Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Krieg in der Ukraine: Auswirkungen auf die europäische und deutsche Importstrategie von Wasserstoff und Syntheseprodukten. Impulspapier
    (Fraunhofer ISI, 2022)
    Wietschel, Martin
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    Roth, Florian
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    Fragoso García, Joshua
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    Herbst, Andrea
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    Kleinschmitt, Christoph
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    Wittmann, Florian orcid-logo
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    Breitschopf, Barbara orcid-logo
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    Zheng, Lin orcid-logo
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    Eckstein, Johannes
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    Neuwirth, Marius orcid-logo
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    Pfluger, Benjamin
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    Ragwitz, Mario
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    Löschel, Andreas
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    Biesewig, Lars
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    Thiel, Zarah
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    Voglstätter, Christopher
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    Nunez, Almudena
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    Quitzow, Rainer
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    Kunze, Robert
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    Stamm, Andreas
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    Strohmaier, Rita
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    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.
  • Publication
    Durchstarten trotz Unsicherheiten: Eckpunkte einer anpassungsfähigen Wasserstoffstrategie. Ariadne-Kurzdossier
    (PIK, 2021)
    Ueckerdt, Falko
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    Günther, Claudia
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    Rehfeldt, Matthias orcid-logo
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    Gils, Hans C.
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    Pfluger, Benjamin
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    Knodt, Michèle
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    Bauer, Christian
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    Luderer, Gunnar
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    Odenweller, Adrian
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    Kemmerzell, Jörg
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    Verpoort, Philipp
  • Publication
    Ist der regulatorische Rahmen von Gasverteilnetzen für die zukünftigen Herausforderungen im deutschen Energiesystem gewappnet?
    ( 2021)
    Oberle, Stella
    ;
    Gnann, Till orcid-logo
    Um die Klimaziele erreichen zu können, wird langfristig die Gasnachfrage insbesondere im Gebäudesektor sinken, da ein starker Wettbewerb zwischen Wärmepumpen, Wärmenetzen und Gasbrennwertkesseln zur Wärmeversorgung in Gebäuden vorherrscht. Eine sinkende Gasnachfrage bei einer unveränderten Größe des Gasnetzes führt zu steigenden Netzentgelten. Ein Rückbau der Gasverteilnetze und somit eine Größenreduktion des Gasnetzes kann diesem Trend entgegenwirken und einen wirtschaftlichen Betrieb des verbleibenden Netzes gewährleisten. In diesem Papier wird anhand eines Beispielnetzbetreibers untersucht, ob die Anreizregulierung einen effizienten Betrieb der Gasverteilnetze im Energiesystem bis 2050 fördert. Hierfür werden die Erlösobergrenze und der Kapitalwert von vier verschiedenen Szenarien miteinander verglichen und anhand von verschiedenen Nachfrageentwicklungen die Netzentgelte abgeleitet, um die Auswirkung auf die Endverbraucher zu verdeutlichen. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar eine Steigerung des Effizienzwertes die Verluste in den Szenarien verringert, aber das Szenario mit den höchsten wirtschaftlichen Verlusten auch die höchsten Erlöse genehmigt bekommt. Dies lässt bezweifeln, dass der aktuelle regulatorische Rahmen für die Herausforderungen des Gasverteilnetzes im zukünftigen Energiesystem geeignet ist.
  • Publication
    Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Ariadne-Report. Zusammenfassung
    ( 2021)
    Luderer, Gunnar
    ;
    Günther, Claudia
    ;
    Sörgel, Dominika
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    Kost, Christoph
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    Benke, Falk
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    Auer, Cornelia
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    Koller, Florian
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    Herbst, Andrea
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    Reder, Klara
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    Böttger, Diana
    ;
    Ueckerdt, Falko
    ;
    Pfluger, Benjamin
    ;
    Wrede, Daniel
    ;
    Strefler, Jessica
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    Merfort, Anne
    ;
    Rauner, Sebastian
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    Siala, Kais
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    Schlichenmaier, Simon
  • Publication
    Import von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten: Von Kosten zu Preisen
    (Fraunhofer ISI, 2021)
    Wietschel, Martin
    ;
    Eckstein, Johannes
    ;
    Riemer, Matia
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    Zheng, Lin orcid-logo
    ;
    Lux, Benjamin orcid-logo
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    Neuner, Felix
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    Breitschopf, Barbara orcid-logo
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    Fragoso García, Joshua
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    Kleinschmitt, Christoph
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    Pieton, Natalia orcid-logo
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    Nolden, Christoph orcid-logo
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    Pfluger, Benjamin
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    Thiel, Zarah
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    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.
