StEAM - Sektortransformation im Energiesystem: Analyse und Modellierung möglicher Wasserstoffstrategien

Abstract

Das Projekt “Sektortransformation im Energiesystem: Analyse und Modellierung möglicher Wasserstoffstrategien” (StEAM) untersucht zukünftige globale Wasserstoffproduktions- und Transportsysteme unter verschiedenen Szenarien. Das Projekt behandelt die Hauptfragen: Wo können wir welche Mengen an Wasserstoff zu welchen Preisen produzieren? Wo wird er benötigt und wie und in welcher Form gelangt er dorthin? Um dies zu beantworten, wird ein Energiesystemmodell entwickelt, das Investitions- und Dispatch-Entscheidungen umfasst und die Sektoren Strom und Wasserstoff einschließlich Sektorkopplungstechnologien, Pipelines und Schiffstransport mit verschiedenen Energieträgern abdeckt. Die Szenarien berücksichtigen CO2-Budgets, Strom- und Wasserstoffnachfrage sowie technischen Fortschritt. Die Ergebnisse zeigen die globale Kapazitätserweiterung für Elektrolyseure und Stromerzeugungstechnologien sowie Wasserstoffproduktionsvolumina und Transportströme. Der Großteil der Wasserstoffproduktion ist lokal und regional und die Wasserstoffströme finden hauptsächlich zwischen benachbarten Regionen über Pipelines statt. In langfristigen und hochnachfrageorientierten Szenarien tritt der Transport per Schiff in Form von Ammoniak häufiger auf. Die langfristigen Grenzkosten der Wasserstoffproduktion können in Deutschland bei etwa 92-116 EUR/MWh (2,75 - 3,5 EUR/t) liegen, mit einem hohen Importanteil und abhängig von der Dynamik der Kapazitätserweiterung. Politische Implikationen für Deutschland umfassen die schnelle Ausweitung der Kapazitäten für erneuerbare Energien und Elektrolyseure, um langfristig niedrigere Grenzkosten zu ermöglichen und damit die Wettbewerbsfähigkeit des heimischen Marktes zu verbessern. Zusätzlich ist die Sicherstellung einer ausreichenden Wasserstoffversorgung aus Partnerländern unter Berücksichtigung strategischer Unabhängigkeit mit Fokus auf europäische Länder und benachbarte Regionen entscheidend, um die zukünftigen Energiebedarfe in Deutschland zu decken. The project “Sector Transformation in the Energy System: Analysis and Modeling of Possible Hydrogen Strategies” (StEAM) investigates future global hydrogen production and transport systems under various scenarios. The project addresses the main questions: Where can we produce what quantities of hydrogen at what prices? Where is it needed and how and in what form does it get there? To answer this, an energy system model is developed that includes investment and dispatch decisions and covers the sectors of electricity and hydrogen, including sector coupling technologies, pipelines, and maritime transport with various energy carriers. The scenarios consider CO2 budgets, electricity and hydrogen demand, as well as technological progress. The results show the global capacity expansion for electrolyzers and power generation technologies as well as hydrogen production volumes and transport flows. The majority of hydrogen production is local and regional, and hydrogen flows primarily occur between neighboring regions via pipelines. In long-term and high-demand scenarios, maritime transport in the form of ammonia becomes more frequent. The long-term marginal costs of hydrogen production in Germany can be around 92-116 EUR/MWh (2.75 - 3.5 EUR/t), with a high import share and depending on the dynamics of capacity expansion. Political implications for Germany include the rapid expansion of capacities for renewable energies and electrolyzers to enable long-term lower marginal costs and thus improve the competitiveness of the domestic market. Additionally, ensuring adequate hydrogen supply from partner countries, taking into account strategic independence with a focus on European countries and neighboring regions, is crucial to meet future energy needs in Germany.