Institut für Energie- und Klimaforschung - Technoökonomische Systemanalyse (IEK-3)

Das IEK-3 führt technologieoffene, wissenschaftliche Untersuchungen zu Technologien, Technologiepfaden, Wertschöpfungsketten und Markthochläufen in zukünftigen Energiesystemen unter Berücksichtigung der Sektorkopplung im Zielkorridor der Vorgaben aus COP 21 und denen der deutschen Bundesregierung durch. Das Ziel ist hierbei die Modellierung des gesamten Energiesystems von Deutschland, deutschen Regionen, Europa und importrelevanten weltweiten Regionen. Die Arbeiten dienen der Bereitstellung von Handlungswissen zur Transformation des Energiesystems für Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft und zur Information der Öffentlichkeit.

Hierzu wurde am IEK-3 die Programm-Suite ETHOS erarbeitet, die unter definierbaren Randbedingungen Gesamtenergiesysteme über alle Sektoren mit den geringsten Kosten rechnerisch ermittelt. Die Programm-Suite ETHOS (Energy Transformation Pathway Optimization Suite) baut auf über 14 Dissertationen auf und widmet sich insbesondere der Sektorkopplung. Sie basiert auf umfangreich ermittelten und geprüften öffentlich zugänglichen Daten aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen, Karten, Statistiken und weiteren Quellen. Dabei werden alle Sektoren, wie die Strom- und Gaswirtschaft, der Verkehr, die Industrie und der Haushaltssektor abgedeckt. Dabei werden über 1300 Techniken mit über 2000 Verknüpfungen untereinander berücksichtigt, die es ermöglichen wichtige technisch und ökonomisch relevante Pfade zu identifizieren. Gesellschaftliche Aspekte werden in der Simulation durch geeignete Anpassung der Eingangsdaten berücksichtigt. Das IEK-3 ist deutschlandweit durch Projektarbeit und international durch Gremienarbeit wie beispielsweise in der International Energy Agency breit vernetzt.

Beitrag zum H₂ATLAS-AFRICA-Projekt

Das IEK-3 erstellt räumlich und zeitlich hoch aufgelöst sowohl das erneuerbare Energiepotenzial mit vorangegangener Landeignungsanalyse als auch das grüne Wasserstoffpotenzial für Westafrika und das südliche Afrika und trägt so wesentlich zum Projekt bei. Das Team führt insbesondere die eigenen und die Ergebnisse der einzelnen Partner in ein zentrales Systemmodell zusammen. Dies erlaubt es Kosten und Potenziale von grünem Wasserstoff unter Berücksichtigung aller betrachteten externen Faktoren wie z.B. lokalem Energiebedarf oder Wasserknappheit zu analysieren. Auch Energietransportmöglichkeiten und deren Kosten werden auf verschiedenen Ebenen von lokalen Synergien bis hin zum Export nach Deutschland beleuchtet. Die Ergebnisse werden durch das Team anschließend visuell aufbereitet und der Öffentlichkeit in Form eines Graphical User Interface (GUI) per Web-Applikation zur Verfügung gestellt.

Besonderes Augenmerk legt das IEK-3 Team dabei auf die umfassenden Landeignungsanalysen für erneuerbare Energien basierend auf den Angaben der afrikanischen Partner und nationalen und internationalen Datensätzen, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse innerhalb des Projektes und außerhalb sicherzustellen. Darauf aufbauend werden potenzielle Standorte für mögliche erneuerbare Strom-Erzeugungsanlagen bestimmt und daraus zeitlich und räumlich hoch aufgelöste erneuerbare Strompotenziale und –kosten individuell für Freiflächen-Photovoltaik sowie Windturbinen an Land und Offshore errechnet. Dies bildet die Grundlage für die Bestimmung des lokalen grünen Wasserstoffpotenzials und der Analyse der Synergien eines vernetzten Energiesystems in den jeweiligen Projektregionen. Dies umfasst auch die vollständige Wasserstoffinfrastruktur und die Option zum Wasserstoffexports.

Die Ergebnisse stellen erstmalig eine detaillierte, konsistente Potenzialanalyse von erneuerbaren Energien bis hinauf zur Wasserstoffproduktion für das westliche und südliche Afrika dar und können durch den bis jetzt einmaligen Detailgrad als Grundlage für zukünftige wirtschaftliche und politische Entscheidungen dienen. Darüber hinaus sind die entwickelten Ansätze flexibel auf jede Region weltweit anwendbar.