Durchführbarkeitsstudie für eine Dänisch-Deutsche Wasserstoffinfrastruktur
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STUDIE Durchführbarkeitsstudie für eine Dänisch-Deutsche Wasserstoffinfrastruktur Energinet und Gasunie haben im April eine Durchführbarkeitsstudie “Pre-feasibility Study for a Danish-German Hydrogen Net- work“ [1] für eine Wasserstoffpipeline(100 %) zwischen Dänemark und Deutschland veröffentlicht. Diese high-level Studie ad- ressiert technische Aspekte einer Wasserstoffverbindung (mögliche Ausbaustufen, benötige Ausbauten und abgeschätzte Kos- ten), geht aber auch auf den möglichen Nutzen einer Verbindung für die beiden Länder ein: Dänemark bietet ein hohes Poten- zial für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und Deutschland wird zukünftig klimaneutralen Energieimport benötigen – eine Pipeline kann Angebot und Nachfrage verbinden, um dadurch die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft voran zu bringen. In diesem Übersichtsartikel werden die Ergebnisse der Studie vorgestellt, ergänzt um die aktuellen Entwicklungen beim „Thema Wasserstoff“ mit Bezug für eine Verbindung der beiden Länder. Übersicht über die Ergebnisse In der Studie wird das Exportpotenzial Volllaststunden). Die Abschätzung des Po- der Energinet/Gasunie Studie von Dänemark für Wasserstoff auf der tenzials ist dabei vermutlich eher vorsich- Im Folgenden wird eine Übersicht der Basis der Prognose der dänischen Ener- tig. Nach öffentlichen Ankündigungen Aussagen der Studie in den verschiede- gieagentur (DEA – Energistyrelsen, [2, 3]) könnten in Dänemark bereits bis 2030 ins- nen Themenbereichen gegeben. abgeschätzt. Die DEA hat im Jahr 2020 gesamt ca. 4,5 GW Elektrolyseur-Kapazität erstmalig Prognosen für die dänische aufgebaut werden (Bild 1). Wasserstoff-Exportpotenzial von Produktion von Wasserstoff bzw. PtX so- Dänemark wie für die nationale Verwendung von Bedarf nach erneuerbarem Was- Die rasche Entwicklung der erneuerbaren PtX-Produkten veröffentlicht. Die zukünf- serstoff in Deutschland Energien stellt neue Anforderungen an tige Entwicklung der Erzeugung sowie Deutschland könnte ein potenzieller Ab- die künftige Energieinfrastruktur Däne- der Nutzung von PtX werden als Korrido- nehmer von Wasserstoff aus Dänemark marks. Um einen wachsenden Anteil an re mit einer Bandbreite für die künftige sein. Im Gegensatz zur begrenzten Nach- erneuerbaren Energien effektiv zu integ- Entwicklung angegeben, so dass sich für frage nach Wasserstoff in Dänemark ver- rieren und gleichzeitig die Versorgungssi- das dänische Exportpotenzial Prognosen wendet die deutsche Industrie bereits cherheit zu gewährleisten, muss die Inte- im Bereich von 2-15 TWh, 3-22 TWh und erhebliche Mengen an Wasserstoff aus gration von Sektoren wie Strom, Gas, Ver- 5-28 TWh in den Jahren 2030, 2035 und fossilen Quellen, und es wird erwartet, kehr und Wärme erleichtert werden. 2040 ergeben (dies entspricht einer Erzeu- dass die Nachfrage nach erneuerbarem Power-to-X hat das Potenzial, einen we- gungsleistung von etwa 0,5-3 GW, 1-4 GW Wasserstoff stark ansteigen wird. Erneu- sentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung und 1-6 GW unter der Annahme von 5.000 erbarer Wasserstoff wird dabei nicht nur von Sektoren, die nicht oder nur schwer direkt mit Strom versorgt werden können, zu leisten, darunter Hochtemperaturpro- zesse in der Industrie, Schwerlastverkehr an Land sowie Luft- und Schifffahrt. Dänemark verfügt über ein erhebli- ches Potenzial für die Erzeugung von