Presentatie Waterstof - Peter Perey, RuG
Tekst van het document
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
1
Waterstof als alternatiefen voor aardgas
Met speciale aandacht voor de gebouwde omgeving
Peter Perey, MSc. Centre for Energy Economics Research Faculteit Economie en Bedrijfskunde Rijksuniversiteit Groningen Gemeenteraad Leeuwarden - 10 november 2021
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Agenda 1. Types/kleuren waterstof ➢ Productiemethodes
2. Potentieel aanbod van en vraag naar waterstof ➢ Limiterende factoren per productiemethode ➢ Potentieel gebruik waterstof ➢ Concrete plannen elektrolyse 3. Kosten per productiemethode 4. Wanneer interessant alternatief voor eindgebruikers? 5. Conclusies
2
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
1. Types/kleuren waterstof
3
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
4 types/kleuren waterstof Naam SMR-grijs
Productie techniek Steam Methane
Type energiedrager aardgas
Wat gebeurt met CO2? uitgestoten
aardgas
captured and stored (CCS)
Reforming SMR-bluaw
Steam Methane Reforming
electrolysisgrijs
electrolyse
elektriciteit
(buiten invloed van electrolyser)
electrolysisgroen
electrolyse
electricity from
(buiten invloed van electrolyser)
renewable sources
Bron: Mulder, Perey and Moraga (2019), Outlook for a Dutch hydrogen market: economic conditions and scenarios, CEER Policy Papers 5, March.
4
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
5
Waterstof Steam methane reforming • In dit proces wordt stoom door aardgas geblazen waardoor aardgasmoleculen (CH4) splitsen in waterstof (H2) en koolstofdioxide (CO2). • Met de huidige productie methode wordt (veel) CO2 uitgestoten • CO2 emissie bij een fabriek kan (gedeeltelijk) worden afgevangen en vervolgens worden opgeslagen
Bron: https://www.engineering-airliquide.com/project-delivery-services-references/steammethane-reforming-plant-germany
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Waterstof Elektrolyse • Bij elektrolyse wordt stroom door water gestuurd en splitsen de watermoleculen (H2O) in waterstof (H2) en zuurstof (O2) • Bij productie met stroom van het net is deze methode zeer vervuilend • Deze waterstof mag pas groen heten wanneer de stroom uit hernieuwbare bron afkomstig is
Bron: https://www.deingenieur.nl/artikel/nederland-heeft-kans-met-productie-elektrolysers
6
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
2. Potentieel aanbod van en vraag naar waterstof
7
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Limiterende factoren potentieel aanbod waterstof Steam methane reforming (grijs en blauw) De mogelijke productie is afhankelijk van:
aanbod van aardgas (omvangrijke reserves in Rusland e.d., maar niet in West-Europa) En, in geval van blauwe waterstof mogelijkheden voor CO2 opslag (o.a. in lege gasvelden voor paar decennia genoeg ruimte) Dit jaar aangekondigd (11 mei) subsidie voor project Porthos in Rotterdam: 2 miljard subsidie
8
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
9
Potentieel aanbod waterstof met hernieuwbare stroom Alleen als er veel groene stroom wordt opgewekt, maar weinig vraag is, zal er veel beschikbaar zijn voor waterstofproductie
Bron: Moraga González, J., Mulder, M., & Perey, P. (2019). Future markets for renewable gases and hydrogen: what would be the optimal regulatory provisions? Brussels: CERRE - Centre on Regulation in Europe, September
Alleen in geval van veel aanbod en weinig vraag naar groene stroom, is er ook daadwerkelijk stroom voor elektrolyse beschikbaar
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Huidige plannen elektrolyse in Nederland Op dit moment gerapporteerde plannen voor elektrolysers in Nederland bij o.a. Gasunie is 4 GW aan geïnstalleerd vermogen Op basis van 8000 draaiuren, genereert dat een extra vraag van 32 TWh
10
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Potentiele eindgebruikers alternatieve gassen • Hogetemperatuurwarmte/industrie • Mobiliteit en transport
• Kracht en licht • Lagetemperatuurwarmte
11
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
12
Potentiele eindgebruikers alternatieve gassen Benodigde aanpassingen per functionaliteit voor ander gas dan aardgas • Hogetemperatuurwarmte/industrie ➢ Industriële apparaten moet worden vervangen • Mobiliteit en transport ➢ Introductie van vervoersmiddelen op waterstof (FCEV) ➢ (Om)bouwen tankinstallaties • Kracht en licht (elektriciteitsopwekking) ➢ Gascentrales geschikt maken voor verbranding van waterstof • Lagetemperatuurwarmte ➢ Aanpassen/vervangen van CV-ketels ➢ Koken kan niet op waterstof (elektrisch)
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
13
Potentiele eindgebruikers en aanbieders waterstof
Meer dan 50% van huidig energieverbruik
Huidig geïnstalleerd vermogen is 2.4 GW 6x totale stroomvraag!
