Ramping up the hydrogen sector: An energy system modeling framework

09.11.2023

Das veröffentlichte Paper von Klatzer et al. präsentiert ein hochmodulares und flexibles integriertes sektorengekoppeltes Energiesystemoptimierungsmodell für die Sektoren Strom, Erdgas und Wasserstoff.

Mit dem Übergang zu einer dekarbonisierten Gesellschaft wird die Integration des Energiesystems immer wichtiger. Bei diesem Übergang dürfte der Energieträger Wasserstoff eine Schlüsselrolle spielen, da er aus (erneuerbarem) Strom und Erdgas mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung hergestellt und in einer Vielzahl von Anwendungen und Prozessen sektorübergreifend genutzt werden kann. Obwohl der weltweite Wasserstoffbedarf im Jahr 2021 94 Millionen Tonnen erreicht, werden immer noch weniger als 0,7 % davon durch emissionsarmen Wasserstoff gedeckt. Darüber hinaus findet die Wasserstoffproduktion bislang meist in unmittelbarer Nähe zum Einsatzort statt. Um zukünftige Produktions- und Nachfragestandorte zu verbinden, ist geplant, vorhandenes Erdgas umzuwidmen und dedizierte Wasserstoffpipelines auszubauen. In den frühen Phasen des Ausbaus des Wasserstoffsektors (2020er und frühe 2030er Jahre) wurde jedoch vorgeschlagen, Erdgas mit Wasserstoff für die gemeinsame Übertragung über Pipelines zu mischen. Vor diesem Hintergrund untersucht dieser Beitrag die Wasserstoffbeimischung aus einer Modellierungsperspektive, sowohl im Hinblick auf die Implikationen der Berücksichtigung (oder Weglassung) technischer Modellierungsdetails als auch im Hinblick auf die möglichen Auswirkungen auf den Hochlauf des Wasserstoffsektors. Zu diesem Zweck präsentieren wir ein hochmodulares und flexibles integriertes sektorgekoppeltes Energiesystemoptimierungsmodell für die Sektoren Strom, Erdgas und Wasserstoff mit einer neuartigen Gasflussformulierung zur Modellierung der Mischung im Kontext stationärer Gasflüsse. Eine stilisierte Fallstudie verdeutlicht, dass die Wasserstoffbeimischung unter bestimmten Annahmen das Potenzial hat, den Hochlauf des Wasserstoffsektors einzuleiten und zu erleichtern, während die Auslassung der technischen Realitäten von Gasströmen – insbesondere im Zusammenhang mit der Beimischung – zu einer suboptimalen Ausbauplanung führen kann nicht nur im Wasserstoff-, sondern auch im Stromsektor, sowie in einem betrieblich nicht realisierbaren System.

Der komplette Artikel ist als Open Access verfügbar:

• T. Klatzer, U. Bachhiesl, S. Wogrin, A. Tomasgard (2024).
  Ramping up the hydrogen sector: An energy system modeling framework.
  Applied Energy, Volume 355, 122264.
  https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122264