er- neuerbarem Wasserstoff aus Sonnen- und Windenergie und damit für die Erzeugung von auf Wasserstoff aufbau- enden Folgeprodukten wie Ammoniak, Methanol oder synthetischen Brennstof- fen (zusammengefasst als „PtX“). Die Nachfrage nach Wasserstoff in Dänemark ist zurzeit noch relativ begrenzt. Selbst bei einer steigenden Nachfrage im Land wird erwartet, dass das Angebot an Was- serstoff die Nachfrage kurz- und länger- fristig übersteigen wird. Infolgedessen Bild 1: Dänisches H2-Exportpotenzial basierend auf der PtX-Prognose (Demand und Supply) der könnte Dänemark zu einem Exporteur Dänischen Energieagentur [2] und Energinet-Simulationen (LHV = Lower Heating Value / Heiz- von Wasserstoff werden. wert, FLH = Full Load Hours / Nutzungsstunden) gwf Gas + Energie 10/2021 31
STUDIE In der Studie wird davon ausgegan- gen, dass ein paralleles System für Me- than und Wasserstoff noch lange Zeit nebeneinander bestehen wird, auch im Jahr 2050, wenn das Methannetz auf 100 % grünes Gas umgestellt sein wird. In der Studie werden in Dänemark zwei mögliche Standorte (Esbjerg, Hoste- bro) für den Aufbau zur Wasserstoffer- zeugung und somit als Ausgangspunkt für eine relevante Transportverbindung betrachtet. Planerischer Endpunkt in Deutschland ist jeweils Heidenau (südlich von Hamburg), da hier eine Verbindung zum im Netzentwicklungsplan Gas 2020- 2030 geplanten Wasserstoffnetz realisiert werden kann (Bild 2). Bild 2: Übersicht über die beiden betrachteten Wasserstoffverbindungen zwischen Dänemark Die Studie zeigt, dass ein Wasserstoff- und Deutschland mit Start in Esbjerg bzw. Holstebro. netz zwischen Dänemark und Deutsch- = Als Neubau geplante Wasserstoffleitung land in Ausbaustufen errichtet werden = Auf den Transport von Wasserstoff umgestellte Leitung kann, um einem steigenden Bedarf an = H2 Leitungsnetz aus dem Netzentwicklungsplan Gas 2020-2030 Transportkapazitäten Rechnung tragen zu können. Eine 340 km lange Pipeline, die Esbjerg und Heidenau verbindet, den „fossil erzeugten“ Wasserstoff in be- Einsatz von Wasserstoff in den verschie- kann in einer ersten Phase bis zu stehenden Anwendungen ersetzen, son- denen Sektoren zu geben. 2,5 GWh/h Wasserstoff ohne den Einsatz dern es kommen auch Anwendungen in Wichtig Entwicklung in neueren Studi- von Verdichterstationen transportieren. neuen Sektoren dazu (z. B. Einsatz in der en ist, dass davon ausgegangen wird, dass Später kann die Kapazität durch den Zu- Stahlerzeugung oder auch verstärkt im zukünftig ein grenzüberschreitendes Netz bau von Verdichterleistung auf bis zu Verkehr). Die nationale Wasserstoffstrate- für den Transport von Wasserstoff existie- 8,6 GWh/h erhöht werden. Die Studie gie beziffert die Nachfrage nach Wasser- ren wird. Verschiedene Netzbetreiber ha- zeigt durch die Betrachtung verschiede- stoff bereits im Jahr 2030 auf 90-110 TWh ben national aber auch in Kooperation in- ner Verdichtervarianten, dass der Stand- [4]. Dies übersteigt bei weitem die Menge ternational erste Visionen für nationale ort von Verdichterstationen großen Ein- an erneuerbarem Wasserstoff (14 TWh), Wasserstoffnetze entwickelt, die zusam- fluss auf die Kosten und die realisierbare die in Deutschland mit der in der Strategie men ein erstes visionäres europäisches Transportkapazität des Systems hat. bis 2030 vorgesehen Elektrolyseleistung Netz ergeben ( (The European Hydrogen Die Kosten der Wasserstoffverbindung von 5 GW erzeugt werden kann so dass Backbone [5]. In der Studie wird ein kurzer hängen insbesondere von der für die rea- die