Geschatte opslagpotentieel ca. 50 miljoen ton/jaar
Bron: TKI Nieuw gas (2018). Contouren van een Routekaart Waterstof
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
3. Kosten per productiemethode
14
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
15
Kosten verschillende productie methodes alternatieve gassen Hoe verschillende soorten waterstof met elkaar vergelijken?
Investeringskosten
Investeringskosten omrekenen naar vaste kosten per eenheid productie gedurende levensduur productie (MWh gas)
CAPEX
+ Variabele kosten
Variabele kosten uitdrukken per MWh gas
OPEX = Minimaal vereiste prijs (euro/MWh)
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
16
SMR: benodigde waterstofprijs hangt af van prijzen gas, CO2 (en groen-gas certificaten) Bij gasprijs van 30 euro/MWh en CO2 prijs van 45/euro moet grijze waterstofprijs minimaal 65 euro/MWh zijn en voor blauw 75 euro/MWh 160
Waterstofprijs (€/MWh)
140 120 100 80 60
Dit was tot voor kort De situatie
40 20 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Aardgasprijs (€/MWh) Grijze waterstof
Blauwe waterstof
55
60
65
70
Eigen berekening, gebaseerd op: Mulder, Perey and Moraga (2019), Outlook for a Dutch hydrogen market: economic conditions and scenarios, CEER Policy Paper 5, March
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
17
Elektrolyse: benodigde waterstofprijs hangt af van prijs stroom en groen-certificaten Bij stroomprijs van 70 euro/MWh en CO2 prijs van 45 euro/ton moet waterstofprijs ca. 120 euro/MWh zijn 180
Waterstofprijs (€/MWh)
160 140 120 100 80
Exclusief aanlandingskosten en opportuniteitskosten!
60 40 20 0 15
20
25
Grijze stroom
30
35
40
45
50 55 60 65 70 Stroomprijs (€/MWh)
Groene stroom
75
80
85
90
Directe koppeling aan wind op zee
Prijs certificaten groene stroom EU: 2 euro/MWh
95 100
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
18
Kosten waterstof per productie techniek, per MWh H2 140,00
Kosten van waterstofproductie zijn afhankelijk van de prijzen voor elektriciteit en aardgas.
120,00
Hydrpgem (€/MWh)
100,00 80,00
Waterstof via steam methane reforming ondanks ongunstige gasprijzen goedkoper dan elektrolyse.
60,00 40,00 20,00 0,00 Grijze waterstof
Blauwe waterstof
Groene waterstof
Bron: Moraga González, J., Mulder, M., & Perey, P. (2019). Future markets for renewable gases and hydrogen: what would be the optimal regulatory provisions? Brussels: CERRE - Centre on Regulation in Europe, September
Gasprijs: 30 €/MWh Elektriciteitsprijs: 70 €/MWh CO2-prijs: 45 €/ton
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Helpt het om CO2 prijs te verhogen? -
bij CO2 prijs van 85 euro/ton is SMR blauw voordeliger dan SMR grijs maar hogere CO2 prijs maakt elektrolyse ook duurder! 160
Waterstofprijs (€/MWh)
140 120 100 80 60 40
20 0 0
5
10
15
Grijze waterstof
Gebaseerd op: Gasprijs = 30 euro/MWh Elektriciteitsprijs= 70 euro/MWh
20
25
30
35
40 45 50 55 CO2 prijs (€/ton)
Blauwe waterstof
60
Grijze stroom
65
70
75
80
Groene stroom
85
90
19
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
20
SMR: benodigde CO2-prijs om CCS rendabel te maken Kosten zijn lager dan veel alternatieven waar nu op wordt ingezet Kosten isoleren: 300 €/ton (PBL, 2017) Kosten elektrolyse: >300 €/ton (PBL,2020) Kosten geothermie: 163 €/ton (kamerbrief SDE++)
Zie: https://esb.nu/esb/20056504/groene-waterstof-laat-zich-lastig-rendabel-maken
