Die potenziale Rolle von Power-to-Gas im russischen-europäischen Energiesystem

The modern world is currently facing the energy revolution due to the decarbonisation challenges, promoted by the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). The well-established fossil fuel energy sources are being pushed from their leading market positions by renewable energy. European governments are some of the first to take decisive action towards decarbonisation and have already started reforming their economic sectors. New questions arising from such changes are influencing the role of Russia in supplying energy to the European market. The development of a market for renewable gas, especially renewable hydrogen in Europe, could potentially, in a long-term scenario up to 2050, be an option for Russia to help maintain demand and remain in the role as a main exporter. The focus of this master thesis is put on the assessment of the current state of readiness of Russian and European energy systems for integration of Power-to-Gas (PtG) systems and for development of a carbon-free hydrogen market. German internal green hydrogen production capacity cannot meet the approximate demand in 2030 and 2050. However, the presence of the unutilised power capacity from Russian nuclear and hydro power plants opens a new opportunity to generate economically attractive hydrogen in large volumes via electrolysis with low electricity costs and zero carbon dioxide footprint. In this thesis different supply chains for hydrogen export (Russia-Germany) are constructed and, as a result, the levelised costs of hydrogen (LCOH) are calculated and analysed. Hydrogen produced in Russia and transported to Germany via maritime shipment shows that it can already be competitive to the domestically produced green hydrogen in Germany. The main compartment of the LCOH is the electricity expenditure, which the current Russian industrial tariffs can reach up to 90% of the total costs. Further reductions of the electricity price for PtG systems are recommended in order to achieve lower results for the LCOH. The outcome of this master thesis provides an overview on the current readiness of Russian and German hydrogen infrastructure and further recommendations on how it should be adapted. Finally a 2050 roadmap for the implementation of a hydrogen market in Russia and Germany is developed.Die moderne Welt steht aufgrund der Herausforderungen der Dekarbonisierung, die durch das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) gefördert werden, vor der Energiewende. Die etablierten Energiequellen von fossilen Brennstoffen werden durch erneuerbare Energien von ihren führenden Marktpositionen verdrängt. Die europäischen Regierungen sind einige der ersten, die entscheidenden Maßnahmen zur Dekarbonisierung ergreifen, und haben bereits mit der Reform ihrer Wirtschaftssektoren begonnen. Neue Fragen, die sich aus solchen Veränderungen ergeben, beeinflussen die Rolle Russlands bei der Energieversorgung des europäischen Markts. Die Entwicklung des Markts von erneuerbaren Gasen, insbesondere vom erneuerbaren Wasserstoff in Europa, könnte in einem langfristigen Szenario bis 2050 möglicherweise eine Option für Russland sein, um die Nachfrage aufrechtzuerhalten und die Rolle als Hauptexporteur zu übernehmen. Der Schwerpunkt dieser Masterarbeit liegt auf der Bewertung des aktuellen Zustands der Bereitschaft russischer und europäischer Energiesysteme zur Integration von Power-to-Gas-Systemen (PtG) und zur Entwicklung des kohlenstoffarmen Wasserstoff-Markts. Die deutsche innere Produktionskapazität für grünen Wasserstoff kann den ungefähren Bedarf in den Jahren 2030 und 2050 nicht decken. Das Vorhandensein der nicht genutzten Stromkapazität russischer Kern- und Wasserkraftwerke eröffnet jedoch eine neue Möglichkeit, durch Elektrolyse mit geringen Stromkosten wirtschaftlich attraktiven Wasserstoff in großen Mengen zu erzeugen, und ohne Kohlendioxid-Fußabdruck. In dieser Arbeit werden verschiedene Lieferketten für den Wasserstoff Export (Russland-Deutschland) aufgebaut und damit die Niveaukosten von Wasserstoff (LCOH) berechnet und analysiert. In Russland produzierter und per Seeverkehr nach Deutschland transportierter Wasserstoff zeigt, dass er bereits gegen den im Inland produzierten grünen Wasserstoff in Deutschland wettbewerbsfähig sein kann. Das Hauptanteil des LCOH sind die Stromausgaben, mit denen die derzeitigen russischen Industrie-Tarife bis zu 90% der Gesamtkosten erreichen können. Weitere Reduzierungen des Strompreises für PtG-Systeme werden empfohlen, um niedrigere Ergebnisse für das LCOH zu erzielen. Das Ergebnis dieser Masterarbeit gibt einen Überblick über die aktuelle Bereitschaft der russischen und deutschen Wasserstoffinfrastruktur sowie weitere Empfehlungen zur Anpassung. Schließlich wird der Fahrplan für 2050 zur Umsetzung des Wasserstoff-Markts in Russland und Deutschland entwickelt