Einfuhr von Wasserstoff notwendig für Überblick zum Stand der Planungsaktivi- lisierte Transportkapazität benötigten Ver- die Deckung des Wasserstoffbedarfs in täten in Deutschland gegeben. dichterleistung, der Länge des Systems Deutschland sein würde. Die Rolle von und den Möglichkeiten der Wiederver- Wasserstoff - oder allgemeiner von erneu- Technische Planung & betrachte wendung der bestehenden Gasinfrastruk- erbaren Gasen - im zukünftigen Energie- Ausbauvarianten tur ab. Im 2,5 GWh/h Szenario ohne Ver- system wird in verschiedenen Energiestu- In der Studie werden Prämissen für die dichtung zwischen Esbjerg und Heide- dien (z. B. in den Szenarien der „Leitstu- technische Planung festgelegt und kurz nau, werden Investitionen (CAPEX) von die“ der dena oder in der Studie begründet. Es wird z. B. davon ausgegan- rund 390 Mio. € benötigt. Die Kapazität „Klimaneutrales Deutschland“ der AGO- gen, dass vorhandenen Leitungen auf kann auf bis zu 8,6 GWh/h erhöht werden RA) recht unterschiedlich gesehen. In ak- den Transport von Wasserstoff umge- durch den Bau einer Verdichterstation in tuelleren Studien kristallisieren sich für stellt werden können. Bei Verdichterstati- Ellund. In diesem Szenario werden die In- Wasserstoff klare „no-regret“ Bereiche he- onen wird dagegen ein Neubau einge- vestitionen auf rund 670 Mio. € abge- raus, die übereinstimmend als zukünftige plant. Es werden Kostensätze für die un- schätzt, wobei etwa 40 % der Kosten (280 Einsatzbereich von Wasserstoff angese- terschiedlichen Maßnahmen (Neubau Mio. €) auf die Verdichterstation entfallen. hen werden. In der Durchführbarkeitsstu- von Leitungen, Umstellung von Leitun- Durch die Wiederverwendung bestehen- die wurde versucht, eine Übersicht der gen sowie Neubau von Verdichterstatio- der Gasleitungen werden erhebliche Kos- zentralen Argumente für oder gegen den nen) festgelegt. teneinsparungen erzielt. In dieser Studie 32 gwf Gas + Energie 10/2021
STUDIE wird gezeigt, dass je nach Startpunkt in Pipeline durch die Installation von Ver- von den FNB durchgeführten Marktabfra- Dänemark 50-60 % der Wasserstoffver- dichterleistung erhöht werden. ge Wasserstoffabfrage für Erzeugung bindung zwischen Dänemark und 3. Die Wiederverwendung bestehender und Bedarf (WEB) enthält. An der WEB Deutschland durch bestehende Gaspipe- Pipelines senkt die Kosten erheblich haben sich über 500 Projekte beteiligt, lines realisiert werden können. und sollte wenn möglich genutzt die in Summe einen erheblichen Kun- Wasserstofftransportsysteme in gro- werden. denbedarf an Transportleistungen über ßem Maßstab und über große Entfernun- 4. Um einen kosteneffizienten und ein Wasserstoffnetz darstellen. In Schles- gen sind technisches Neuland. Für die rechtzeitigen Ausbau des Wasserstoff- wig-Holstein liegen z. B. relevante Anteile Kostenbestimmung in dieser Studie wur- netzes zu gewährleisten, sollte es so der gemeldeten Wasserstoffeinspeisung, den vereinfachende Annahmen getrof- konzipiert und gebaut werden, dass so dass ein Aufbau einer bis zur däni- fen. Die Kostenschätzungen sind als indi- es den längerfristigen Prognosen für schen Grenze reichenden Wasserstoff- kativ zu verstehen. die Wasserstoffnachfrage entspricht. infrastruktur relevant wird, allein zur Erfül- Es wurde auch ein Vergleich mit dem lung der Anforderungen nach der WEB Transport von Wasserstoff per Lkw und des NEP 2022 (Bild 3). Schiff angestellt, wobei man zu dem Aktuelle Entwicklungen Schluss kam, dass der Transport von Was- Wasserstoff ist ein hochdynamisches