2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15601Das Ziel der Europäischen Union zur Reduzierung der CO₂-Emissionen bis 2050 um 80 % gegenüber 1990 erfordert unter anderem einen Ausbau der regenerativen Stromerzeugungskapazitäten. Hierbei ist zu beachten, dass das Ziel der Emissionsminderung sich nicht nur auf den Stromsektor bezieht, sondern auf die gesamten, nationalen CO₂-Emissionen. Dies hat zur Folge, dass auch in anderen CO₂-emittierenden Sektoren Maßnahmen unternommen werden müssen, um die Emissionen weit genug zu senken. Hierfür soll im Zuge dieses Projektes das Zusammenspiel der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität sowie die hierbei notwendige Speicherung überschüssiger Energie untersucht werden. Insbesondere eine zukünftige Versorgung mit einem steigenden regenerativen Anteil soll untersucht werden. In den Sektoren Wärme und Mobilität ist der Anteil der regenerativen Erzeuger im Vergleich zu dem Anteil im Stromsektor gering und eine Steigerung der regenerativen Anteile für das Erreichen der Zielvorgaben ist in diesen Sektoren unabdingbar. Ein Zusammenspiel der drei Sektoren kann bewirken, dass die regenerativen Anteile in diesen beiden Sektoren steigen. Insbesondere die Elektrifizierung dieser Bereiche, z. B. in Form von Wärmepumpen und E-Mobilität, kann ein Weg sein deren CO₂-Emissionen zu senken. In diesem Teilprojekt wird der Effekt des Ausbaus der fluktuierenden regenerativen Energieerzeuger auf den Speicherbedarf untersucht. Hierbei wird der steigende Energiebedarf durch eine Elektrifizierung des Wärme- und Mobilitätssektors berücksichtigt. Da als Langzeitspeicher die Power-to-Gas-Technologie große Potentiale bietet, soll die Speicherung überschüssiger Energie in Form von Gas untersucht werden. Der Vorteil der Speicherung in Form von Gas ist die Möglichkeit der bedarfsorientierten Verwertung des Gases in allen betrachteten Sektoren (Strom, Wärme, Mobilität). In einer Power-to-Gas-Anlage wird mittels eines Elektrolyseurs elektrische Überschussenergie zur Wasserstoffproduktion verwendet. Dieser kann gespeichert werden oder wahlweise weiter methanisiert werden. Diese beiden Möglichkeiten, die Speicherung in Form von Wasserstoff und in Form von Methan, werden untersucht und Vor- und Nachteile herausgearbeitet.The reduction of greenhouse gas emissions by 80 % until 2050 in comparison to 1990 is one goal postulated by the European Union. Thereby, the share of renewable energies contributing to the electricity mix needs to be increased further. Considering that the goal to reduce greenhouse gas emissions applies nationwide it is not enough to concentrate actions only on emissions from electricity generation. Therefore, this project focusses on interactions between the three main sectors (electricity, heat and mobility) regarding CO₂ emissions and the need for energy storage in the future. At present the share of renewables is quite low in the heat and mobility sector, compared to the electricity sector. To reach the goal of 80 % CO₂ reduction, an increased renewables share in these sectors is essential. Through interaction between the three sectors synergy benefits can arise. Solutions like heat pumps or e-mobility are examples of how CO₂ emissions can be reduced by combining electricity generation with other sectors. The present part project here focusses on the impact on the development of the fluctuating renewable power generation from energy storage. Hereby the growing electrical energy demand caused by the electrification of the heat and mobility sectors is considered. Since the power-to-gas technology offers a great potential for long-term storage, the storage in form of gas is investigated. The advantage of storing excess energy in form of gas is conbined with a possible utilization with all three sectors considered (electricity, heat, mobility). In a power-to-gas plant hydrogen is produced through electrolysis using excess energy. The hydrogen can either be stored or optionally be used for a methanation, converting hydrogen to methane. Both possibilities, hydrogen and methane storage, are examined, to highlight their advantages and disadvantages.