Um die Auswirkungen der globalen Erwärmung abzumildern, muss die Industrie durch den Einsatz von emissionsarmen Energieträgern transformiert werden. Ein wichtiger Bestandteil dieser Transformation ist grüner Wasserstoff. Durch das Fehlen einer gut ausgebauten Wasserstofftransportinfrastruktur verlangsamt sich gleichermaßen der Ausbau von Produktionskapazitäten und die Umstellung der Industrieprozesse. Darüber hinaus sind Investitionen in die Wasserstofftransportinfrastruktur eng mit der Produktion und der industriellen Nachfrage verknüpft. Daher stehen Unternehmen, die eine Umstellung auf Wasserstoff anstreben, vor der strategischen Entscheidung, ob sie sich bei der Versorgung auf die regionalen Infrastrukturen und den Import von Wasserstoff stützen oder in Produktionsanlagen vor Ort investieren. Zur Unterstützung dieses Entscheidungsprozesses wird ein Berechnungsmodell entwickelt, um das technisch-wirtschaftliche Konzept für die Wasserstoffversorgung eines Industriestandortes zu bewerten.
Das Modell wird in der Programmierumgebung Python unter Verwendung des Open Energy Modelling Framework "OEMOF" erstellt. Es wird außerdem durch die Verwendung von Excel unterstützt, um die Benutzerinteraktion, die Ergebnisverarbeitung und die grafische Darstellung zu erleichtern. Das Modell kann so angepasst werden, dass verschiedene Szenarien untersucht werden können, die sich vor allem auf Strategien zur Wasserstofferzeugung vor Ort durch Wasserelektrolyse konzentrieren. Darüber hinaus wird eine oberirdische Wasserstoffspeicherung als Flexibilitätsoption berücksichtigt, und der wirtschaftliche Einfluss bewertet. Durch Einsatz eines „mixed linear Integer“ Solver wird das Modell unter Berücksichtigung eines vordefinierten Strompreisprofils kostenoptimiert. Darüber hinaus werden die Komponentengrößen ermittelt und die Prozessströme sowie deren Kosten zeitaufgelöst berechnet, um eine detaillierte Analyse zu ermöglichen.
Auf Basis, der durch Literaturrecherche ermittelten, technischen und wirtschaftlichen Parameter wird die Berechnung für einen exemplarischen Industriestandort in naher Zukunft durchgeführt. Zusammen mit dem Strompreisprofil und einem vordefinierten Lastprofil werden die Betriebsstrategie und die zugehörigen Kosteneinflüsse ermittelt.
Es zeigt sich, dass der Einsatz eines Wasserstoffspeichers als Flexibilitätsoption die Wasserstoffversorgungskosten in Abhängigkeit von der Speicherkapazität bis zu einem gewissen Grad reduzieren kann, wobei der Einsatz von noch größeren Wasserstoffspeichern zu einem erneuten Anstieg der Wasserstoffversorgungskosten führt. Die Erhöhung der Speicherkapazität durch Komprimierung oder Verflüssigung des Wasserstoffs hat sich als nicht vorteilhaft herausgestellt und führt zu Kostensteigerungen.
Da der Strompreis der Hauptkostentreiber der Wasserstoffversorgungskosten ist kann die Konkurrenzfähigkeit und Kosteneffizienz der Produktion am Standort von sinkenden Strompreisen profitieren. Das zeigt, dass der Ausbau erneuerbarer Energie, die Nutzung von erneuerbaren Überschüssen und die dadurch fluktuierenden Preise, einen großen Einfluss auf die Kosten der Wasserstoffproduktion hat.
Weiters hat sich herausgestellt, dass für einen Industriestandort mit einem jährlichen Wasserstoffbedarf von 72 GWh die Wasserstoffversorgungskosten für importierten Wasserstoff, der über verschiedene Transportwege angeliefert wird, und die Vor-Ort-Erzeugung in der gleichen Größenordnung liegen. Je nach den zugrundeliegenden Annahmen kann die Vor-Ort-Erzeugung daher eine wettbewerbsfähige Alternative zu importiertem Wasserstoff darstellen.