European Hydrogen Backbone serstoff in Pipelines - für die in dieser Stu- Thema und seit Veröffentlichung der Stu- Im Juni 2021 hat die Initiative European die angenommenen Mengen und Entfer- die haben Entwicklungen stattgefunden, Hydrogen Backbone an der die Mehrheit nungen - hinsichtlich der Kosten als auch die die Motivation für die Entwicklung ei- der europäischen Fernleitungsnetzbe- hinsichtlich der Logistik die klar zu bevor- ner Wasserstoffverbindung zwischen Dä- treiber mitwirken eine Studie veröffent- zugende Option ist. nemark und Deutschland unterstützen. licht, in der sie europaweit das Angebot Der Wert eines Leitungssystems steigt sowie den Bedarf nach erneuerbarem mit höherer Nachfrage nach Transportka- Netzentwicklungsplan Gas Wasserstoff untersucht haben [7, 8]. Die pazitäten, trotzdem könnte ein anfängli- 2022-2032 Basis dieser dritten Studie im Rahmen der ches System mit bis zu ~2,5 GWh/h die Am 21.06.2021 haben die deutschen EHB Kooperation war ein einheitliches Entstehung eines (Insel)-Wasserstoff- Fernleitungsnetzbetreiber (FNB) den Sze- Energiemodell für die beteiligten Länder marktes in einem nördlichen Cluster zwi- nariorahmen für den Netzentwicklungs- Europas, das insbesondere die unter- schen Dänemark und Norddeutschland plan Gas 2022-2032 [6]) veröffentlicht, der schiedlichen regionalen Potenziale für auf kostengünstige Weise unterstützen, als wichtige Eingangsgröße für die Ausle- die Erzeugung von erneuerbarem Strom selbst wenn dieses System anfänglich gung eines zukünftigen Wasserstoffnet- und darauf basierend erneuerbarem nicht ausgelastet sein sollte und noch zes in Deutschland die Ergebnisse der Wasserstoff untersucht hat. Diese Studie keine komplette Vernetzung realisiert werden konnte. Gemäß den Wasserstoff- netzplanungen im Netzentwicklungs- plan Gas 2020 könnte Hamburg bereits im Jahr 2025 in ein Wasserstoffnetz in Deutschland integriert sein. Kernaussagen der Studie Die Studie trifft die folgenden Kernaussa- gen zur Realisierbarkeit einer Wasserstoff- verbindung zwischen Dänemark und Deutschland 1. Eine Wasserstoffverbindung zwischen Dänemark und Deutschland kann re- lativ schnell realisiert werden. Die Ent- wicklung hängt vom Bedarf des Was- serstoffmarktes ab. 2. Das Design der Wasserstoffverbin- dung ist skalierbar. Eine erhebliche Kapazität kann bereits durch eine rei- ne Netzverbindung realisiert werden. Je nach Entwicklung der Wasserstoff- Bild 3: Projekte zur Wasserstoffeinspeisung für 2032 aus der Marktabfrage der FNB für den Netz- nachfrage kann die Kapazität der entwicklungsplan Gas 2022-2032 („Kategorie 1“ = Projekte relevant für die Fernleitungsebene) gwf Gas + Energie 10/2021 33
STUDIE on noch beihilferechtlich genehmigt wer- den, was im Laufe des Jahres erfolgen soll. Das Projekt HyPerLink der Gasunie Deutschland ist eines der 62 national aus- gewählten Projekte. Gasunie will mit dem Projekt HyPerLink vor 2030 eine Wasser- stoffinfrastruktur von der niederländi- schen Grenze bis in die Industrieregionen um Hamburg und Hannover realisieren. Die Erweiterung des Systems bis zur däni- schen Grenze ist von der Gasunie als sinnvolle zweite Ausbaustufe im Antrag zum Projekt enthalten. Marktdialog zur Nachfrage nach Wasserstoffinfrastruktur in Däne- mark Die dänische Energiebehörde und Ener- ginet haben im Zeitraum Juli bis August einen Marktdialog durchgeführt, um die Bild 4: Regionales Erzeugungspotenzial von grünem Wasserstoff. Nachfrage nach einer Wasserstoffinfra- struktur in Dänemark zu ermitteln. Die