In dieser Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden die nivellierten Energiegestehungskosten (LCOE) eines Power-to-Gas-Kraftwerks mit einer Leistung von 20 MW für die Jahre 2021, 2030 und 2040 ermittelt.
Es wird davon ausgegangen, dass der Wasserstoff in ein vorhandene Netzinfrastruktur eingespeist werden kann. Es bleibt zu berücksichtigen, dass in Deutschland bisher nur drei industriell genutzte Wasserstoffnetze existieren. Die längste deutsche Wasserstoffpipeline hat eine Gesamtlänge von 240 km und verläuft zwischen den Endpunkten Castrop-Rauxel und Leverkusen und verbindet Wasserstofferzeuger und Chemieunternehmen. Eine andere Möglichkeit wäre, dass der Wasserstoff in das Erdgasnetz beigemischt oder per LKW an den 0rt des Bedarfes geliefert wird.
Bei der aktuell bestehenden Wasserstoffnetzinfrastruktur handelt es sich um regional begrenzte Netze, die nur für einen gewissen Anteil der Industrieunternehmen zugänglich sind. Daher plant die Bundesregierung in Zusammenarbeit mit den Gasnetzbetreibern den Aufbau eines deutschlandweiten Wasserstoffnetzes. Dies Wasserstoffnetz soll laut dem Konzeptpapier der Vereinigung der Fernleitungsbetreiber, eine Länge von 5.900 km umfassen und aus 90 % bestehenden Erdgasnetzen basieren.
Es ist also zu beachten, dass die aktuell größte Hürde für die Umsetzung von Power-to-Gas-Projekten eine fehlende Wasserstoffnetzinfrastruktur darstellt, da die Einspeisung ins Erdgasnetz nur begrenzt möglich ist.
Inhaltsverzeichnis
2. Power-to-Gas - Funktionalität und Einsatzmöglichkeiten
3. Kostenanalyse einer 20 MWel Power-to-Gas-Anlage für die Jahre 2021, 2030 und 2040
3.1 Kosten des Elektrolyseurs
3.2 Anschaffungskosten und Projektkosten
3.3 Betriebskosten
3.4 Methanisierungsstufe
3.5 Elektrische Energie - Kosten
3.6 Volllaststunden
3.7 Energiepreissteigerungsrate
3.8 Geografische Lage
3.9 Ermittlung der nivellierten Energiegestehungskosten (LCOE)
4. Ergebnisse
5. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die wirtschaftliche Machbarkeit einer 20 MWel Power-to-Gas-Anlage für die Jahre 2021, 2030 und 2040 unter Berücksichtigung technologischer Entwicklungen und politischer Rahmenbedingungen.
- Analyse der nivellierten Energiegestehungskosten (LCOE) für Power-to-Gas-Systeme.
- Evaluation von Investitions-, Betriebs- und Anschaffungskosten der Anlagentechnik.
- Einfluss der Volatilität elektrischer Energiepreise auf die Wirtschaftlichkeit.
- Untersuchung des Potenzials zur Reduzierung von Betriebskosten durch optimierte Speicherstrategien.
Auszug aus dem Buch
3. Kostenanalyse einer 20 MWel Power-to-Gas-Anlage für die Jahre 2021, 2030 und 2040
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirtschaftlichkeit eines Power-to-Gas Systems mit einer Leistung von 20 MWel für das Jahr 2021, 2030 und 2040 untersucht. Die Untersuchung basiert auf Daten aus Studien an Anlagen mit ähnlicher Dimension und Annahmen.
Die aktuell kostengünstigste Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff sind alkalische Elektrolysezellen. Es ist allerdings zu erwarten, dass sich auf längere Sicht die Protonen-Austausch-Membran Elektrolyseur (PEM) durchsetzen wird, da das Potenzial zur Reduktion der Herstellungskosten dort höher ist (Bin Miao, 2019, S. 20979).
