TH2ECO zeigt den zukĂŒnftigen Wasserstoffmarkt

Bildtitel: Übersicht der involvierten Projekte
Autor: Kilian Fromm, Green Wind Innovation, Berlin
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14. Juli 2023

TH2ECO zeigt den zukĂŒnftigen Wasserstoffmarkt

ThĂŒringens grĂ¶ĂŸtes H2-Ökosystem im Aufbau

Im Herzen ThĂŒringens – rund um Erfurt und nördlich im ThĂŒringer Becken – zeigt TH2ECO einen im Aufbau befindlichen regionalen Wasserstoffmarkt. Seit 2021 entwickelt ein partnerschaftliches Konsortium aus regionalen Spezialisten dieses Vorhaben. Die Partner kommen aus den Bereichen der erneuerbaren Energien, sind Netzbetreiber sowie Energie- und Stromanbieter, die den Auf- und Ausbau einer nachhaltigen H2-Infrastruktur und die Etablierung des neuen EnergietrĂ€gers Wasserstoff vorantreiben. Von Beginn an mit dabei ist Projektmanager Kilian Fromm von Green Wind Innovation, der fĂŒr dieses Projekt wĂ€hrend der diesjĂ€hrigen Hannover Messe von Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck den H2Eco Award ĂŒberreicht bekommen hat.

TH2ECO will einen regionalen Wasserstoffmarkt schaffen, der zeigt, dass das komplexe System eines Marktes mit verschiedenen wirtschaftlichen, technischen und regulatorischen Anforderungen ĂŒber die komplette Wertschöpfungskette – von grĂŒner H2-Erzeugung bis hin zur -Anwendung – regional funktioniert und langfristig die lokale Wertschöpfung in einem ĂŒberregionalen Markt einbindet.

TH2ECO hat sich drei Kernzielen verschrieben: Dekarbonisierung, RegionalitĂ€t und Nachhaltigkeit. Durch den Hochlauf einer kohlenstoffarmen Wirtschaft werden die CO2-Emissionen in ThĂŒringen erheblich reduziert. Mit einer netzdienlichen Integration in bestehende Netze werden regionale bereits vorhandene Strukturen integriert.

Von der Erzeugung bis zur Anwendung

Im Verbund und in koordinierter Projektsteuerung arbeiten derzeit drei Energieerzeuger (Green Wind Innovation, Boreas Energie, TEAG ThĂŒringer Energie AG), drei Gasnetzbetreiber (Ferngas Netzgesellschaft, SWE Netz und TEN ThĂŒringer Energienetze) und ein Gasspeicherbetreiber (TEP ThĂŒringer Energie Speichergesellschaft) sowie mehrere Abnehmer zusammen. Die H2-Hauptanwendungen erfolgen im Bereich MobilitĂ€t, in der zentralen WĂ€rmeerzeugung im Rahmen der FernwĂ€rmeversorgung von Erfurt (SWE Energie) sowie im Industriesektor:

  • MobilitĂ€t: GĂŒterverkehrszentrum (GVZ) Erfurt Ost mit einer Tankstelle fĂŒr Nutzfahrzeuge von der Jet H2 Energy sowie Intralogistikanwendungen und die Nutzung im Schienenverkehr
  • Industrie: Unternehmen am Erfurter Kreuz
  • WĂ€rme: GuD-Heizkraftwerk der Stadtwerke Erfurt zur WĂ€rme- und Stromerzeugung, Gasnetzbeimischung in die Verteilnetze

Phase 1: Gasleitung bereits in Umwidmung
TH2ECO ist in drei Phasen gegliedert, die aufeinander aufbauende Stufen des entstehenden Wasserstoffmarktes abbilden. In der Initialphase bis 2025 ist geplant, dass drei Elektrolyseanlagen mit einer GesamtkapazitĂ€t von 25 MW im ThĂŒringer Becken in Betrieb gehen. Der H2-Transport erfolgt vorrangig ĂŒber die bestehende, in der Umwidmung auf 100 Prozent grĂŒnen Wasserstoff befindliche 42 km lange Ferngasleitung. Im Erfurter Stadtgebiet sorgt die SWE Netz fĂŒr die weitere Versorgung per H2-Leitung.

Das GuD-Heizkraftwerk in Erfurt, das Industriegebiet am Erfurter Kreuz und das Ortsnetz von Kirchheiligen werden somit ĂŒber diese Pipeline angeschlossen. Unidirektional wird der Porengasspeicher bei Kirchheiligen eingebunden, welcher fĂŒr die H2-Nutzung bereits untersucht und fĂŒr den die Realisierbarkeit bestĂ€tigt wurde. Auch das GVZ in Erfurt wird bereits in der Initialphase zum zweiten Quartal 2025 versorgt, wobei aufgrund der neu zu erbauenden Gasnetzanbindung zunĂ€chst eine Belieferung ĂŒber Hochdrucktrailer erfolgen soll.

