WSP
Grüne Wasserstoffproduktion und Sektorkopplung
60% weniger CO₂ mit grünem Wasserstoff, zu Produktionskosten, die mit heutigem Diesel vergleichbar sind.
Eine gekoppelte Machbarkeitsstudie für grünen Wasserstoff über einen Industrie- und einen Wohnstandort, mehrere optimale Varianten in unter 10 Minuten.
- Kunde
- WSP
- Sektor
- Industrie
- Standort
- Westschweiz
- Projekttyp
- Wasserstoff-Machbarkeitsstudie
- CO₂
- −60% gegenüber fossilem Referenzsystem
- Kosten
- −26% Lebenszykluskosten gegenüber Referenzsystem
- Werkzeuge
- Sympheny · MILP-Optimierung · Sektorgekoppelter digitaler Zwilling · Pareto-Vergleich
Beurteilen, ob grüner Wasserstoff aus standorteigener PV für ein Zwei-Standort-System aus Industrie und Wohnen wirtschaftlich tragfähig wäre.
PV, Elektrolyseure, Wasserstoffspeicher, Batterien, Wärmerückgewinnung und fossile Referenzen in einem sektorgekoppelten Modell abgebildet.
Eine CO2-Reduktion von 60 % und bis zu 26 % tiefere Lebenszykluskosten identifiziert, mit einer Produktion von grünem Wasserstoff zu dieselvergleichbaren Kosten.
Die Herausforderung
WSP (ehemals BG-Gruppe) ist ein internationales Ingenieur- und Beratungsunternehmen mit Tätigkeit in der Schweiz und in Frankreich, das seit 1954 Kunden bei Infrastruktur- und Energieprojekten berät. Für eine Machbarkeitsstudie in der Westschweiz wollten die Ingenieur*innen klären, ob die Produktion von grünem Wasserstoff vor Ort wirtschaftlich tragfähig ist, und zwar über zwei gekoppelte Standorte hinweg: einen Industriestandort mit 20’000 m² Fläche für PV- und Wasserstoffanlagen sowie ein kleines Quartier mit 14 Mehrfamilienhäusern und rund 3’200 m² verfügbarer Dachfläche.
Grüner Wasserstoff gilt als entscheidender Energieträger, um einen der schwierigsten Sektoren zu dekarbonisieren: die schwere Mobilität. Die beiden grössten Herausforderungen dabei sind die Produktionskosten und die sinnvolle Nutzung der erneuerbaren Ressourcen vor Ort. Die beiden Standorte sollten über ein Wärmenetz verbunden werden, sodass die Abwärme aus Elektrolyseuren und Brennstoffzellen am Industriestandort die Wohngebäude versorgen kann. Der Entwurf hing jedoch von dutzenden zusammenwirkenden Variablen ab: PV-Dimensionierung, H₂-Speicherkapazität, Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellen, Treibstoffbedarf der Logistik-LKWs und saisonale Schwankungen im Angebot erneuerbarer Energie. Die traditionellen Methoden des Variantenvergleichs konnten diese Wechselwirkungen nicht in der erforderlichen Auflösung erfassen.
Wie Sympheny eingesetzt wurde
Die Ingenieur*innen von WSP bauten in Sympheny einen digitalen Zwilling des integrierten Systems aus Industrie- und Wohnstandort und ergänzten ihn um ihr internes Wissen zu wirtschaftlichen und leistungsbezogenen Parametern aus realen Wasserstoff-, Speicher-, Multi-Energie- und Mobilitätsprojekten. Als Vergleichsbasis konfigurierten sie ein Referenzsystem mit fossilen Technologien, also Diesel-LKWs, Ölkesseln und Netzstrom. Der Algorithmus von Sympheny bewertete das System aus beiden Standorten ganzheitlich und lieferte in weniger als zehn Minuten mehrere Pareto-optimale Entwurfsvarianten.
- Sektorgekoppelter digitaler Zwilling: Industrielle Logistik, Wohnwärme, Strom und Wasserstoff wurden als ein zusammenhängendes System modelliert, mit dem Wärmenetz als Verbindung zwischen den beiden Standorten.
- Mehrere optimale Varianten: Sympheny ermittelte mehrere Pareto-optimale Konfigurationen entlang des Kosten-Emissions-Spektrums, jeweils im Vergleich zum fossilen Referenzsystem.
- Fahrplan in Richtung Null-Emissionen: Quantifiziert wurde, welche zusätzlichen erneuerbaren Ressourcen und welche Mehrkosten nötig sind, um über die 60% Reduktion hinaus in Richtung nahezu Null-Emissionen zu kommen.
Die beiden in Sympheny modellierten gekoppelten Standorte: ein Industrie-Hub für die Wasserstoffproduktion und den Treibstoff der schweren Mobilität sowie ein Wohn-Hub für die Gebäude, verbunden durch ein Wärmenetz und ein Mikronetz.
Ergebnis
Das optimale Design senkt die CO₂-Äquivalent-Emissionen um 60% gegenüber dem fossilen Referenzsystem und bleibt dabei kostenwettbewerbsfähig: Die Lebenszykluskosten liegen bis zu 26% unter dem Referenzsystem. Der Ersatz von 60 bis 70% des Diesels durch grünen Wasserstoff aus PV vor Ort ist für diese beiden Standorte die wirtschaftlich sinnvollste Konfiguration, und die Produktionskosten dieses Wasserstoffs, inklusive Kapitalkosten für Elektrolyseure, Kompressoren und H₂-Lagerung, sind mit dem heutigen Dieselpreis vergleichbar.
Die saisonale Logik, die das Modell sichtbar machte, ist konkret: Im Sommer fliesst überschüssiger PV-Strom vom Wohnstandort zum Industriestandort, um Wasserstoff zu produzieren, während die Abwärme aus der H₂-Produktion Warmwasser an die Mehrfamilienhäuser zurückliefert; im Winter deckt die PV des Wohnstandorts den direkten Strom- und Wärmepumpenbedarf, während der Industriestandort auf gespeicherten Wasserstoff als Treibstoff zurückgreift. Das integrierte System ermöglicht für mindestens 15% des Jahres die vollständige Selbstversorgung des Standorts ohne Importe. WSP verfügt zudem über einen richtungsweisenden Fahrplan in Richtung nahezu Null-Emissionen, mit beziffertem zusätzlichem Ausbau erneuerbarer Energie und Kostenzuwachs.
Mehrere optimale Entwurfsvarianten im Vergleich zum fossilen Referenzsystem. Die wirtschaftlich attraktivsten Konfigurationen senken die Emissionen um 60 bis 70% gegenüber der Referenz.
60% weniger CO₂ bei Lebenszykluskosten von bis zu 26% unter dem Referenzsystem. Der Ersatz von 60 bis 70% des Diesels durch grünen Wasserstoff aus PV vor Ort ist die wirtschaftlich attraktivste Konfiguration, und die Produktionskosten dieses Wasserstoffs sind mit dem heutigen Dieselpreis vergleichbar.
Sympheny ermöglicht einen ganzheitlichen Ansatz zur Energieoptimierung. Wir konnten in kürzerer Zeit mehr mögliche Lösungen untersuchen. Das ist besonders nützlich für frühe Planungsphasen und strategische Beratung.
