Methodik

Ermittlung des Strombedarfs

Die 100 GWh Wasserstoff ist auf die Energiemenge zurückzuführen, die bei der Verbrennung des Gases freigesetzt werden. In Verbindung mit einem unteren Heizwert von 33,3 kWh wird für die Lieferung von 100 GWh Energie eine Menge von rund 3 Tonnen Wasserstoff notwendig (Töpler et al. 2017, S. 5). Für die Herstellung dieser Menge über die Wasserelektrolyse wurde die Umwandlung von ca. 138 GWh Strom berechnet. Insofern behandeln die nächsten Schritte die Findung von Standorten zur Produktion dieser Strommenge.

Berechnung der Standortdaten

Da die folgenden Berechnungen auf Rasterdaten basieren, ist die Anwendung des Raster Calculator im GIS-Programm notwendig. Die Gleichungen können analog zu einem gebräuchlichen Rechner eingegeben werden - die Rasterdaten werden als Variablen betrachtet und prozessiert. Ziel ist die Ermittlung des Stromertrags einer Referenzanlage, um darüber das Verhältnis zum Gesamtstromertrag der 138,5 GWh die notwendige Anzahl an Anlagen am jeweiligen Standort zu ermitteln, sodass in einem späteren Schritt die Gesamtinvestitionskosten berechnet werden können. Die Gesamtkapazität der Anlage kann ebenso festgestellt werden.

Erstellung des Kriterienkatalogs

Aus dem vorherigen Kapitel geben regionale Abweichungen in den Solar- und Windparametern eine räumlich differenzierte Gliederung des Untersuchungsgebiets vor – einige Bereiche weisen eine bessere Eignung auf und erzielen eine höhere Effizienz aus der Globalstrahlung bzw. der Windkraft als andere. Zudem decken die Rasterdaten noch Gebiete ab, die eine potenzielle anlagentechnische Nutzung von vornherein ausschließen würden. Solche Flächen sind bedingt durch ihren Schutzstatus, ihre aktuelle Nutzung oder durch sonstige Beschaffenheit nicht für die langfristige Etablierung von großräumigen Anlagen geeignet. Kriterien zum Ausschluss dieser Flächen aufgrund ihrer Flächennutzung oder ihrer Beschaffenheit müssen herangezogen werden. Als Richtwert gelten Angaben aus Literatur und Studien.

Anwendung der Kriterien

Die Geodaten werden mithilfe von Werkzeugen der Geoinformation aufbereitet und bearbeitet, sodass die aus dem Kriterienkatalog hergeleiteten Ausschlussflächen identifiziert und im Zusammenschluss zur Generierung einer Eignungsmaske für die jeweiligen Energiesysteme genutzt werden. Diese Eignungsmaske wird anschließend mit den Rasterlayern der Standortfaktoren GTI (Geneigte Globalstrahlung) und Windleitung verschnitten, sodass als Resultat ein Raster mit farbigen Wertepixeln für eine Eignung sowie NoData-Pixeln gegen eine Eignung vorliegt. 

Auswahl der Standorte

Nach Berechnung der Eignungsrastern wird verglichen, um welche Kompressoren, das sind Anlagen entlang Pipelines zur Regulation des Drucks, herum welche Strahlungs- und Windverhältnisse vorliegen (Romanowska et al. 2005, S. 65). Dazu wird optische geprüft, um welche Stationen sich möglichst wenige von NoData-Strukturen formen und wo die Eignungsflächen die effizientesten Werte aufweisen. Die ausgewählten Kompressorstandorte werden mit einem 50 km-Puffer versehen, sodass im Nachgang Berechnungen innerhalb des Puffers vorgenommen werden, die zum Vergleich der Standortumgebungen hinsichtlich einer potenziellen Etablierung von Photovoltaik- und Windkraftanlagen um die Kompressoren herum verhelfen soll. Für die Standortanalyse werden fünf Kompressorstandorte bestimmt – die Nummerierung erfolgt anhand der potenziellen Fließrichtung des Wasserstoffs von Südost nach Nordwest.

Ermittlung der Investitionskosten

+ Berechnung weiterer Kenngrößen

Die untersuchten Wertepixel innerhalb des Buffers werden mit dem GIS-Werkzeug Zonal Statistics gemittelt, sodass alle Kenngrößen als arithmetisches Mittel vorliegen. Als Input für die Berechnung liegen die gepufferten Kompressorstandorte als Vektor und jeweils ein Raster mit numerischen Werten vor (Bsp. Raster mit Investitionskosten). Dabei agieren die Vektorfeatures als räumliche Ausdehnung, während die Rasterdaten die zu mittelnden Werte liefern. 

Neben den Gesamtinvestitionskosten werden weitere Kenngrößen, die im Kontext der Projektdurchführung von Interesse sind, berechnet:

• notwendige Flächenbedarf bzw. die Aufstellfläche
• potenzielle Volllaststunden
• potenzielle stündliche CO2-Vermeidung
• Wasserbedarf für die Elektrolyseanlage (unab. vom Standort)