasmarktdesign zur Versorgung des deutschen Straßenverkehrs mit Wasserstoff

Beschreibung

Die Bundesregierung hat klare Ziele zur Reduktion der Treibhausgase bezogen auf den Zeitraum von 1990 bis zum Jahr 2020 um 40 %, bis zum Jahr 2030 um 55 %, bis zum Jahr 2040 um 70 % und bis zum Jahr 2050 um 80 bis 95 %, gesetzt. Diese sollen unter anderem dadurch erreicht werden, dass der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch bis zum Jahr 2050 auf mindestens 80 % steigt. Für Deutschland sind die fluktuierenden erneuerbaren Energien (FEE) Photovoltaik, Onshore-Windenergie und Offshore- Windenergie aufgrund ihrer großen Potentiale von besonderer Bedeutung und werden daher den zukünftigen Stromsektor dominieren. Dabei führen die FEE zu signifikanten positiven und negativen Residuallasten, wobei die negativen Residuallasten – Überschussleistung – beispielsweise in der Mobilität genutzt werden können. Dabei bietet sich aufgrund der Speicherfähigkeit von Wasserstoff der sogenannte Power-to-Gas Pfad an. Bei diesem werden mittels negativer Residuallasten aus Wasser per Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff hergestellt. Der so erzeugte Wasserstoff kann anschließend zum Beispiel im Verkehr durch Brennstoffzellenfahrzeuge genutzt werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, potentielle Marktdesigns zu identifizieren und zu konzipieren, die durch einen hohen Anteil FEE und die Nutzung des Wasserstoffs im Verkehrssektor gekennzeichnet sind. Weiterhin soll ein Modell entwickelt werden, welches den Stromund Gassektor, inklusive einer Wasserstoffpipeline, abbildet und dementsprechend die Analyse und Bewertung der ausgewählten Marktdesigns im Modell ermöglicht. Um dies zu erreichen, werden in einer Umfeldanalyse die potentiellen Strom- und Gasmärkte sowie die wichtigsten Share- und Stakeholder einer Wasserstoffinfrastruktur beschrieben und analysiert. Ferner wird ein Modell erstellt, welches den deutschen Strom- und Gassektor abbildet. Mit diesem wird anschließend ein vorhandenes Energiekonzept weiterentwickelt, analysiert und bewertet. Zum Schluss werden mittels einer Monte-Carlo-Simulation die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Wasserstoffgestehungskosten berechnet. Das weiterentwickelte Energiekonzept wird mit 170 GW Onshore- und 60 GW Offshore- Leistung stark von der Windenergie dominiert. Dies führt dazu, dass insbesondere in den Bundesländern Niedersachsen, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern hohe negative Residuallasten zu finden sind. Zur Versorgung des Peak-Wasserstoffverbrauchs in dem Jahr 2052 mit 2,93 Mio. t werden insgesamt 28 GW an Elektrolyseleistung in 15 Landkreisen benötigt. Die für den Transport von diesen Quellen zu den 9.968 Tankstellen benötigte Transmissionspipeline hat eine Länge von 12.104 km bei Kosten von im Mittel 6,68 Mrd. € und eine Distributionspipeline mit einer Länge von 29.671 km bei Kosten von im Mittel 12 Mrd. €. Weiterhin wird in drei untersuchten Fällen, welche sich aufgrund ihrer Inputparameter unterscheiden, die Wirtschaftlichkeit eines Strom- und Gasmarktdesigns zur Versorgung des deutschen Straßenverkehrs mit Wasserstoff nachgewiesen. Auch die Monte-Carlo- Simulation bestätigt dieses Ergebnis. Wird von anlegbaren Vor-Steuer-Kosten von 22,9 ct/kWh ausgegangen, liegen die Vor-Steuer-Wasserstoffgestehungskosten inklusive Infrastruktur mit einer Wahrscheinlichkeit von 81 % unter diesen.

Autor*in

Martin Robinius

Themen in »Strom- und Gasmarktdesign zur Versorgung des deutschen Straßenverkehrs mit Wasserstoff«

Marktdesign Strassenverkehr Wasserstoff

Stimmen zu »Strom- und Gasmarktdesign zur Versorgung des deutschen Straßenverkehrs mit Wasserstoff«

Details

Link teilen