Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    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 orcid-logo
    ;
    Franke, Katja
    ;
    Kantel, Anne
    ;
    Graf, Marieke Emilie Anna orcid-logo
    ;
    Jalbout, Eddy
    ;
    Pieton, Natalia orcid-logo
    ;
    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.
  • Publication
    Transformation der Gasinfrastruktur zum Klimaschutz. Abschlussbericht
    (UBA, 2023)
    Wachsmuth, Jakob
    ;
    Duscha, Vicki
    ;
    Wietschel, Martin
    ;
    Oberle, Stella orcid-logo
    ;
    Herrmann, Ulrike
    ;
    Graf, Marieke Emilie Anna orcid-logo
    ;
    Pfluger, Benjamin
    ;
    Sorayaei, Mona
    ;
    Brandes, Frederik
    ;
    Gehrmann, Stefan
    ;
    Rommelfanger, Janosch
    ;
    Isik, Volkan
    ;
    Köppel, Wolfgang
    ;
    Heneka, Maximilian
    ;
    Zubair, Asif
    ;
    Vayas, Louis
    Mit der Revision des Klimaschutzgesetzes im Jahr 2021 hat sich Deutschland u. a. verbindlich das langfristige Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2045 treibhausgasneutral zu werden. Dies bedeutet, dass die Nutzung von fossilen Energieträgern vollständig zu vermeiden ist, insbesondere durch ein Ausschöpfen von Energieeffizienzpotenzialen und einen vollständigen Umstieg auf erneuerbare Energiequellen. Diesbezüglich hat sich ein weitgehender Konsens entwickelt, dass eine THG-neutrale Energieversorgung, selbst im Fall von einem hohen Maß an Elektrifizierung, Effizienz, Flexibilität, Speicherung und Sektorkopplung, ergänzend auf THG-neutrale gasförmige Energieträger angewiesen sein wird. Es stellt sich daher die Frage, ob bezüglich der Nutzung von erneuerbaren Gasen bestimmte Pfade zu bevorzugen sind und wie das Ausphasen von fossilem Erdgas und die künftige Nutzung erneuerbarer Gase gestaltet werden kann. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Studie die Gasinfrastruktur und ihre Entwicklungsmöglichkeiten im Rahmen der Energie- und Klimaschutzziele der Bundesregierung beleuchtet sowie strategische Leitplanken für erforderliche infrastrukturelle Weichenstellungen für gasförmige Energieträger entwickelt. Ziel dieser Studie ist es, in kompakter Form einen Eindruck des Übergangs von Erdgas- zur Wasserstoffinfrastrukturen zu vermitteln. Dabei werden die wesentlichen Meilensteine, Hemmnisse, regulatorischen und technischen Anpassungsbedarfe im Verlauf des Transformationspfades dargestellt, unter Berücksichtigung der Anwendungsbreite von Wasserstoff und des Zeitpunkts des aufkommenden Wasserstoffbedarfs.
  • Publication
    Export Potentials of Green Hydrogen - Methodology for a Techno-Economic Assessment
    (Fraunhofer ISI, 2023)
    Pieton, Natalia orcid-logo
    ;
    Abdel-Khalek, Hazem
    ;
    Graf, Marieke Emilie Anna orcid-logo
    ;
    Drechsler, Björn
    ;
    Lenivova, Veronika orcid-logo
    ;
    Nolden, Christoph orcid-logo
    ;
    Bergup, Emily Felicitas
    ;
    Sinha, Mohammad
    ;
    Fragoso García, Joshua
    ;
    Franke, Katja
    ;
    Kleinschmitt, Christoph
    ;
    Müller, Viktor Paul orcid-logo
    ;
    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.
  • Publication
    Analyse aktueller Ökonomischer Rahmenbedingungen für Großwärmepumpen
    ( 2023)
    Billerbeck, Anna orcid-logo
    ;
    George, Jan Frederick orcid-logo
    ;
    Müller, Viktor Paul orcid-logo
    ;
    Winkler, Jenny
    ;
    Timofeeva, Elena
    ;
    Weidinger, Lisa
    ;
    Greitzer, Maria
    ;
    Hanßke, Anja
    ;
    Nolden, Christoph orcid-logo
    ;
    Jentsch, Andrej
    ;
    Sercan-Çalişmaz, Kibriye
    Im Einklang mit den Klimazielen wurde der Ausstieg aus der Kohleverstromung bis spätestens 2038 beschlossen. Dieser Ausstieg hat unmittelbare Auswirkungen auf die Wärmeversorgung, da eine Vielzahl an Kohlekraftwerken sowohl zur Strom- als auch zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden. Vor dem Hintergrund der gesetzten Klimaziele sollten Kohlekraftwerke mit möglichst klimaneutralen Technologien substituiert werden. Großwärmepumpen (GWP) der Megawattklasse stellen hierbei eine vielversprechende Alternative für die Wärmeversorgung dar. GWP sind effiziente Wärmeerzeuger, die darüber hinaus im Stromsektor die Integrationsfähigkeit von Erneuerbare Energien (EE) erhöhen können. Gleichzeitig liefern sie klimaneutrale Wärme, sobald der Strom vollständig klimaneutral erzeugt wird. Insofern nehmen GWP eine zentrale Rolle innerhalb der Energiewende ein. Allerdings existieren Hemmnisse für die großflächige Verbreitung von GWP. Die Überwindung der Hemmnisse ist zwingend notwendig für den Ausbau von GWP und somit zum Erreichen der Klimaziele. Der vorliegende Bericht leistet hierzu einen Beitrag, indem er die aktuellen rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für GWP in Fernwärmenetzen in Deutschland analysiert.