Ergebnisse des Marktdialogs sollen in die bestätigt in einer einheitlichen Betrach- schen Wasserstoffprojekts (sog. Wasser- Arbeit der dänischen Energiebehörde tungsweise die Einschätzung, dass Däne- stoff-IPCEI - Important Projects of Com- und in die zukünftige Netzplanung für mark und der skandinavische Raum sich mon European Interest) staatlich geför- Strom und Gas bei Energinet einfließen. im europäischen Wasserstoffmarkt zum dert werden sollen. Als unabhängiges staatliches Unter- Exporteur von Wasserstoff entwickeln Die Förderung der deutschen Vorha- nehmen, das für die gesamte Energieinf- kann und Deutschland seinen Wasser- ben erfolgt im Rahmen eines europäi- rastruktur in Dänemark verantwortlich ist, stoffbedarf aus Dänemark aber auch an- schen Projekts (IPCEI Wasserstoff) gemein- hat Energinet die gesetzliche Aufgabe, deren Regionen Europas decken kann. sam mit bis zu 22 europäischen Partner- Entwicklungen im Energiesektor zu er- ländern. Die verschiedenen nationalen leichtern und zu unterstützen, um damit HyPerLink – das IPCEI Projekt der Projekte sollen so miteinander vernetzt für den Aufbau einer klimaneutralen Gasunie Deutschland werden, dass alle Länder voneinander Energieversorgung beizutragen. Die Be- Das Bundeswirtschaftsministerium und profitieren und gemeinsam eine europäi- darfsermittlung für Strom- und Gasinfra- das Bundesverkehrsministerium haben sche Wasserstoffwirtschaft aufgebaut strukturen wird nach bereits etablierten am 28.05.2021 eine Auswahl von 62 Was- werden kann. Die Projekte der Vorauswahl Verfahren durchgeführt, deckt jedoch serstoff-Großprojekten vorgestellt, die im müssen von der Europäischen Kommissi- nicht den potenziellen Bedarf an Wasser- Rahmen eines gemeinsamen europäi- stoffinfrastrukturen ab. Der Dialog ist der erste Versuch, den Bedarf an Wasserstoff- infrastrukturen in Dänemark für Flexibi Gasunie litäts-, Speicher- und/oder Transport Gasunie ist ein europäisches Energieinfrastrukturunternehmen. Das Hochdruck zwecke zu ermitteln. Auch grenzüber- Fernleitungsnetz der Gasunie ist eines der größten in Europa und besteht aus schreitende Infrastrukturen in den über 15.000 km Leitungen in den Niederlanden und Deutschland. Nachbarländern werden in Betracht ge- Gasunie ist davon überzeugt, dass CO2-neutrale Gase (Biomethan, syntheti- zogen. sches Erdgas (SNG) und insbesondere Wasserstoff) eine entscheidende Rolle Alle Marktteilnehmer (Hersteller, Pro- bei der Erreichung der EU-Klimaziele spielen werden. jekt-Entwickler, Händler und Kunden), die Gasunie will die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft durch den Aufbau an der Entwicklung eines Marktes für PtX- einer eigenen Transportinfrastruktur für Wasserstoff vorantreiben. und Wasserstoff arbeiten, waren aufgeru- Gasunie Deutschland ist einer von 16 Gasfernleitungsnetzbetreibern in fen, sich an dem Dialog zu beteiligen. Deutschland. GUD arbeitet beim Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur eng mit Drei Aspekte wurden im Marktdialog den deutschen und den europäischen Fernleitungsnetzbetreibern zusammen. adressiert. Der erste Teil der Abfrage be- zog sich auf die geschäftlichen Aspekte 34 gwf Gas + Energie 10/2021
