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Introduction strategies for hydrogen infrastructure = Einführungsstrategien für Wasserstoff Infrastruktur
2021 & 2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2021
Englische und deutsche Zusammenfassung. - Druckausgabe: 2021. - Onlineausgabe: 2021. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2022
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-10-08
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-02603
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/842631/files/842631.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
FCEV (frei) ; GIS (frei) ; fuel cell electric vehicles (frei) ; hydrogen (frei) ; hydrogen embrittlement (frei) ; market introduction (frei) ; pipeline reassignment (frei) ; pipelines (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Zur Eindämmung des Klimawandels und zur Begrenzung der Treibhausgasemissionen wird zunehmend von einem weitverbreiteten Einsatz von Wasserstoff für Verkehrs- und Industriezwecke ausgegangen. Angesichts der verstärkten Konzentration auf die Entwicklung der Wasserstoffinfrastruktur ist es unerlässlich, Methoden zu entwickeln, um die strategischen Entscheidungen zur Entwicklung des Wasserstoffmarktes zu bewerten. Ziel dieser Arbeit, ist es zu untersuchen, welche Infrastruktur und Nachfrage Strategie den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur für die Mobilität und Industrie in Deutschland unterstützt und langfristig einen Übergang zu einem (kosten-) optimierten System ermöglicht. Um diese Ziele zu erreichen, wird ein räumlich aufgelöstes Modell zur Darstellung der diesbezüglich relevanten Merkmale einer Wasserstoffinfrastruktur entwickelt und mit regionspezifischen Daten zur Verteilung der Nachfrage und Energieinfrastruktur ausgestattet. Der gewählte Ansatz umfasst vier verschiedene Aspekte des Übergangs des Wasserstoffsystems: die Transformation des Wasserstoffmarktes, die Neukonfiguration der Wasserstoffproduktion und -speicherung, die Entwicklung der Lieferinfrastruktur und die Umstellung der Tankstellen. Es wird gezeigt, dass GH2- und LH2-Trailer sowie die Nutzung der bestehenden Infrastruktur, wie post-EEG Windkraftanlagen und die Umstellung von Erdgasleitungen, attraktive Wege für die Einführung einer Wasserstoff-Infrastruktur sind. Dabei wird die LH2-Lieferung durch eine hohe Konzentration der Quellen begünstigt, während GH2-Pfade von der wachsenden Nachfragekonzentration in Industrie- und Bevölkerungszentren profitieren. Entsprechend sollte der GH2-Transport den Schwerpunkt der Versorgung bilden, während der LH2-Transport durch optimierte Nutzung von bestehenden LH2 Infrastruktur und Seefracht Importen die Infrastrukturentwicklung ergänzen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass bis 2030 eine kosteneffiziente Wasserstofflieferung für den Transport erreicht werden kann. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass eine breite Markteinführung von Wasserstoff im Verkehr für eine kosteneffiziente Wasserstofflieferung für die Industrie erforderlich ist.Efforts to alleviate climate change and curb greenhouse gas (GHG) emissions increasingly anticipate the widespread use of hydrogen for transportation and industrial purposes. Given the increased focus on hydrogen infrastructure development, it is essential to devise measures capable of assessing and mapping strategic choices to guide the further development of the hydrogen market. The goal of this work is to investigate what infrastructure and demand-side strategies best facilitate hydrogen infrastructure development for the transportation and industrial sectors in Germany and thus enable the transition towards a cost-optimized system in the long term. To achieve these goals, a spatially-resolved model to represent relevant features of a hydrogen infrastructure is developed and populated with country-specific data on hydrogen demand allocation and energy infrastructure. The approach incorporates four different aspects of the transition to a hydrogen-based system: transformation of the hydrogen market, reconfiguration of hydrogen production and storage, the evolution of a delivery infrastructure and the changeover of refueling stations.It was found that gaseous (GH2) and liquid (LH2) hydrogen trailers, as well as utilization of the existing infrastructure, such as the use of aging wind power plants and the reassignment of natural gas pipelines, constitute the most attractive pathways for the introduction of a hydrogen infrastructure. A high concentration of supply is favored by LH2 delivery, whereas GH2 pathways benefit from growing demand concentration in industrial and population centers. Accordingly, GH2 pipeline and trailer delivery should be the main focus of infrastructure development, while LH2 transport is better used as a supplementary alternative to optimize the utilization of the existing LH2 infrastructure and seaborne imports.It was shown that cost-competitive hydrogen delivery for transportation could be attained by 2030, and broad market adoption of hydrogen in transport is required if cost-competitive hydrogen delivery for industry is to be achieved.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021296290
Interne Identnummern
RWTH-2022-02603
Datensatz-ID: 842631
Beteiligte Länder
Germany
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