Phase 2: Erweiterung auf 40 MW Erzeugungsleistung
In der zweiten Phase zur Erweiterung des entstandenen regionalen H2-Marktes ist bei einem Hochlauf des deutschen Wasserstoffmarktes ein Ausbau der ErzeugungskapazitĂ€ten auf 40 MW vorgesehen. Die H2-Netzstruktur soll erweitert werden, wofĂŒr die Gasverteilnetze der TEN ThĂŒringer Energienetze angeschlossen werden und der H2-Speicher bidirektional genutzt wird. Abnahmeseitig wird das Erfurter Gasnetz angeschlossen und die Anbindung im GVZ leitungsgebunden erfolgen. Der H2-Einsatz im GuD-Heizkraftwerk wird erhöht und der Schienenverkehr eingebunden.

Phase 3: Überregionale Einbindung
Anschließend wird das TH2ECO-Projekt durch die zusĂ€tzliche Aufnahme von regionalen H2-Erzeugungen und den H2-Import aus anderen Regionen weiter skaliert. Die Netzstruktur wird in das ĂŒberregionale H2-Backbone-Netz eingebunden, so dass eine Versorgung von großen Industriebetrieben gewĂ€hrleistet wird und die Stadtwerke ihre KlimaneutralitĂ€t erreichen können.

Beispielhaft fĂŒr Deutschland
Einen hohen Innovationsgrad zeigt TH2ECO bereits in der Initialphase: Aufgrund des potenten Netzwerks auf der Erzeugungs- und Abnahmeseite entstehen auf beiden Seiten der Wertschöpfungskette Marktstrukturen, die TH2ECO von anderen Projekten unterscheiden.

Durch drei H2-Erzeuger und verschiedene -Abnehmer in unterschiedlichen Branchen ergibt sich eine Vielzahl von neuen Fragestellungen, die im TH2ECO-Projekt beispielhaft angegangen werden und die eine Blaupause fĂŒr H2 in Deutschland darstellen:

  • Wie etablieren sich praxisorientierte Vertragsstrukturen zwischen H2-Produzenten und -Abnehmern? Sind es bilaterale Vertragsstrukturen oder gibt es zentrale H2-HĂ€ndler, die erzeugungsseitig KapazitĂ€ten bĂŒndeln und zwischen den Abnehmern verteilen?
  • Wie wird mit EnergieĂŒberschĂŒssen im Markt umgegangen? Wer ist verantwortlich fĂŒr Abregelungen und Ausgleichsenergiemengen?
  • Hohe H2-QualitĂ€ten (Wasserstoff 5.0) können in einer umgewidmeten Pipeline bei der Entnahme nicht garantiert werden, wie kann hier ein effizienter Mechanismus gefunden werden?
  • Im WĂ€rme- oder Industriesektor bestehen andere regulatorische Rahmen als im MobilitĂ€tsbereich (Anrechnung bei der THG-Quote). Wie können die unterschiedlichen Erlöspotentiale in einem Markt zusammengebracht werden?

Modular aufgebaute Elektrolysecontainer
Durch die gemeinsame Planung und enge Abstimmung im Konsortium werden verlĂ€ssliche und funktionierende Strukturen geschaffen, die das Risiko fĂŒr alle VorhabenstrĂ€ger reduzieren und einen gleichzeitigen Hochlauf von H2-Angebot und -Nachfrage ermöglichen.

Die H2-Erzeuger gewÀhrleisten in der Initialphase eine wirtschaftliche H2-Produktion durch die intelligente Kombination der Energie aus eigenen Wind- und PV-FreiflÀchenanlagen, die die Elektrolyseure mit CO2-freier Energie versorgen. Durch die eigenen EE-Anlagen der H2-Erzeuger ist hier eine langfristige, planbare Stromversorgung mit festen Preisen gewÀhrleistet.

Durch einen modularen Aufbau und die flexible Anlagenstruktur von mehreren MW-Elektrolysecontainern wird die Anpassung an die physischen und rechtlichen Anforderungen des Wasserstoffs fĂŒr verschiedene VersorgungsstrĂ€nge im TH2ECO-Projekt an einem Elektrolysestandort ermöglicht. So kann einerseits von Beginn an eine Hochdruck-TrailerbefĂŒllung mit 5.0-REDII-grĂŒnem Wasserstoff und andererseits mit CO2-freiem grĂŒnen Wasserstoff mit 30 bar fĂŒr die H2-Leitungseinspeisung erfolgen. Synergien der H2-Nachfrage und unterschiedliche Erlösströme werden so genutzt, um wirtschaftliche Einnahmen in den verschiedenen Anwendungsbereichen zu ermöglichen.

Im Rahmen der Hannover Messe wurde TH2ECO, und hier namentlich Green Wind Innovation, mit dem H2Eco-Award ausgezeichnet – eine Auszeichnung des DWV und der Deutschen Messe fĂŒr Unternehmen, die mit ihren Projekten einen herausragenden Beitrag zum Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft leisten. Green Wind Innovation ist im TH2ECO fĂŒr den Aufbau einer modularen 10-MW-Elektrolyseanlage innerhalb des Konsortiums zustĂ€ndig. Das Vorhaben zeichnet sich gemĂ€ĂŸ der Bewertung der namenhaft besetzten Jury durch einen besonderen systemtechnischen, volkswirtschaftlichen Beitrag zum Klimaschutz und zur CO2-Einsparung aus.

