Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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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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Ist der regulatorische Rahmen von Gasverteilnetzen für die zukünftigen Herausforderungen im deutschen Energiesystem gewappnet?

2021 , Oberle, Stella , Gnann, Till

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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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Factors affecting the calculation of wind power potentials: A case study of China

2021 , Franke, Katja , Sensfuß, Frank , Deac, Gerda , Kleinschmitt, Christoph , Ragwitz, Mario

In order to mitigate global climate change and air pollution, the Chinese government has assigned high priority to expanding low-carbon power generation in China. Recent studies have shown that wind power is one of the most promising renewable energy option in China. Although many studies have estimated the generation potential of onshore wind power, their results vary widely from 1783 TWh to 39,000 TWh. Therefore, we examine the different assumptions in these papers and identify three main factors influencing the results. The three influencing factors are: weather data set, land utilisation factor, and wind turbine configuration. For our model-based analysis, we define a reference scenario which is used to compare the results. Our analysis shows using a different weather data set increases the generation potential to roughly 35,000 TWh. This is 54% higher than the generation potential of the reference scenario. The land utilisation factor also has a large influence, ranging between -10% and -51%. The studies' assumptions and data should be subjected to careful scrutiny, as the calculated wind power potentials are widely used to develop decarbonisation strategies for the energy system.

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Durchstarten trotz Unsicherheiten: Eckpunkte einer anpassungsfähigen Wasserstoffstrategie. Ariadne-Kurzdossier

2021 , Ueckerdt, Falko , Günther, Claudia , Rehfeldt, Matthias , Gils, Hans C. , Pfluger, Benjamin , Knodt, Michèle , Bauer, Christian , Luderer, Gunnar , Odenweller, Adrian , Kemmerzell, Jörg , Verpoort, Philipp

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Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Ariadne-Report. Zusammenfassung

2021 , Luderer, Gunnar , Günther, Claudia , Sörgel, Dominika , Kost, Christoph , Benke, Falk , Auer, Cornelia , Koller, Florian , Herbst, Andrea , Reder, Klara , Böttger, Diana , Ueckerdt, Falko , Pfluger, Benjamin , Wrede, Daniel , Strefler, Jessica , Merfort, Anne , Rauner, Sebastian , Siala, Kais , Schlichenmaier, Simon

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Supply curves of electricity-based gaseous fuels in the MENA region

2021 , Lux, Benjamin , Gegenheimer, Johanna , Franke, Katja , Sensfuß, Frank , 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.

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Ist der regulatorische Rahmen von Gasverteilnetzen für die zukünftigen Herausforderungen im deutschen Energiesystem gewappnet?

2021 , Oberle, Stella , Gnann, Till

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.

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Ist der regulatorische Rahmen von Gasverteilnetzen für die zukünftigen Herausforderungen im deutschen Energiesystem gewappnet?

2021 , Oberle, Stella , Gnann, Till

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#34 Stromnetze

2021 , Stute, Judith , Fritz, Markus , Wesche, Julius

Um mit dem starken Ausbau von Wind- und Solarenergie mithalten zu können muss die Stromnetzinfrastruktur in Deutschland ertüchtigt und ausgebaut werden. Speziell werden neue Trassen benötigt, um Windstrom von den Erzeugungsanlagen im Norden zu den industriellen Großverbrauchern im Süden zu transportieren. Aber auch auf lokaler Ebene müssen Netze erneuert werden, um mit der immer dezentraleren Erzeugung umgehen zu können. Um einen Überblick über die Herausforderungen und Entwicklung bei den Stromnetzen zu erhalten, haben wir Judith Stute eingeladen. Judith forscht am Fraunhofer IEG im Bereich Integrated Energy Infrastructure und promoviert am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Wenn ihr diese Folge hört werdet ihr von Judith lernen, wie Stromnetze aufgebaut sind und wie sie funktionieren. Ihr werdet dabei nicht nur lernen was Übertragungsnetze und Verteilnetze sind, sondern auch welche Herausforderungen wir beim Ausbau der Netze gerade lösen dürfen und warum es durchaus ein paar Jahre beansprucht, bis eine neue Nord-Süd-Trasse gebaut ist.

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