Eine Welt, die größtenteils durch erneuerbare Energien und Wasserstoff versorgt wird, könnte mit niedrigen Auslastungsraten in verschiedenen Teilen ihres integrierten Energiesystems konfrontiert sein. Eine optimale Kapazitätsauslastung wird daher der Schlüssel dazu sein, dass dieses Energiesystem im globalen Maßstab funktioniert. Dies ist die wichtigste Schlussfolgerung der Studie „On capital utilization in the hydrogen economy: The quest to minimize idle capacity in renewables-rich energy systems„, die von Forschern der Hertie School of Governance und dem norwegischen Forschungsinstitut Sintef Industry erarbeitet und im „International Journal of Hydrogen Energy“ veröffentlicht wurde.
Darin skizzieren die Wissenschaftler vier verschiedene Zukunftsszenarien mit geringem CO2-Ausstoß, von denen zwei den grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energien als vorherrschend gegenüber dem blauen Wasserstoff aus Erdgas beschreiben und die zwei anderen von der gegenteiligen Prämisse ausgehen.
Alle Szenarien berücksichtigen, wie sich die Fluktuation der erneuerbaren Energien bei der Einspeisung auf die Kapitalnutzung im gesamten Strom-Wasserstoff-System auswirken kann, einschließlich der Übertragungs- und Speicherinfrastruktur. „Alle Elemente dieses integrierten Systems müssen in die Optimierung einbezogen werden, um die Kosten der reduzierten Kapitalauslastung, die durch die Integration von fluktuierenden erneuerbaren Energien (VRE) verursacht werden, genau darzustellen“, erklärten die Wissenschaftler. „Das Hauptergebnis ist, dass die Kapazitätsauslastung eine wichtige wirtschaftliche Einschränkung für die VRE-Integration mit Wasserstoff darstellt, unabhängig vom gewählten Systementwicklungspfad.“
Das Forschungsteam erklärt weiter, dass verschiedene Lösungen angewandt werden können, um die Kosten, die sich aus niedrigen Auslastungsraten ergeben, von einem Teil des Energiesystems auf einen anderen zu verlagern. „Blaue Wasserstoffszenarien sind aufgrund des geringeren Einsatzes von variablen erneuerbaren Energien weniger empfindlich und reduzieren die Gesamtsystemkosten um das Äquivalent von etwa 1 Prozent des BIP im Vergleich zu grünen Wasserstoffszenarien“, erklärte es. Es habe daher eine kostenoptimale Lösung vorgeschlagen, um ungenutztes Kapital in jedem der vier Szenarien zu vermeiden. In Bezug auf grünen Wasserstoff und seine Chancen, sich durchzusetzen, betonten die Wissenschaftler, dass seine Zukunft von der Verfügbarkeit von Windenergie-Ressourcen abhängt. Die Herstellung von Wasserstoff mit Photovoltaik allein würde zu höheren Elektrolyseur-Kosten führen, obwohl Photovoltaik voraussichtlich günstiger werden wird als Windkraft.
In den Szenarien für grünen Wasserstoff stellen die Forscher fest, dass die Netzkosten die Attraktivität des Zusammenbringens von Elektrolyseuren mit der Nachfrage beeinflussen, während die Zusammenlegung von erneuerbaren Energien und Elektrolyse von den Kosten für Elektrolyseure sowie von den Kosten für die Wasserstoffübertragung und -speicherung beeinflusst wird. Optimistische Technologiekostensenkungen ermöglichen große Überkapazitäten von variablen erneuerbaren Energien, Elektrolyse- und Übertragungsinfrastruktur; aber eine solche große Kapitalerweiterung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kosteneskalationen durch den öffentlichen Widerstand gegen Windräder, Übertragungsleitungen und Wasserstoffpipelines“, betonten die Forscher weiter.
Die blauen Wasserstoffszenarien sind mit ähnlichen Einschränkungen konfrontiert, obwohl ihre Sensitivität auf die Kapazitätsauslastung hauptsächlich auf den Erdgaspreis beschränkt ist. „Niedrige Finanzierungskosten sind der Schlüssel zur Realisierung dieser Energiesysteme, insbesondere derjenigen, die auf grünen Wasserstoff setzen“, schlussfolgerten die Autoren der Studie. „Hohe Zinssätze, die das große Risiko und die Ungewissheit widerspiegeln, die mit einer schnellen und vollständigen Umgestaltung des globalen Energiesystems verbunden sind, erhöhen die Kosten bei einer geringen Kapazitätsauslastung stark.“
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