TH2ECO MOBILITY wird HyPerformer
Im Bereich MobilitĂ€t wird durch die geplante Tankstelle im GVZ Erfurt der Zugriff auf höhere Erlöspotentiale fĂŒr Wasserstoff ermöglicht. Aktuell wurde TH2ECO MOBILITY, federfĂŒhrend koordiniert von der EurA Innovationsberatung, im TH2ECO-Projekt vom Bundesverkehrsministerium zum HyPerformer 2023 ernannt. Um die Entwicklung eines H2-MobilitĂ€tshubs im GVZ zu realisieren, werden in diesem Rahmen bis zu 15 Mio. Euro Fördergelder des Bundes bereitgestellt.

Im Bereich der Industrie wird mit einem abgestimmten H2-Produkt ein CO2-freier EnergietrĂ€ger geschaffen, welcher auch stofflich genutzt werden kann. FĂŒr die zentralen WĂ€rmeanwendungen bei den Stadtwerken Erfurt wird ein CO2-freies WĂ€rmeprodukt im Markt ermöglicht.

Versorgungssicherheit erhöht sich
Mit TH2ECO wird ein H2-Ökosystem geschaffen, welches die Potentiale der gĂŒnstigen erneuerbaren Energien aus Wind- und PV-Anlagen nutzt und die Fluktuation der Energiequellen durch die Puffer- und Speichermöglichkeiten der H2-Leitung einbindet. So können die konstanten Nachfragen der Industrie, tagesschwankende Nachfragen der MobilitĂ€t und die jahreszeitlich schwankenden Nachfragen im Bereich der WĂ€rme mit der erneuerbaren Energie aus regionalen Quellen zusammengebracht werden.

Im Heizkraftwerk der Stadtwerke Erfurt soll Wasserstoff zur Erzeugung von FernwĂ€rme genutzt werden. Etwa 40 Prozent der Einwohner Erfurts können anteilig und unmittelbar davon profitieren. DarĂŒber hinaus sollen durch H2-Beimischung in das bestehende Erdgasnetz Haushalte in Inselnetzen mit grĂŒnem Wasserstoff versorgt werden.

Mittelfristig soll einer der grĂ¶ĂŸten Wirtschaftsstandorte ThĂŒringens, das Industriegebiet am Erfurter Kreuz, sowie der Schienenverkehr eingebunden werden. Die geplante Anbindung an das deutsche und europĂ€ische H2-Backbone-Netz (EHB, European Hydrogen Backbone) ab 2030 unterstĂŒtzt die langfristige unternehmerische Perspektive ĂŒber die Grenzen ThĂŒringens und Deutschlands hinaus. So werden der Standort Deutschland und insbesondere ThĂŒringen durch das TH2ECO Projekt gestĂ€rkt.

Projektentwicklung von Elektrolyseanlagen
Wie sieht beispielhaft die Vorgehensweise in der Projektentwicklung von Elektrolyseuren aus?
Fromm: Bei der Umsetzung der Elektrolyseanlage von Green Wind wurde die Gemeinde vor Ort frĂŒhzeitig durch eine Vorstellung beim BĂŒrgermeister, im Bauausschuss und in Gemeindevertretersitzungen aktiv eingebunden. Wie bei der Windenergie in ThĂŒringen sind wir ĂŒberzeugt, dass eine faire Einbindung der Gemeinde in die Projekte notwendig ist. ZusĂ€tzlich sind Absprachen mit relevanten Stakeholdern, wie den regionalen Wasserversorgern, aufgenommen worden, um eine umweltvertrĂ€gliche Wasserversorgung zu gewĂ€hrleisten.

Welche Vorteile entstehen am Standort der Elektrolyse?
Unser Ansatz ist es, die komplette Einspeiseenergie der Elektrolyseanlage zu nutzen. Daher ist neben der Erzeugung von grĂŒnem Wasserstoff die Auskopplung von NahwĂ€rme vor Ort bei der Elektrolyseanlage vorgesehen. Ein hilfreiches Potential, da beim Betrieb kostengĂŒnstige AbwĂ€rme entsteht, die – lokal genutzt – ein hilfreicher Baustein bei der kommunalen WĂ€rmewende ist, beispielsweise innerhalb eines kalten WĂ€rmenetzes.

Gibt es ĂŒber das Thema der AbwĂ€rme hinaus weitere Vorteile vor Ort?
Ja, definitiv: Wir sehen vor, dass am Standort der Elektrolyse eine Besuchsmöglichkeit und somit ein Ort der Wissenserweiterung und des Lernens entsteht. Durch die PrÀsenz vor Ort möchten wir ein erlebbares Praxisbeispiel entwickeln, das den so wichtigen Themen Energiewende und Sektorenkopplung die verdiente Sichtbarkeit verschafft.

 

Quellenangabe: HZwei

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