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
4. Wanneer interessant voor eindgebruikers?
21
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Potentiele eindgebruikers alternatieve gassen Andere opties eindgebruikers • Hogetemperatuurwarmte/industrie Aardgas (+ CO2-prijs) Grijze waterstof • Mobiliteit en transport Benzine, diesel, LPG Elektrisch rijden • Kracht en licht Wind en zon-energie Batterijen • Lage temperatuurwarmte CV ketel op aardgas Warmtepomp Warmtenet
22
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
23
Hogetemperatuurwarmte 160
Kosten voor waterstof zijn ook bij hoge CO2 prijs niet competitief. Bio-methaan in gunstig geval wel
Kosten energiedrager (€/MWh)
140 120 100
80 60 40 20 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160 170
CO2 prijs (€/ton) Blauwe waterstof
CO2 uitstoot per MWh gas (ton): 0,225179
Aardgas + CO2
Groene waterstof
Hogere belasting op aardgas? Want groene alternatieven zoals elektrificatie zijn moeilijk.
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
24
Transport 16 14
Kosten per 100 km (€)
12
10 8 6 4
Waterstof exclusief enige vorm van belasting!
2 0 Benzine
Diesel
LPG
Elektrisch
Waterstof
Voor personenauto’s is rijden op waterstof aanzienlijk duurder dan elektriciteit. Ook aanschafprijs ligt hoger
Echter, zwaarder transport (vrachtwagens, bussen en ook lucht- en zee-vaart) zijn moeilijk te elektrificeren
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
25
Lage temperatuurwarmte (gebouwde omgeving) Kosten aardgas
Kosten warmtepomp
Kosten bio-methaan
Kosten blauwe waterstof
Kosten groene waterstof 0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Jaarlijkse energiekosten verwarming gemiddeld huishouden excl. belasting (€)
Met een goed geïsoleerd huis, is een warmtepomp goedkoper dan bio-methaan of waterstof
1800
Met slechter geïsoleerde huizen, zijn de kosten voor warmtepompen vele malen hoger
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
5. Conclusies
26
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Conclusies 1/3 • Er zijn verschillende soorten waterstof die ingezet kunnen worden om aardgas te vervangen • De inzet van deze technieken is momenteel zeer gering (<1%), maar het potentiële aanbod van deze gassen is groot. Echter, waterstofproductie met elektrolyse moet met andere toepassingen concurreren voor het benutten van hernieuwbare stroom (bijvoorbeeld elektrische auto’s en warmtepompen)
• Door veel technisch mogelijke toepassingen, is ook de potentiële vraag naar waterstof groot. Echter, waterstof moet wel concurreren met andere opties
27
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Conclusies 2/3 • De kosten voor waterstof zijn 2.5 tot 4 maal zo groot als de kosten voor aardgas. Zelfs met de huidige hoge prijzen • Het gebruik van aardgas wordt steeds minder aantrekkelijk doordat de CO2 prijs stijgt
• Een hogere CO2 prijs maakt de inzet van waterstof met elektrolyse niet rendabeler, maar blauwe waterstof wel
28
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
29
Conclusies 3/3 •
De technische mogelijkheden voor waterstof toepassingen zijn groot
•
Echter, er is vaak ook een andere duurzame oplossing waar het mee moet concurreren.
•
Waterstof moet je daar inzetten waar het goedkoper is dan alternatieven. Daarin moet worden meegenomen dat als gebruikers overgaan op waterstof er verschillende aanpassingen nodig zijn.
Sector
Wanneer nuttig?
Voorbeeld
Gebouwde omgeving
Voor huizen waar andere opties zoals warmtepompen, warmtenetwerken of geothermie niet haalbaar zijn
Oude huizen, dunbevolkt gebied
Transport
Bij inzet van zwaar transport, waar elektrificatie met batterijen moeilijk
Lange buslijnen, vrachtwagens, dieseltreinen
Industrie
Inzetten als grondstof
Bedrijven Industrieparken (ammoniakproductie)
Hoge temperatuurwarmte, die moeilijk met elektrificatie gehaald kan worden
Staalbedrijven, raffinaderijen
faculty of economics and business
Centre for Energy Economics Research
|
Bronnen Moraga González, J., Mulder, M., & Perey, P. (2019). Future markets for renewable gases and hydrogen: what would be the optimal regulatory provisions? Brussels: CERRE - Centre on Regulation in Europe, September Mulder, Perey and Moraga (2019), Outlook for a Dutch hydrogen market: economic conditions and scenarios, CEER Policy Paper 5, March Mulder, M., & Perey, P. (2019). Groene waterstof laat zich lastig rendabel maken. ESB Economisch Statistische Berichten, 2019
Contact informatie Peter Perey, MSc. Centre of Energy Economics and Research (CEER) Faculty of Economics and Business University of Groningen P.O. Box 800 9700 AV Groningen email: p.l.perey@rug.nl website: https://www.rug.nl/ceer/
30