Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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Transformatinsprozess für die kommunale Energiewende - Sektorengekoppelte Infrastrukturen und Strategien zur Einbindung von lokalen Akteuren (TrafoKommunE). Abschlussbericht

2023 , Hotz, Christian , Wayas, Louis , Mohan, Jithin , Merz, Lisa , Isik, Volkan , Köppel, Wolfgang , Glaser, Christian , Kleinebrahm, Max , Jongh, Steven de , Gräfenhorst, Simon , Förderer, Kevin , König, Michael , Stelzer, Volker , Oberle, Stella , Stute, Judith , Wietschel, Martin , Speth, Daniel , Gnann, Till , Hettesheimer, Tim , Powilleit, Marion , Ulmer, Nico , Gewiese, Bernd , Schmalzing, Claus , Studt, Julian , Hettig, Simon , Schmelzer, Martin , Müntefering, Tim , Frankenhoff, Frederic , Benthin, Jörn , Albus, Rolf

Das Projekt TrafoKommunE untersucht den anstehenden Transformationsprozess im Energiesystem mit Fokus auf die kommunale Energiewende. Dabei spielen lokale Energieversorger und Kommunen eine Schlüsselrolle. Im Rahmen des Projekts wird der lokale Ausbau von erneuerbaren Energiequellen, die Nutzung alternativer Technologien (z. B. Wärmepumpen und batterieelektrische Fahrzeuge) und Sanierungsmaßnahmen untersucht. Die leitungsgebundene Energieinfrastruktur wird auf die daraus resultierende notwendige Transformation analysiert. In TrafoKommunE werden neben den technischen Maßnahmen auch mögliche Geschäftsmodelle für lokale Energieversorger betrachtet sowie Fragestellungen bezüglich der Akzeptanz von Stakeholdern. Darüber hinaus wurden die aktuellen politischen Rahmenbedingungen untersucht und es fanden Aktivitäten statt, die zur Aktivierung von Energieversorgungsunternehmen beitragen, eine aktive Rolle bei der lokalen Energiewende einzunehmen.

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War in Ukraine: Implications for the European and German strategies for importing hydrogen and synthesis products. Position paper

2022-03 , Wietschel, Martin , Roth, Florian , Fragoso García, Joshua , Herbst, Andrea , Kleinschmitt, Christoph , Wittmann, Florian , Breitschopf, Barbara , Zheng, Lin , Eckstein, Johannes , Neuwirth, Marius , Pfluger, Benjamin , Ragwitz, Mario , Löschel, Andreas , Biesewig, Lars , Thiel, Zarah , Voglstätter, Christopher , Nunez, Almudena , Quitzow, Rainer , Kunze, Robert , Stamm, Andreas , Strohmaier, Rita , Lorych, Ludger

Russia’s war of aggression against Ukraine has led many to question the formerly held certainty that close trade relations result in a stable energy supply. Hydrogen, which is expected to play an important role in the future, is particularly affected by this. Against this background, among other things, this position paper addresses new approaches to assessing partner countries for hydrogen imports, the development of import costs, and the potential for hydrogen production in the EU. The paper also addresses the future economic development of Ukraine through the production and transportation of hydrogen.

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Krieg in der Ukraine: Auswirkungen auf die europäische und deutsche Importstrategie von Wasserstoff und Syntheseprodukten. Impulspapier

2022 , Wietschel, Martin , Roth, Florian , Fragoso García, Joshua , Herbst, Andrea , Kleinschmitt, Christoph , Wittmann, Florian , Breitschopf, Barbara , Zheng, Lin , Eckstein, Johannes , Neuwirth, Marius , Pfluger, Benjamin , Ragwitz, Mario , Löschel, Andreas , Biesewig, Lars , Thiel, Zarah , Voglstätter, Christopher , Nunez, Almudena , Quitzow, Rainer , Kunze, Robert , Stamm, Andreas , Strohmaier, Rita , Lorych, Ludger

Der Angriffskrieg von Russland auf die Ukraine hat auf vielen Seiten zur Erkenntnis geführt, dass die bisher geltende Gewissheit, dass enge Handelsbeziehungen zu einer stabilen Energieversorgung führen, zu hinterfragen ist. Das Zukunftsthema Wasserstoff ist davon in besonderem Maße betroffen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich das Impulspapier unter anderem mit neuen Ansätzen der Bewertung von Partnerländern beim Wasserstoffimport, der Entwicklung von Importkosten und den Potenzialen für eine Wasserstoffherstellung in der EU. Zudem geht das Papier auf die künftige wirtschaftliche Entwicklung der Ukraine durch die Erzeugung und den Transport von Wasserstoff ein.

