Power-to-Gas: Modellierung von Anwendungspfaden zur wirtschaftlichen Abschätzung angenommener Betriebsszenarien

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG

1.1 Problemstellung

1.2 Zielsetzung

2 METHODIK

2.1 Rechtliche Rahmenbedingungen

2.1.1 Österreich

2.1.1.1 Elektrzitätswirtschafts- und –organisiationsgesetz 2010 – 6/2013

2.1.1.2 ÖVGW G31 und G33

2.1.1.3 Weitere Einflussgrößen

2.1.2 Deutschland

2.1.2.1 Energiewirtschaftsgesetz EnWG

2.1.2.2 Erneuerbare Energien Gesetz EEG

2.1.2.3 Gasnetzentgeltverordnung GasNEV

2.1.2.4 Stromsteuergesetz StromStG

2.1.2.5 DVGW G260 und G262

2.1.2.6 Weitere Einflussgrößen

2.2 Beschreibung der Verwertungspfade

Wasserstoffbasierte Systeme

Methanisierung

Darstellung und Berechnung der Verwertungspfade

2.2.3.1 Verstromung in Brennstoffzelle (Pfad I)

2.2.3.2 Verstromung in Wasserstoffturbine (Pfad II)

2.2.3.3 Verstromung eines H2-Teilstroms im Erdgas BHKW (Pfad III)

2.2.3.4 Öko-SNG BHKW (Pfad IV)

2.2.3.5 SNG-Verkehr (Pfad V)

2.3 Erläuterung der Berechnungen

3 MARKTPARAMETER

3.1 Primäre marktrelevante Einflüsse

Errichtungskosten / Investitionskosten

Strom

3.1.2.1 Strompreis

3.1.2.2 Ausgleichsenergiemarkt

3.1.2.3 Stromvermarktung

3.1.2.4 Stromherkunft

Gas

Veränderung der rechtlichen Situation

Standortdiskussion

3.2 Sekundäre marktrelevante Derivate

Biomethanpreise

Treibstoffpreis

Verantwortungsverteilung (Kosten)

4 BEURTEILUNG DER VERWERTUNGSPFADE

4.1 Technische Beurteilung der Verwertungspfade (Wirkungsgradbasiert)

4.2 Wirtschaftliche Beurteilung der Verwertungspfade

5 SENSITIVITÄTSANALYSEN

5.1 Strompreisszenarien

Szenario 2030a

Szenario 2030b

Szenario 2030c

Szenario 2030d

5.2 Analyse-Ergebnisse

Brennstoffzelle

H2-Beimisch Turbine

H2-Beimisch BHKW

Öko-SNG BHKW

Öko-SNG KFZ

6 ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNG

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht die Integration von Power-to-Gas-Technologien in bestehende Energieinfrastrukturen durch die Modellierung von fünf praxisnahen Verwertungspfaden. Ziel ist es, die wirtschaftliche Rentabilität dieser Pfade anhand von Strom-Spotmarktpreisen zu analysieren und mittels Sensitivitätsanalysen die Auswirkungen zukünftiger Marktvolatilitäten und Preisänderungen zu bewerten.

• Technische und ökonomische Bewertung von Wasserstoff- und Methanisierungs-Pfaden.
• Analyse des Einflusses von Strompreisszenarien auf die Wirtschaftlichkeit.
• Integration bestehender Gasinfrastrukturen in Power-to-Gas-Anwendungen.
• Optimierung von Anlagenbetriebszeiten und -leistungen.
• Vergleich von Investitionskosten und erzielbaren Betriebsergebnissen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 EINLEITUNG: Die Arbeit beleuchtet den Wandel der Energiewirtschaft durch erneuerbare Energien und die damit einhergehende Notwendigkeit von Energiespeichern, wobei Power-to-Gas als vielversprechende Lösung eingeführt wird.