  • Publication
    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 orcid-logo
    ;
    Stute, Judith orcid-logo
    ;
    Wietschel, Martin
    ;
    Speth, Daniel orcid-logo
    ;
    Gnann, Till orcid-logo
    ;
    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.
  • Publication
    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 orcid-logo
    ;
    Breitschopf, Barbara orcid-logo
    ;
    Zheng, Lin orcid-logo
    ;
    Eckstein, Johannes
    ;
    Neuwirth, Marius orcid-logo
    ;
    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.
  • Publication
    Batteriespeicher in Netzen
    ( 2022)
    Fritz, Wolfgang
    ;
    Ladermann, Alexander
    ;
    Willemsen, Sebastian
    ;
    George, Jan orcid-logo
    ;
    Klobasa, Marian orcid-logo
    ;
    Kühnbach, Matthias
    ;
    Neef, Christoph orcid-logo
    ;
    Stute, Judith orcid-logo
    ;
    Kahl, Hartmut
    ;
    Senders, Julian
    Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Projekt-Nr. 33/18 12. Juli 2022 Batteriespeicher in Netzen Batteriespeicher in Netzen Schlussbericht im Auftrag des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
  • Publication
    Global potential of renewable energy sources
    (Fraunhofer ISI, 2022)
    Kleinschmitt, Christoph
    ;
    Fragoso García, Joshua
    ;
    Franke, Katja
    ;
    Teza, Dimitra orcid-logo
    ;
    Seidel, Leon
    ;
    Ebner, Andreas
    ;
    Baier, Max
    Within the HYPAT project the global renewable energy potential in 2030 and 2050 has been modelled for four technologies: ground-mounted photovoltaic (PV), concentrated solar power (CSP), wind onshore, and wind offshore. The results are presented in a 42.25 km2 tile grid and calculated for two different cases: a 2% interest rate for all countries and a country-specific interest rate. The potential for hydropower and geothermal has been evaluated through a literature review. The results indicate that PV will have the lowest generation costs among the technologies in 2030 and 2050, with the lowest costs found in northern Chile. Low-cost regions for wind include the US Midwest, Australia, the Middle East, North Africa, and Northern Europe. CSP has the highest generation costs, however it has the highest full load hours. Geothermal has the highest potential in the US, followed by Indonesia, and the highest hydropower potential is found in China. Identifying optimal locations for renewable energy generation can reveal potential production sites for green fuels, including green hydrogen.
  • Publication
    Weltweite Potenziale erneuerbarer Energien
    (Fraunhofer ISI, 2022)
    Fragoso García, Joshua
    ;
    Kleinschmitt, Christoph
    ;
    Franke, Katja
    ;
    Teza, Dimitra orcid-logo
    ;
    Seidel, Leon
    ;
    Ebner, Andreas
    ;
    Baier, Max
    Im Rahmen des HYPAT-Projekts wurde das weltweite Potenzial für erneuerbare Energien in den Jahren 2030 und 2050 für vier Technologien modelliert: Freiflächen-Photovoltaik (PV), konzentrierte Solarenergie (CSP), Wind an Land und Wind auf See. Die Ergebnisse werden in einem Kachelnetz dargestellt, welches aus über 12 Mio. Kacheln besteht. Jede Kachel hat eine Fläche von 42.25km². Die Potenziale werden für zwei verschiedene Fälle berechnet: im ersten Fall mit einem Zinssatz von 2 % für alle Länder und im zweiten Fall mit einem länderspezifischen Zinssatz. Das Potenzial für Wasserkraft und Geothermie wurde anhand einer Literaturrecherche bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass PV in den Jahren 2030 und 2050 die niedrigsten Erzeugungskosten unter den Technologien haben wird, wobei die niedrigsten Kosten im Norden Chiles zu finden sind. Zu den Regionen mit niedrigen Kosten für Windkraft gehören der Mittlere Westen der USA, Australien, der Nahe Osten, Nordafrika und Nordeuropa. CSP weist die höchsten Erzeugungskosten auf, hat aber auch die meisten Volllaststunden. Für Geothermie liegt das das größte Potenzial in den USA, gefolgt von Indonesien, und das größte Wasserkraftpotenzial befindet sich in China. Die Identifizierung optimaler Standorte für die Erzeugung erneuerbarer Energien kann unter anderem Aufschluss über potenzielle Produktionsstandorte für grüne Kraftstoffe, einschließlich grünem Wasserstoff, geben.