Den Technologien der Elektrolyse und der Methanisierung von Wasserstoff, welche aktuell unter dem Titel „Power-to-Gas“ in der gesamten Energiewirtschaft diskutiert werden wird großes Potential zugeschrieben. Einerseits erwartet man, damit erneuerbaren Strom in erneuerbares Gas zu verwandeln und grünen Strom damit speichern zu können. Andererseits möchte man die Power-to-Gas Anlagen zu einem Dienstleister des Stromnetzes machen, der Überangebote - auch bei volatilem Aufkommen – lokal in der Nähe der Erzeuger oder auch überregional über das bestehende Stromleitungsnetz abbauen zu können. Überdies kann der Elektrolysewasserstoff in einer Brennstoffzelle wieder verstromt werden und damit auch eine positive Netzstütze darstellen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Energieverwertungspfade erstellt, die versuchen alle eingangs erwähnten Situationen praxisgerecht abzubilden. Dabei wurde vor allem darauf Wert gelegt, dass bestehende Infrastruktur und Technologien mit einbezogen werden.
Verwertungspfade:
• Verstromung in Brennstoffzelle (Pfad I)
• Verstromung in Wasserstoffturbine (Pfad II)
• Verstromung eines H2-Teilstroms im Erdgas BHKW (Pfad III)
• Öko-SNG BHKW (Pfad IV)
• SNG-KFZ (Pfad V)
Als Grundlage für eine wirtschaftliche Betrachtung der Pfade wurden Strombörsepreise aus dem Jahr 2011 herangezogen. Aus technischer Sicht wurden aktuell bekannte Spezifikationen der Anlagenteile hinterlegt und damit jene Energie ermittelt, welche in den jeweiligen Pfaden über ein Kalenderjahr erneut zur Verfügung stehen würde. Dem Endprodukt (Grau-, Grünstrom, graues oder grünes Methan) wurde erneut ein Marktwert gegeben und fließt somit als Erlös in die Berechnungen ein.
Großes ökonomisches Potential von Power-to-Gas liegt in der Entwicklung der Marktpreise hin zu volatilerem Vorkommen und extremeren Preissituationen. Dies wurde durch Variation der Strommarktpreise in Sensitivitätsanalysen abgebildet. Damit kann eine Entwicklung bei veränderten Marktbedingungen der jeweiligen Verwertungspfade abgeschätzt werden.
Inhaltsverzeichnis
- EINLEITUNG
- Problemstellung
- Zielsetzung
- METHODIK
- Rechtliche Rahmenbedingungen
- Österreich
- Elektrzitätswirtschafts- und —organisationsgesetz 2010
- ÖVGW G31 und G33
- Weitere Einflussgrößen
- Deutschland
- Energiewirtschaftsgesetz EnWG
- Erneuerbare Energien Gesetz EEG
- Gasnetzentgeltverordnung GasNEV
- Stromsteuergesetz StromStG
- DVGW G260 und G262
- Weitere Einflussgrößen
- Österreich
- Beschreibung der Verwertungspfade
- Wasserstoffbasierte Systeme
- Methanisierung
- Darstellung und Berechnung der Verwertungspfade
- Verstromung in Brennstoffzelle (Pfad I)
- Verstromung in Wasserstoffturbine (Pfad II)
- Verstromung eines H2-Teilstroms im Erdgas BHKW (Pfad III)
- Öko-SNG BHKW (Pfad IV)
- SNG-Verkehr (Pfad V)
- Erläuterung der Berechnungen
- Rechtliche Rahmenbedingungen
- MARKTPARAMETER
- Primäre marktrelevante Einflüsse
- Errichtungskosten / Investitionskosten
- Strom
- Strompreis
- Ausgleichsenergiemarkt
- Stromvermarktung
- Stromherkunft
- Gas
- Veränderung der rechtlichen Situation
- Standortdiskussion
- Sekundäre marktrelevante Derivate
- Biomethanpreise
- Treibstoffpreis
- Verantwortungsverteilung (Kosten)
- Primäre marktrelevante Einflüsse
- BEURTEILUNG DER VERWERTUNGSPFADE
- Technische Beurteilung der Verwertungspfade (Wirkungsgradbasiert)
- Wirtschaftliche Beurteilung der Verwertungspfade
- SENSITIVITÄTSANALYSEN
- Strompreisszenarien
- Szenario 2030a
- Szenario 2030b
- Szenario 2030c
- Szenario 2030d
- Analyse-Ergebnisse
- Brennstoffzelle
- H2-Beimisch Turbine
- H2-Beimisch BHKW
- Öko-SNG BHKW
- Öko-SNG KFZ
- Strompreisszenarien
- ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNG
- VERZEICHNISSE
- Literaturverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abkürzungen, Indizes und Begriffserklärungen
- ANHANG
- Dateien zur Berechnung der Verwertungspfade
- Verwertungspfade
- Strompreisszenarien
- Sensitivitätsanalysen
- Marktdaten
- Übersicht aller Marktdaten
- Power-to-Gas Anlagen
- Österreich
- Deutschland, Quellen: DVGW (2012) & www.powertogas.info
- Nachweise zu Anlagen
- Dateien zur Berechnung der Verwertungspfade
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Masterarbeit befasst sich mit der Modellierung von Anwendungspfaden für Power-to-Gas-Technologien, um deren wirtschaftliche Abschätzung in verschiedenen Betriebsszenarien zu ermöglichen. Die Arbeit zielt darauf ab, die Integration dieser Technologien in die bestehende Infrastruktur der Energiewirtschaft zu untersuchen und deren Potenzial zur Speicherung erneuerbarer Energie und zur Bereitstellung von Netzdienstleistungen zu bewerten.
