Beschreibung

Kurzfassung:

Der rasche Aufbau einer Wasserstoff(H₂)-Wirtschaft ist eine der großen Herausforderungen der nächsten Jahre. Um die Umstrukturierung des Energiebezugs zu schaffen, sind große Investitionen erforderlich. Karlsruhe bietet hier mit den Rheinhäfen, städtischen Versorgungsunternehmen, mittelständischer Industrie und Forschungseinrichtungen sowie großen, relevanten Akteuren im Umfeld wie EnBW, MiRO, Siemens und Daimler Truck hervorragende Voraussetzungen. Das lokale Straßen- und das Schienennetz sind unmittelbar an europäische Ost-West- und Nord-Süd-Achsen angebunden. Für die vermehrt aufkommenden H₂-Bedarfe fehlen jedoch konkrete, integrierende Planungen einer dringend aufzubauenden H₂-Importinfrastruktur südlich von Mannheim mit Anbindung an die Regionen Elsass/Frankreich und Basel/Schweiz. Zur zielgerichteten Auswahl und Ausgestaltung von einzelnen Komponenten der vier Prozessfelder Anlieferung, Behandlung/Umwandlung/Speicherung, lokale Erzeugung und Abgabe von H₂, deren Konfiguration und Dimensionierung sind viele Annahmen zu treffen und Parameter zu variieren. Dazu werden bestehende Modelle der Hochschule Karlsruhe erweitert und mit den technischen und wirtschaftlichen Daten der beteiligten Unternehmen parametrisiert. Das Modell identifiziert daraus Systemstrukturen gesamtheitlich optimierte Investitionen, das Anlagendesign und dessen Regelungsstrategie mit einer mehrkriteriellen Zielfunktion (z.B. Kosten, Emissionen).

Herausforderung:

Die grundsätzliche Problematik bei der Einführung von H₂ als Energieträger für die oben angeführten Prozesse und Anwendungen liegt in der Komplexität der einzelnen Anwendungsszenarien, der noch nicht vorhandenen Infrastruktur für großskaligen Transport, Lagerung und Distribution und den noch unbekannten zukünftigen Bedarfen auf z.B. Unternehmensebene. Investitionsentscheidungen können derzeit deshalb nur schwer getroffen werden.

Projektziel:

• Aufbau eines umfassenden und auf die konkrete lokale Situation angepasstenModells für den Aufbau einer H₂-Infrastruktur mit offenen Schnittstellen zurEinbeziehung weiterer Nutzer und Infrastrukturakteure
• Einbettung der Region Karlsruhe in den Aufbau großtechnischer Infrastrukturenfür grünen H₂ durch einen parallelen, aktiv geführten Dialog mit den relevanten Stakeholdern aus allen Bereichen der Gesellschaft
• Unterstützung und Beschleunigung des Markthochlaufs von grünem H₂ durchgezielte Vernetzungs- und Transferangebote zur Anwendung und im Umgang mit H₂ entlang der Wertschöpfungskette

Vorgehensweise:

• Modellierung des Systems auf Basis vorhandener Erzeugungs- Import-,Speicher- und Distributionsinfrastrukturen unter Einbeziehung der geografischen Voraussetzungen
• Aufnahme der Anforderungen der Akteure in Bezug auf die Nutzung von Wasserstoff, Ammoniak, LOHC, Wärme (Kälte) etc.
• Evaluation des Modells unter Berücksichtigung der vorher definierten Zielparameter (z.B. Wirtschaftlichkeit, CO2-Potential, Grad der Autarkie), Abgleich mit den Zielsetzungen der H₂-Roadmap BW und den überregionalen H₂-Versorgungsinfrastrukturen

Verwertung:

Das Modell bildet die technischen und energiewirtschaftlichen Zusammenhänge unter den lokalen Randbedingungen ab und ermöglicht eine ganzheitliche Bewertung und Identifikation von z.B. emissions- und kostenoptimalen Systemstrukturen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen. Die Strukturoptimierung ermöglicht es, die Dimensionierung der einzelnen Komponenten untereinander abzustimmen und liefert die Erwartungswerte z.B. der Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten. So werden jeweils diejenigen Strukturen ermittelt, welche die optimale Systemkonfiguration darstellen.
Das Projekt legt besonderen Wert auf die Unterstützung der Vorbereitung von Investitionsprojekten, die Transferierbarkeit zur Einbindung weiterer Akteure sowie auf eine wissenschaftliche Verwertung der Ergebnisse.