Außerdem bieten PEM-Zellen den Vorteil, dass sie schneller hoch- und heruntergefahren werden können und eine höhere Wasserstoffreinheit bieten als vergleichbare Technologien (McDonagh, O'Sheaa, Walla, Deanea, & Murphya, 2018, S. 446).
Zusammenfassung der Kapitel
2. Power-to-Gas - Funktionalität und Einsatzmöglichkeiten: Dieses Kapitel erläutert die technischen Grundlagen der Elektrolyse und die verschiedenen Anwendungspfade für erzeugten Wasserstoff.
3. Kostenanalyse einer 20 MWel Power-to-Gas-Anlage für die Jahre 2021, 2030 und 2040: Hier werden die methodischen Ansätze zur Berechnung der Anschaffungs-, Projekt- und Betriebskosten sowie die Einflussfaktoren wie Standort und Strompreise detailliert dargelegt.
4. Ergebnisse: Das Kapitel präsentiert die berechneten nivellierten Energiegestehungskosten und diskutiert die Wettbewerbsfähigkeit der Technologie in den betrachteten Szenarien.
5. Zusammenfassung und Ausblick: Diese Sektion fasst die Kernaussagen der wirtschaftlichen Betrachtung zusammen und gibt einen Ausblick auf künftige Entwicklungen und Skaleneffekte.
Schlüsselwörter
Power-to-Gas, Wasserstoff, Elektrolyse, Energiegestehungskosten, LCOE, Wirtschaftlichkeit, Erneuerbare Energien, Investitionskosten, Betriebskosten, Netzintegration, Dekarbonisierung, PEM-Elektrolyseur, Strommarkt, Energiespeicherung, Energiewende.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der ökonomischen Bewertung einer Power-to-Gas (PtG) Anlage mit einer Leistung von 20 MWel unter Einbeziehung technischer und wirtschaftlicher Rahmenparameter für die Jahre 2021, 2030 und 2040.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die Kostenstruktur der Anlagentechnik, der Einfluss der Strompreisentwicklung, die technologische Wahl zwischen alkalischer und PEM-Elektrolyse sowie die Einbindung in bestehende Erdgasnetze.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Ermittlung der nivellierten Energiegestehungskosten (LCOE) für das geplante Kraftwerk, um dessen wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit gegenüber fossilen Erzeugungsformen zu evaluieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die Methode der nivellierten Energiegestehungskosten (LCOE), die eine intuitiven Vergleich zwischen verschiedenen Kraftwerkstypen und Stromspeichermethoden durch eine standardisierte Kostenrechnung ermöglicht.
Was zeichnet den Hauptteil der Arbeit aus?
Im Hauptteil werden detailliert die Investitionsausgaben (Anschaffung, Planung, Netzanschluss), die jährlichen Betriebskosten sowie die Auswirkungen von Erlassen auf Letztverbraucherabgaben analysiert.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Analyse?
Neben dem Kernthema Power-to-Gas sind Begriffe wie Dekarbonisierung, Skaleneffekte bei der Produktion und die Volatilität der Strompreise an der Börse entscheidend.
Warum ist die Wahl der Elektrolyseur-Technologie für die Kostenkalkulation so wichtig?
Die Wahl entscheidet massiv über Dynamik und Anschaffungskosten; während die alkalische Elektrolyse aktuell etabliert ist, bietet die PEM-Technologie langfristig ein höheres Potenzial zur Kostensenkung durch schnellere Hoch- und Herunterfahrzeiten.
Wie beeinflusst die geografische Lage die Wirtschaftlichkeit?
Der Standort ist entscheidend, da kurze Distanzen zwischen Produktion und Nutzung sowie eine hohe Verfügbarkeit von Netzausbaupunkten die Kosten positiv beeinflussen, während hohe Entfernungen die Gestehungskosten belasten.
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- Simon Dieter Brückmann (Author), 2021, Die wirtschaftliche Machbarkeit eines 20 MW Power-to-Gas-Kraftwerks für die Jahre 2021, 2030 und 2040, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1248191