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Importing hydrogen and hydrogen derivatives: from costs to prices

2021 , Wietschel, Martin , Eckstein, Johannes , Riemer, Matia , Zheng, Lin , Lux, Benjamin , Neuner, Felix , Breitschopf, Barbara , Fragoso García, Joshua , Kleinschmitt, Christoph , Pieton, Natalia , Nolden, Christoph , Pfluger, Benjamin , Thiel, Zarah , Löschel, Andreas

Current knowledge indicates that Germany will have to rely on importing hydrogen and hydrogen derivatives to achieve its ambitious targets. Against this background, for the first time, an ap-proach was presented for how to envisage a future emerging market and how to move from pro-duction costs to prices. For this purpose, the development of a partial equilibrium model is out-lined with price-elastic supply and demand functions and the inclusion of transport costs. In this model, country risks and the influence of regulation are also taken into account.

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Export Potentials of Green Hydrogen - Methodology for a Techno-Economic Assessment

2023 , Pieton, Natalia , Abdel-Khalek, Hazem , Graf, Marieke Emilie Anna , Drechsler, Björn , Lenivova, Veronika , Nolden, Christoph , Bergup, Emily Felicitas , Sinha, Mohammad , Fragoso García, Joshua , Franke, Katja , Kleinschmitt, Christoph , Müller, Viktor Paul , Wietschel, Martin , Holst, Marius , Weise, Friedrich , Voglstätter, Christopher

This working paper describes the quantitative and model-based methodology used in HYPAT to assess hydrogen and Power-to-X (PtX) export potentials in the countries Morocco, Ukraine, Namibia, Turkey, United Arab Emirates, Kenya, Chile, Canada, Brazil, and New Zealand. The results of the techno-economic assessment are further used as a basis for a global hydrogen and PtX atlas, and as an indication of the price development of hydrogen and PtX.

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Systemanalytische Untersuchungen zur Evaluierung der Rolle von EE-Methan

2022 , Wietschel, Martin , Oberle, Stella , Akca Subasi, Melek , Speth, Daniel , Lux, Benjamin , Scherrer, Aline , Kunze, Robert , Köppel, Wolfgang , Vayas, Louis , Zubair, Asif , Gnann, Till , Burghard, Uta , Pfluger, Benjamin , Steyer, Nico , Erler, Ronny , Monsalve, Cristian , Pemsel, Jonas , Lozanovski, Aleksandar

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Future hydrogen demand: A cross-sectoral, global meta-analysis

2022 , Riemer, Matia , Zheng, Lin , Eckstein, Johannes , Wietschel, Martin , Pieton, Natalia , Kunze, Robert

Hydrogen and synthesis products are considered to be of high importance in future energy systems and therefore play an increasing role in climate change mitigation strategies. This working paper provides an overview of over 40 scenarios from published energy system studies for the future development of hydrogen demand from a global perspective as well as for the EU and China. Demand projections are compared for the sectors industry, buildings and transport up to the year 2050. The results are further compared to the bandwidth of hydrogen demand in the scenarios from the Intergovernmental Panel for Climate Change. The findings show that hydrogen is needed to reach climate neutrality in most scenarios and it will become an important, but not a dominant energy carrier in the future. The scenarios show a large range in hydrogen demand both in absolute and in relative terms, which indicates a high uncertainty in the ramp of hydrogen markets. Globally, the hydrogen share in 2050 ranges between 4-11% of total final energy demand. In all regions, the transport sector has the largest share of hydrogen in total energy demand and the largest absolute hydrogen demand. In the EU, the hydrogen share in transport energy ranges from 13-36%% and is considerably higher than globally and in China (10-19%) in 2050. The hydrogen demand projections for industry are between 2%-9% share of industry energy demand in 2050. In the building sector, the role of hydrogen is smaller than in the other sectors in all regions assessed (global share between 1%-2% in 2050).