STUDIE der Projekte und fragte Informationen zur Herkunft des Wasserstoffs, den erwarte- Energinet ten Endanwendungen und den Projekt- Energinet ist ein unabhängiges staatliches Unternehmen, welches dem däni- status ab. Der zweite Teil befasste sich mit schen Ministerium für Klima, Energie und Versorgungswirtschaft unterstellt ist. der Nachfrage nach Wasserstoffinfra- Das Kerngeschäft von Energinet besteht in der Planung, Instandhaltung und struktur und dem potenziellen Nutzen Entwicklung des dänischen Energiesystems für Strom und Gas. Hierbei liegt der für das betreffende Projekt. In diesem Teil Schwerpunkt darauf, kosteneffiziente Möglichkeiten zu finden, mit denen wei- wurden auch technische Fragen zur Was- ter steigende Anteile erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Aufrechterhal- serstoffqualität und zum erwarteten Ein- tung der hohen Versorgungssicherheit in das System integriert werden kön- gangs- und Ausgangsdruck gestellt. Im nen. dritten Teil ging es um mögliche Auswir- Mit Blick auf die europäischen Klimaziele sieht Energinet die Notwendigkeit kungen des Projektes auf das Stromnetz einer koordinierten und ganzheitlichen Planung der Energieinfrastruktur für und den Strommarkt. Strom und Gas, einschließlich der Einbindung neuer Energieträger wie Wasser- Der Dialog ist ein erster Versuch, Er- stoff. kenntnisse über den Infrastrukturbedarf Energinet schätzt die Arbeit der europäischen Netzbetreiber und arbeitet zu gewinnen, und die eingereichten Ant- aktiv mit ihnen zusammen bei der Identifikation von möglichen künftigen worten sind nicht verbindlich. Die aggre- grenzüberschreitenden Wasserstoffnetzen, welche das Ungleichgewicht zwi- gierten Ergebnisse des Dialogs werden in schen der Erzeugung von ‚erneuerbarem‘ Wasserstoff und dem Wasserstoffbe- einem Bericht zusammengefasst und darf in Europa überbrücken sollen. dem Markt zur Verfügung gestellt. Literatur: [1] Energinet & Gasunie (April 2020): Pre-feasi- [6] FNB Gas (Juni 2021): Szenariorahmen zum Kontakt: bility Study for a Danish-German Hydrogen Netzentwicklungsplan Gas 2022-2032: htt- Tine Lindgren Network: https://www.gasunie.de/up- ps://www.fnb-gas.de/netzentwicklungs- Energinet loads/fckconnector/8813f5f0-bd85-5fde- p l a n /s z e n a r i o r a h m e n /s z e n a r i o r a h - 9e84-4509ec7a3a2c men-2022/ Chefingenieurin Systemperspektive [2] DEA 1 (The Danish Energy Agency/Energi- [7] Guidehouse (Juni 2021): Analysing future TIL@energinet.dk styrelsen). (August 2020): Analyseforudsæt- demand, supply, and transport of hydro- ninger til Energinet: https://ens.dk/service/ gen (Supported by Gas for Climate): htt- Dr. Malte Grunwald fremskrivninger-analyser-modeller/analy- ps://gasforclimate2050.eu/wp-content/up- Gasunie seforudsaetninger-til-energinet loads/2021/06/EHB_Analysing-the-future- Wasserstoff Team - Langfriststudien [3] DEA 2 (The Danish Energy Agency/Energis- demand-supply-and-transport-of-hydro- gen_June-2021_v3.pdf malte.grunwald@gasunie.de tyrelsen). (Januar 2021): Technology Data. Energy Transport: https://ens.dk/sites/ens. [8] Guidehouse (Juli 2020). The European Hyd- dk/files/Analyser/technology_data_for_ rogen Backbone. (Supported by Gas for energy_transport.pdf Climate). https://gasforclimate2050.eu/ [4] BMWi (Juni 2020): Die Nationale Wasser- sdm_downloads/european-hydrogen- stoffstrategie: https://www.bmwi.de/Re- backbone/ daktion/DE/Publikationen/Energie/die-na- tionale-wasserstoffstrategie.html [5] Guidehouse (April 2021): Extending the Eu- ropean Hydrogen Backbone (Supported by Gas for Climate): https://gasforclimate2050. eu/sdm_downloads/extending-the-euro- pean-hydrogen-backbone/ Ihr Kontakt zur Redaktion Volker Trenkle Telefon +49 201 82002-53, Telefax +49 201 82002-40, E-Mail: v.trenkle@vulkan-verlag.de gwf Gas + Energie 10/2021 35
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