Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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European Hydrogen Infrastructure Planning

( 2024)
Alibas, Sirin
;
Ausfelder, Florian
;
Ditz, Daniel
;
Ebner, Michael
;
Engwerth, Veronika
;
Fleiter, Tobias
;
Fragoso García, Joshua
;
Genge, Lucien
;
Greitzer, Maria
;
Haas, Sofia
;
Haendel, Michael
;
Hank, Christoph
;
Hauser, Philipp
;
Heneka, Maximilian
;
Heineken, Wolfram
;
Hildebrand, Jan
;
Isik, Volkan
;
Köppel, Wolfgang
;
Harper, Ryan
;
Jahn, Matthias
;
Klaassen, Bernhard
;
Kneiske, Tanja Manuela
;
Malzkuhn, Sabine
;
Kuzyaka, Berkan
;
Mielich, Tim
;
Lux, Benjamin
;
Maghnam, Ammar
;
Müsgens, Felix
;
Mendler, Friedrich
;
Pleier, Amanda
;
Müller-Kirchenbauer, Joachim
;
Isbert, Anne-Marie
;
Ruprecht, David
;
Sadat-Razavi, Pantea
;
Neuner, Felix
;
Pfluger, Benjamin
;
Mohr, Stephan
;
Ragwitz, Mario
;
Scheffler, Marcel
;
Solomon, Mithran Daniel
;
Voglstätter, Christopher
;
Weißenburger, Bastian
;
Ausfelder, Florian
;
Ragwitz, Mario
;
Förster, My Yen
;
Nolden, Christoph

The white paper was developed by a selected authorship of the TransHyDE Project System Analysis. The contents of the TransHyDE publications are produced in the project independently of the Federal Ministry of Education and Research.
Assessing the conditions for economic viability of dynamic electricity retail tariffs for households

( 2024)
Stute, Judith
;
Pelka, Sabine
;
Kühnbach, Matthias
;
Klobasa, Marian

The success of the energy transition relies on effectively utilizing flexibility in the power system. Dynamic tariffs are a highly discussed and promising innovation for incentivizing the use of residential flexibility. However, their full potential can only be realized if households achieve significant benefits. This paper specifically addresses this topic. We examine the leverage of household flexibility and the financial benefits of using dynamic tariffs, considering household heterogeneity, the costs of home energy management systems and smart meters, the impact of higher electricity prices and price spreads and the differences between types of prosumers. To comprehensively address this topic, we use the EVaTar-building model, a simulation framework that includes embedded optimization designed to simulate household electricity consumption patterns under the influence of a home energy management system or in response to dynamic tariffs. The study's main finding is that households can achieve significant cost savings and increase flexibility utilization by using a home energy management system and dynamic electricity tariffs, provided that electricity prices and price spreads reach higher levels. When comparing price levels in a low and high electricity price scenario, with an increase of the average electricity price by 15.2 €ct/kWh (67% higher than the average for the year 2019) and an increase of the price spread by 8.9 €ct/kWh (494% higher), the percentage of households achieving cost savings increases from 3.9% to 62.5%. Households with both an electric vehicle and a heat pump observed the highest cost benefits. Sufficiently high price incentives or sufficiently low costs for home energy management systems and metering point operation are required to enable households to mitigate rising electricity costs and ensure residential flexibility for the energy system through electric vehicles and heat pumps.
Unsere forschungspolitischen Empfehlungen zur "Zukunftsstrategie Forschung und Innovation"

( 2024)
Doll, Claus
;
Eul, Ursula
;
Fulga-Beising, Simina
;
Hauser, Anett
;
Henning, Hans-Martin
;
Ehrenwirth, Mathias
;
Hebling, Christopher
;
Inninger, Wolfgang
;
Pretzsch, Sebastian
;
Kraljevic, Ivica
;
Lohse, Felix
;
Plötz, Patrick
;
Prasuhn, Pierre
;
Ragwitz, Mario
;
Wietschel, Martin

Die Ausgangslage: Der Innovationsstandort Deutschland befindet sich mitten in einer Zeit historischer Herausforderungen: die Klimakrise, geo politische Machtverschiebungen, internationale Systemwettbe werbe und die Digitalisierung. In diesen Zeiten muss Deutsch land seine Innovationsfähigkeit sichern, die richtigen Weichen für resiliente Wertschöpfungsketten stellen und sich als Forschungs- und Wirtschaftsstandort neu erfinden. Dies gelingt nur als gemeinsame Kraftanstrengung mit Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft. Die Bundesregierung hat mit der »Zukunftsstrategie Forschung und Innovation« ein übergreifendes forschungs- und innovati onspolitisches Konzept für den Hightech-Standort Deutschland vorgelegt. Die Fraunhofer-Gesellschaft begrüßt die Zukunfts strategie und die Vielzahl an richtigen Zielen, die darin veran kert sind. Diese sind wichtig für Deutschlands Wettbewerbsfä higkeit. Gleichzeitig decken sie sich mit den Impact-Zielen und strategischen Forschungsfeldern, welche die Fraunhofer-Gesell schaft in den vergangenen Jahren definiert hat. Die Zukunfts strategie zielt darauf ab, die Transformation in Richtung Nach haltigkeit voranzutreiben, die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit sicherzustellen und über technologische Souveränität selbstbe stimmt die Zukunft gestalten zu können. Unser Blick auf die Mission 1 mit dem Fokus auf Mobilität/ nachhaltige Energieträger und -quellen Eine leistungsfähige Mobilität von Personen und Gütern ist Voraussetzung der vernetzten Welt von morgen. Dabei fördern moderne Mobilitätslösungen nicht nur die Innovationskraft und Lebensqualität, sowohl in urbanen Regionen als auch in länd lich geprägten Regionen, sondern gehen mit der Energiewende Hand in Hand. Viele Herausforderungen unserer Zeit stehen in enger Verbindung mit Mobilitätslösungen: Klimakrise, gesell schaftliche Teilhabe, Fachkräftemangel etc. Die angewandte Forschung liefert Lösungsansätze, wie diese Herausforderungen nicht trotz, sondern gerade mit nachhaltigen und zukunftsfesten Mobilitätslösungen angegangen werden können. Mit der Zukunftsstrategie Forschung und Innovation Mission 1 hat die Bundesregierung wichtige Handlungsfelder adressiert und Ziele hin zu einer vernetzten und nachhaltigen Mobilitäts wende aufgezeigt. Jedoch fehlt es zur schnelleren Umsetzung von Innovationen, z. B. beim automatisierten und vernetzten Fahren im ÖPNV, oft sowohl an Freiheiten als auch an unter stützenden regulativen und bürokratiearmen Rahmenbedingun gen. Zudem sind in nahezu allen Bereichen Aus- und Weiterbil dungen für entsprechendes Fachpersonal erforderlich.
Export Potentials of Green Hydrogen - Methodology for a Techno-Economic Assessment

(Fraunhofer ISI, 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.
Ukrainian Hydrogen Export Potential: Opportunities and Challenges in the Light of the Ongoing War

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

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

(Fraunhofer ISI, 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.
Future hydrogen demand: A cross-sectoral, global meta-analysis

(Fraunhofer ISI, 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).
Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten: Von Kosten zu Preisen

(Fraunhofer ISI, 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.
Importing hydrogen and hydrogen derivatives: from costs to prices

(Fraunhofer ISI, 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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