  • Publication
    Dynamische Stromtarife unter Berücksichtigung des Nutzendenverhaltens: Auswirkungen auf das Verteilnetz
    ( 2021)
    Stute, Judith orcid-logo
    ;
    Kühnbach, Matthias
    Der voranschreitende Ausbau erneuerbarer Energien sowie der steigende Anteil an Sektorkopplungstechnologien in Haushalten (Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen etc.) stellt die Energiewirtschaft und die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Die Netzbelastung wird aufgrund der genannten Technologien in den kommenden Jahren zunehmen, was zu einem erhöhten Netzausbaubedarf führen kann. Eine Möglichkeit, dieser steigenden Netzbelastung zu begegnen ist es, flexibles Verbrauchsverhalten anzureizen, beispielsweise durch dynamische Stromtarife. Es stellt sich die Frage, ob die heute bereits angebotenen dynamischen Tarife attraktiv für Verbrauchende sind und inwieweit sie die Netzauslastung beeinflussen können. Wir zeigen, dass heutige dynamische Tarife in Verbindung mit einem Energiemanagementsystem attraktiv für Haushalte mit Flexibilitätsoptionen sind. Gleichzeitig steigt die maximal aus dem Netz bezogene Leistung dieser Haushalte bei Nutzung eines dynamischen Tarifs. Unsere Lastflussanalyse zeigt jedoch, dass aufgrund der Durchmischung der im Netzgebiet vorhandenen Tarife die Netzbelastung insgesamt sogar leicht reduziert werden kann. Die Ergebnisse zeigen somit, dass dynamische Tarife zu einer Durchmischung des Verbrauchendenverhaltens führen, das sich positiv auf das Niederspannungsnetz auswirken kann, auch wenn dynamische Tarife nicht explizit netzdienlich ausgestaltet sind.
  • Publication
    Impacts of avalanche effects of price-optimized electric vehicle charging - Does demand response make it worse?
    ( 2021)
    Kühnbach, Matthias
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    Stute, Judith orcid-logo
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    Klingler, Anna-Lena
    Electric vehicles (EVs) are expected to provide substantial potential for demand response (DR) and, thus, the integration of renewable electricity sources in the future energy system. However, DR can also have noticeable negative consequences, so-called avalanche effects. We systematically assess under which circumstances avalanche effects occur and what impact they have on the electricity system and cost savings for EV owners. Our results show that DR can provoke unwanted avalanche effects, which are particularly strong beyond 2030, when the leverage of EV charging will have increased to a significant level. It is possible to avoid avalanche effects by using a dynamically updated DR signal. If this is used, our findings confirm that shifting charging load from peaks to hours of low or negative residual load reduces the peak and variance of residual load and facilitates the integration of renewables.
  • Publication
    Supply curves of electricity-based gaseous fuels in the MENA region
    ( 2021)
    Lux, Benjamin orcid-logo
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    Gegenheimer, Johanna
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    Franke, Katja
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    Sensfuß, Frank
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    Pfluger, Benjamin
    The utilization of electricity-based fuels (e-fuels) is a potential strategy component for achieving greenhouse gas neutrality in the European Union (EU). As renewable electricity production sites in the EU itself might be scarce and relatively expensive, importing e-fuels from the Middle East and North Africa (MENA) could be a complementary and cost-efficient option. Using the energy system model Enertile, supply curves for hydrogen and synthetic methane in the MENA region are determined for the years 2030 and 2050 to evaluate this import option techno-economically. The model optimizes investments in renewable electricity production, e-fuel production chains, and local electricity transport infrastructures. Analyses of renewable electricity generation potentials show that the MENA region in particular has large low-cost solar power potentials. Optimization results in Enertile show for a weighted average cost of capital of 7% that substantial hydrogen production starts above 100 e/MWhH2 in 2030 and above 70 e/MWhH2 in 2050. Substantial synthetic methane production in the model results starts above 170 e/MWhCH4 in 2030 and above 120 e/MWhCH4 in 2050. The most important cost component in both fuel production routes is electricity. Taking into account transport cost surcharges, in Europe synthetic methane from MENA is available above 180 e/MWhCH4 in 2030 and above 130 e/MWhCH4 in 2050. Hydrogen exports from MENA to Europe cost above 120 e/MWhH2 in 2030 and above 90 e/MWhH2 in 2050. If exported to Europe, both e-fuels are more expensive to produce and transport in liquefied form than in gaseous form. A comparison of European hydrogen supply curves with hydrogen imports from MENA for 2050 reveals that imports can only be economically efficient if the two following conditions are met: Firstly, similar interest rates prevail in the EU and MENA; secondly, hydrogen transport costs converge at the cheap end of the range in the current literature. Apart from this, a shortage of land for renewable electricity generation in Europe may lead to hydrogen imports from MENA. This analysis is intended to assist in guiding European industrial and energy policy, planning import infrastructure needs, and providing an analytical framework for project developers in the MENA region.