2 METHODIK: In diesem Kapitel werden die rechtlichen Rahmenbedingungen in Österreich und Deutschland sowie die technische Konzeption und ökonomische Modellierung der fünf verschiedenen Power-to-Gas-Verwertungspfade erläutert.

3 MARKTPARAMETER: Hier werden die wesentlichen Einflussfaktoren wie Errichtungskosten, Strompreisstrukturen, Ausgleichsenergiemärkte und Standortfaktoren analysiert, welche die Wirtschaftlichkeit der Technologie maßgeblich bestimmen.

4 BEURTEILUNG DER VERWERTUNGSPFADE: Dieses Kapitel vergleicht die untersuchten Pfade auf Basis ihrer technischen Wirkungsgrade und ihrer betriebswirtschaftlichen Potenziale unter heutigen Bedingungen.

5 SENSITIVITÄTSANALYSEN: Hier wird untersucht, wie sich verschiedene Strompreisszenarien für das Jahr 2030 auf die Rentabilität und Betriebsergebnisse der einzelnen Power-to-Gas-Anlagentypen auswirken.

6 ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNG: Die Arbeit schließt mit einer zusammenfassenden Einschätzung der Praxistauglichkeit von Power-to-Gas-Anlagen und deren Potenzial als ideale Ergänzung zum erneuerbaren Kraftwerkspark.

Schlüsselwörter

Power-to-Gas, Elektrolyse, Methanisierung, Wasserstoff, Synthetisches Methan, Energiespeicher, Energiewende, Strommarkt, Sensitivitätsanalyse, Wirtschaftlichkeit, Wirkungsgrad, Gasnetz, Redispatching, Erneuerbare Energien, Betriebsszenarien

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der technischen und wirtschaftlichen Bewertung von "Power-to-Gas"-Systemen, bei denen überschüssiger Strom aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff oder synthetisches Methan umgewandelt wird.

Was sind die zentralen Themenfelder der Studie?

Die zentralen Themen umfassen die Systemintegration, die rechtlichen Voraussetzungen in Österreich und Deutschland, die Modellierung spezifischer Energieverwertungspfade und deren ökonomische Analyse unter volatilen Marktbedingungen.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist es, fünf realitätsnahe Praxisbeispiele für Power-to-Gas zu modellieren und deren wirtschaftliche Sinnhaftigkeit anhand der Strompreise von 2011 sowie prognostizierter Szenarien für 2030 zu bewerten.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit verwendet eine Kombination aus Literaturrecherche, technischer Systembeschreibung sowie eine ökonomische Berechnung mittels Tabellenkalkulation und Solver-Optimierung für Betriebsstunden und Grenzpreise.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Im Hauptteil werden rechtliche Rahmenbedingungen analysiert, fünf verschiedene Verwertungspfade (u.a. Brennstoffzelle, Gas-Turbinen, BHKW) detailliert beschrieben, Investitionskosten erhoben und Sensitivitätsanalysen für verschiedene Strompreisszenarien durchgeführt.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Power-to-Gas, Elektrolyse, Methanisierung, Wasserstoffwirtschaft, Erneuerbare Energien, Netzentgelte, Wirtschaftlichkeitsanalyse und Strommarktvolatilität.

Warum spielt das "Redispatching" eine wichtige Rolle?

Das Redispatching ist für Netzbetreiber notwendig, um Überlastungen im Stromnetz zu beheben. Power-to-Gas-Anlagen können hier als flexible Einheiten eingesetzt werden, um Engpässe zu vermeiden und so Kosten für Netzbetreiber zu senken.

Welche Auswirkung hat die Volatilität der Strompreise auf Power-to-Gas?

Höhere Volatilität begünstigt tendenziell die Betriebsergebnisse vieler Power-to-Gas-Pfade, da die Anlagen gezielt in Phasen niedriger Strompreise produzieren und in Hochpreisphasen verwerten können, was die Rentabilität erhöht.