Diese Masterarbeit untersucht, wie die Elektrifizierung der Industrie und der Einsatz von grünem Wasserstoff zur Wärmeerzeugung nicht nur zur Dekarbonisierung beitragen, sondern auch Engpässe im Stromnetz überwinden können. Sie legt die technischen und wirtschaftlichen Aspekte der Integration dieser Technologie in Industrieparks dar und liefert somit einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung der Klimaschutzvorgaben.
Um die Vorgaben des Bundes-Klimaschutzgesetzes und des Pariser Klimaschutzabkommens zur Reduzierung der Treibhausgase einzuhalten, kann ein Teil der benötigten Wärmeenergie der Industrie durch erneuerbaren Strom erzeugt werden. Die Elektrifizierung der Industrie, aber auch die Umstellung der anderen energieverbrauchenden Sektoren resultiert in einen erhöhten Strombedarf. Infolge der schwankenden Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, in Kombination mit dem Wegfall konventioneller Kraftwerkskapazitäten, können Versorgungslücken im öffentlichen Stromnetz entstehen.
Wasserstoff kann für dieses Szenario vorgelagert und bei Bedarf mittels verschiedener Technologien in Strom und/oder Wärme umgewandelt werden. Die Frage, mit welcher technischen Umsetzung aus dem grünen Wasserstoff in einem Industriepark zentrale Wärme erzeugt werden kann, ist in der Masterarbeit beantwortet. Um die Machbarkeit zu prüfen, ist die für die Wärmeerzeugung angewendete Technologie in einem Industriepark integriert. Die wesentlichen technischen und wirtschaftlichen Kenndaten sind dargestellt.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Problemstellung, Zielsetzung und Forschungsfrage
- Vorgehensweise und Methoden
- Theoretische Grundlagen
- Energiebedarfsszenario
- Reduktion von Treibhausgasen
- Elektrifizierung der Industrie
- Leistungsbedarf der Elektrifizierung
- Szenarioerstellung und Handlungsoption
- Wasserstoff
- Eigenschaften von Wasserstoff
- Prozesskette grünen Wassersoff
- Wasserstoffwirtschaft
- Kosten von grünem Wasserstoff
- Wasserstoff – Technologien zur Wärme- und Stromerzeugung
- Wasserstoff Gasturbine
- Brennstoffzellen BHKW
- BHKW (H2 Motor)
- Wasserstoffkessel
- Aktuelle Forschung
- Zukünftiger Energie- und Technologiemix in der Industrie
- Grüne Prozesswärme in der Industrie
- 100 % erneuerbarer Strom, Ausweg aus der Dunkelflaute
- Zusammenfassung und Forschungsbedarf
- Fallstudie
- Verbrauchermodellierung
- Temperaturniveau und Energieverbrauch
- Lastgang und Leistung
- Dunkelflaute - Engpassszenario
- Zusammenfassung – Leistungs- und Energiebedarf
- Nutzwertanalyse
- Leistung
- Wärmeparameter
- Betriebsverhalten
- Planungssicherheit
- Wirkungsgrad
- Investitions- und Betriebskosten
- Zusammenfassung Eigenschaften und Bewertung
- Integration der Vorzugsvariante
- Wärmebilanz
- Verluste
- Anlagenverluste
- Wirkungs- und Nutzungsgrad
- Spezifikation Kessel und Brenner
- Elektrische Verbraucher
- Wasserverbrauch
- Bewertung
- Kostenmodell
- Kapitalkosten
- Investitionskostenschätzung
- Abschreibungsdauer, Zins und Kapitalkosten
- Brennstoffkosten
- Betriebskosten
- Fixe Betriebskosten
- Variable Betriebskosten
- Wärmegestehungskosten
- Sensitivitätsanalyse
- Bemessung und Bewertung
- Best Case
- Ausfallberechnung
- Zusammenfassung
- Ausblick
- Reduktion von Treibhausgasen in der Industrie
- Elektrifizierung der Industrie und erhöhter Strombedarf
- Einsatz von Wasserstoff zur Deckung von Versorgungslücken im Stromnetz
- Integration von Wasserstofftechnologien in Industrieparks
- Bewertung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Masterarbeit befasst sich mit der Integration von grünem Wasserstoff in einen Industriepark zur nachhaltigen Energieversorgung. Ziel ist es, eine geeignete Technologie zur Erzeugung von zentraler Wärme aus grünem Wasserstoff zu identifizieren und deren Machbarkeit in einem konkreten Szenario zu demonstrieren.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Problemstellung, die Zielsetzung und die Forschungsfrage definiert. Kapitel 2 behandelt die theoretischen Grundlagen. Es werden verschiedene Aspekte des Energiebedarfsszenarios beleuchtet, wie die Reduktion von Treibhausgasen, die Elektrifizierung der Industrie und der Bedarf an erneuerbaren Energien. Dieses Kapitel behandelt auch die Eigenschaften von Wasserstoff, die Prozesskette von grünem Wasserstoff und die Kosten von grünem Wasserstoff. Weiterhin werden verschiedene Wasserstofftechnologien zur Wärme- und Stromerzeugung, wie z. B. Wasserstoff Gasturbine, Brennstoffzellen BHKW und Wasserstoffkessel, vorgestellt und mit ihren Vor- und Nachteilen verglichen. Kapitel 2 endet mit einer Zusammenfassung der aktuellen Forschung und der Herausforderungen, die sich im Bereich der Wasserstofftechnologie stellen.
Kapitel 3 widmet sich der Fallstudie, die die Integration der Vorzugsvariante in einen Industriepark untersucht. Die Verbrauchermodellierung analysiert den Energieverbrauch, die Lastgänge und die Engpassszenarien. Die Nutzwertanalyse bewertet die technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften der verschiedenen Technologien.
Schlüsselwörter
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz von Wasserstoff zur Dekarbonisierung von Industrieparks. Die zentralen Themen sind die Elektrifizierung, die Wärmeversorgung, die Engpassszenarien im Stromnetz, die Integration von Wasserstofftechnologien und die Bewertung der Kosten und der Wirtschaftlichkeit.
- Quote paper
- Nicolas Ürlings (Author), 2022, Wasserstoff als Schlüssel für nachhaltige Energie in Industrieparks. Technologien und Wirtschaftlichkeit, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1421722