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Ukrainian Hydrogen Export Potential: Opportunities and Challenges in the Light of the Ongoing War

2023 , Sukurova, Natalia , Wietschel, Martin , Fragoso García, Joshua , Müller, Viktor Paul , Franke, Katja , Kantel, Anne , Graf, Marieke Emilie Anna , Jalbout, Eddy , Pieton, Natalia , Abdel-Khalek, Hazem , Bergup, Emily , Weise, Friedrich

The purpose of the working paper is to study the hydrogen export potential of Ukraine, including the opportunities and challenges in light of the ongoing war, based on the analyses of national and international sources as well as the modeling and calculations conducted within the HYPAT project. The carried-out analysis of the current trends and developments of the hydrogen economy in Ukraine shows that de-spite the ongoing war, the EU remains interested in Ukraine as a potential future hy-drogen supplier. Techno-economic assessment reveals the following: green steel could become an important export product in the future, generating additional reve-nues in the country; Ukraine has a well-established infrastructure for exporting hydro-gen and Power-to-X products to Western Europe via pipelines and seaports, but the repurposing of this infrastructure needs to be further investigated; important energy infrastructures and land for potential renewable energy deployment are currently oc-cupied by the Russian military. It is determined that the war's uncertain duration in-creases the risks of investing in developing the large RE potential in Ukraine so, low-cost RE might only be sufficient to cover domestic demand. The following opportuni-ties and obstacles are highlighted: the development of a hydrogen economy can bring socio-political advantages, but the large-scale hydrogen production in Ukraine might be limited due to water scarcity and competitive water use for the agricultural sector and could imply higher energy costs for households.

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Impulspapier: Kurzfristige Strategien zur Erschließung von Einsparpotenzialen für Erdgas im Gebäudesektor zur Sicherung der Energieversorgung im Kontext der russischen Invasion in die Ukraine

2022 , Wietschel, Martin , Steinbach, Jan , Dütschke, Elisabeth , Eichhammer, Wolfgang , Ragwitz, Mario , Spillmann, Thorsten

Dieses Kurzpapier diskutiert einige wichtige Optionen, mit welchen Maßnahmen die kurzfristigen Einsparpotenziale von Erdgas gehoben werden können, und die gleichzeitig geeignet sind, auch die mittel- und langfristigen Potenziale zu adressieren. Das Papier konzentriert sich dabei auf die Erdgasnachfrage im Gebäudesektor. Die folgenden Maßnahmen werden diskutiert: • Wirkung von Preissignalen auf die Erdgasnachfrage • Förderung von Informationskampagnen zu Energieeinsparmöglichkeiten • Anreizsysteme für Versorger und Endkund:innen zu Einsparmaßnahmen • Stärkung des Energieberatermarkts und Ausweitung Energieberatung und der Energie-Checks • Förderung von Fortbildungen in Heizungsunternehmen

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Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten: Von Kosten zu Preisen

2021 , Wietschel, Martin , Eckstein, Johannes , Riemer, Matia , Zheng, Lin , Lux, Benjamin , Neuner, Felix , Breitschopf, Barbara , Fragoso García, Joshua , Kleinschmitt, Christoph , Pieton, Natalia , Nolden, Christoph , Pfluger, Benjamin , Thiel, Zarah , Löschel, Andreas

Nach heutigem Kenntnisstand wird Deutschland zur Erreichung seiner ambitionierten Ziele auf den Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten angewiesen sein. Vor dieser Problemstellung wird hier erstmals ein Ansatz vorgestellt, wie man sich eine künftige Marktentstehung vorstellen kann und wie man von Herstellkosten zu Preisen kommen könnte. Hierzu wird die Entwicklung eines partiellen Gleichgewichtsmodells skizziert mit preiselastischen Angebots- und Nachfrage-funktionen und den Einbezug von Transportkosten. In diesem werden auch die Länderrisiken und der Einfluss der Regulierung berücksichtigt.

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