- Integration von Power-to-Gas-Technologien in die bestehende Infrastruktur
- Wirtschaftliche Bewertung von Power-to-Gas-Anlagen in verschiedenen Betriebsszenarien
- Optimierung der Betriebsschaltpunkte von Power-to-Gas-Anlagen anhand von Strom-Spotmarktpreisen
- Sensitivitätsanalyse der Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Anlagen bei veränderten Strompreisen und Angebotssituationen
- Bewertung des Potenzials von Power-to-Gas-Technologien zur Speicherung erneuerbarer Energie und zur Bereitstellung von Netzdienstleistungen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Problemstellung der zunehmenden Integration volatiler erneuerbarer Energiequellen in das Stromnetz und die Notwendigkeit von Energiespeichertechnologien beleuchtet. Sie stellt Power-to-Gas als vielversprechende Lösung vor und definiert die Zielsetzung der Arbeit.
Das zweite Kapitel beschreibt die Methodik der Arbeit. Es werden die rechtlichen Rahmenbedingungen für Power-to-Gas in Österreich und Deutschland erläutert, die verschiedenen Verwertungspfade vorgestellt und die Grundlagen für die ökonomische Betrachtung der Pfade definiert. Die Arbeit basiert auf realistischen technischen Spezifikationen von Anlagenkomponenten und berücksichtigt die aktuellen Marktpreise für Strom und Gas.
Kapitel 3 analysiert die relevanten Marktfaktoren, die die Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Projekten beeinflussen. Es werden die Errichtungskosten, die Strompreisentwicklung, die Gaspreise und die Bedeutung der rechtlichen Rahmenbedingungen sowie die Standortwahl diskutiert. Die Arbeit berücksichtigt dabei die Herausforderungen und Chancen, die sich aus der wachsenden Bedeutung erneuerbarer Energien ergeben.
Im vierten Kapitel werden die fünf Verwertungspfade, die in der Arbeit betrachtet werden, technisch und wirtschaftlich bewertet. Die Arbeit analysiert die jeweiligen Wirkungsgrade der Anlagenkomponenten und ermittelt die optimalen Betriebsschaltpunkte für die einzelnen Pfade. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Anlagen von der spezifischen Anwendung und den Marktbedingungen abhängt.
Kapitel 5 beschäftigt sich mit Sensitivitätsanalysen, um die Auswirkungen von veränderten Strompreisen und Angebotssituationen auf die Wirtschaftlichkeit der Verwertungspfade zu untersuchen. Die Arbeit erstellt vier verschiedene Strompreisszenarien für das Jahr 2030 und ermittelt die Auswirkungen dieser Szenarien auf die Betriebsergebnisse der einzelnen Pfade. Die Ergebnisse zeigen, dass Power-to-Gas-Anlagen, insbesondere jene, die synthetisches Methan erzeugen, ein hohes Potenzial haben, von einer zunehmenden Volatilität der Strompreise zu profitieren.
Das sechste Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und zieht Schlussfolgerungen. Es wird betont, dass Power-to-Gas-Technologien eine vielversprechende Lösung für die Herausforderungen der Energiewende darstellen, sowohl in Bezug auf die Speicherung erneuerbarer Energie als auch auf die Bereitstellung von Netzdienstleistungen. Die Arbeit zeigt, dass die Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Anlagen von der spezifischen Anwendung, den Marktbedingungen und der Weiterentwicklung der Technologie abhängt.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Power-to-Gas, Elektrolyse, Methanisierung, Energiespeicherung, erneuerbare Energien, Stromnetz, Gasnetz, Betriebsszenarien, Wirtschaftlichkeit, Sensitivitätsanalyse, Verwertungspfade, Brennstoffzelle, Wasserstoffturbine, Blockheizkraftwerk, synthetisches Methan, Erdgas, Strompreis, Gaspreis, rechtliche Rahmenbedingungen, Standortwahl, Österreich, Deutschland.
- Citation du texte
- Martin Kirchmayr (Auteur), 2013, Power-to-Gas: Modellierung von Anwendungspfaden zur wirtschaftlichen Abschätzung angenommener Betriebsszenarien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/263338
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