Hydrogen generation by electrolysis and storage in salt caverns: Potentials, economics and systems aspects with regard to the German energy transition

Michalski, Jan; Bünger, Ulrich; Crotogino, Fritz; Donadei, Sabine; Schneider, Gregor-Sönke; Pregger, Thomas; Cao, Karl‐Kiên; Heide, Dominik

doi:10.1016/j.ijhydene.2017.02.102

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“…However, the results clearly show that increasing the electrolyser's capacity to achieve a lower utilisation would only increase power system flexibility by enlarging as well the hydrogen storage. As large high pressure hydrogen storages at fuelling stations would probably be confronted with low public acceptance, this result may indicate that a more centralised hydrogen supply structure, eg, by using large underground caverns, could be more convenient for the storage of pressurised hydrogen (see also results of Michalski et al regarding power system effects of hydrogen production).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Impact of electric vehicles on a future renewable energy-based power system in Europe with a focus on Germany

Tena

Pregger

2018

Int J Energy Res

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Summary Electric mobility is expected to play a key role in the decarbonisation of the energy system. Continued development of battery electric vehicles is fundamental to achieving major reductions in the consumption of fossil fuels and of CO2 emissions in the transport sector. Hydrogen can become an important complementary synthetic fuel providing electric vehicles with longer ranges. However, the environmental benefit of electric vehicles is significant only if their additional electricity consumption is covered by power production from renewable energy sources. Analysing the implications of different scenarios of electric vehicles and renewable power generation considering their spatial and temporal characteristics, we investigate possible effects of electric mobility on the future power system in Germany and Europe. The time horizon of the scenario study is 2050. The approach is based on power system modelling that includes interchange of electricity between European regions, which allows assessing long‐term structural effects in energy systems with over 80% of renewable power generation. The study exhibits strong potential of controlled charging and flexible hydrogen production infrastructure to avoid peak demand increases and to reduce the curtailment of renewable power resulting in reduced system operation, generation, and network expansion costs. A charging strategy that is optimised from a systems perspective avoids in our scenarios 3.5 to 4.5 GW of the residual peak load in Germany and leads to efficiency gains of 10% of the electricity demand of plug‐in electric vehicles compared with uncontrolled loading.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Impact of electric vehicles on a future renewable energy-based power system in Europe with a focus on Germany

Tena

Pregger

2018

Int J Energy Res

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“…PEMWE-Systeme zeichnen sich besonders dadurch aus, dass sie dynamisch betrieben werden können und ihre Leistungsdichte im Vergleich zur alkalischen oder der Hochtemperatur-Elektrolyse am höchsten ist [5,6]. Studien zeigen darüber hinaus, dass sich die Investitionskosten der PEMWE-Systeme zukünftig den Investitionskosten der alkalischen Elektrolyseure annähern oder diese unterschreiten könnten [7,8]. Die PEMWE bietet trotz ihrer kommerziellen Verfügbarkeit im Megawatt-Bereich weiterhin Forschung-und Optimierungspotenzial im Labor-, aber auch im industriellen Maßstab.…”

Section: Einordnung Der Protonenaustausch-membran-wasserelektrolyseunclassified

Ortsaufgelöste Stromdichtemessung in PEM‐Elektrolyse‐Zellen

Immerz

Bensmann

Trinke

et al. 2019

Chemie Ingenieur Technik

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Die vorliegende Analyse zeigt lokale Stromdichte-und Impedanzmessungen (EIS) entlang einer Einkanal-Polymer-Elektrolyt-Membran-Wasserelektrolysezelle, die mit einem ausreichend hohen und einem unzureichend niedrigen stöchiometrischen Wasseranteil betrieben wird. Mithilfe der örtlich verteilten Stromdichtemessung in Kombination mit globalen und lokalen EIS-Messungen können die jeweiligen Einzelspannungsverluste in beiden Fällen voneinander unterschieden und verglichen werden. Die Kombination der beiden Methoden zeigt, dass der Wassergehalt der Membran und der anodenseitigen Katalysatorschicht unter niedrigen stöchiometrischen Bedingungen sehr inhomogen in Längsrichtung verteilt ist, wobei der niedrigste Wassergehalt am Ende des Kanals auftritt.The present analysis shows the local distribution of current density and EIS measurements along the channel coordinate of a single-channel proton-exchange membrane water electrolysis cell. Measurements for operating modes with one sufficiently high and one insufficiently low stoichiometric water ratio were carried out, in order to observe effects on the current density distribution. Furthermore, global and local EIS measurements were performed to distinguish between the voltage loss differences in the two cases. The local analysis has shown that the level of membrane and catalyst hydration under low stoichiometric conditions can be distributed highly inhomogeneous in the longitudinal direction, with the most pronounced dehydration towards the end of the channel.

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“…Für eine Erzeugung aus Windkraft an Land mit einer mittleren Auslastung von 2000 Volllaststunden pro Jahr müsste eine zusätzliche Installation von mindestens 78 GW Windleistung erfolgen (zum Vergleich: Ende 2016 waren in Deutschland 41 GW Photovoltaik‐ und knapp 50 GW Windleistung installiert ). Aufgrund von Abregelungen, Netzengpässen und Stromspeicherungen könnte die erforderliche Infrastruktur jedoch deutlich größer ausfallen .…”

Section: Möglicher Zukünftiger Bedarf An Erneuerbaren Flüssigen Kraftunclassified

“…Einen zusätzlichen Nutzen aller strombasierten Herstellungsverfahren stellt die saisonale Stromspeicherung durch dynamische Fahrweise der Wasserelektrolyseure dar, die einen zeitlichen und ggf. räumlichen Ausgleich von Energienachfrage und ‐angebot in einem durch fluktuierende Stromquellen geprägten Energiesystem ermöglicht , .…”

Section: Herstellungsoptionen Alternativer Flüssiger Kraftstoffeunclassified

Production of Alternative Liquid Fuels in the Future Energy System

Dietrich

Albrecht

Pregger

2018

Chemie Ingenieur Technik

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Der vorliegende Beitrag skizziert einen möglichen zukünftigen Bedarf an erneuerbaren flüssigen Kraftstoffen, bewertet mögliche Prozessrouten zu deren Erzeugung im großen Maßstab unter Einsatz von erneuerbarem Strom, Biomasse und anderen Kohlenstoffquellen und diskutiert systemische Effekte eines entsprechenden Infrastrukturausbaus. Die in einer Fallstudie erfolgte technische, ökonomische und ökologische Bewertung basiert auf detaillierten Prozesssimulationen verknüpft mit dem Kostenberechnungstool TEPET und ermöglicht so eine größtmögliche Transparenz aus wissenschaftlicher Sicht.

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Hydrogen generation by electrolysis and storage in salt caverns: Potentials, economics and systems aspects with regard to the German energy transition

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Impact of electric vehicles on a future renewable energy-based power system in Europe with a focus on Germany

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Ortsaufgelöste Stromdichtemessung in PEM‐Elektrolyse‐Zellen

Production of Alternative Liquid Fuels in the Future Energy System

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