Elektrolyse-Hochlauf wirtschaftlich und systemdienlich gestalten

Der regulatorische Rahmen für den Wasserstoff-Markthochlauf ist komplex. Die Analyse bestehender und potenzieller Instrumente zeigt, dass sie sich deutlich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Systemdienlichkeit unterscheiden. „Grundsätzlich sollte der Zubau von Elektrolyseuren möglichst wirtschaftlich und systemdienlich erfolgen“, sagt Ann-Kathrin Klaas, Head of Research Area am EWI. Insbesondere eine Anpassung der sogenannten RFNBO-Kriterien und des §13k EnWG „Nutzen statt Abregeln“ sowie die geplanten Ausschreibungen für systemdienliche Elektrolyseure nach § 96 WindSeeG könnten durch entsprechende Ausgestaltung kurz- und mittelfristig die Wirtschaftlichkeit von Elektrolyseurprojekten sicherstellen und zugleich Systemkosten senken. Gleichzeitig ist die Unsicherheit der künftigen Ausgestaltung bei vielen Instrumenten hoch.

Im EWI-Gutachten „Der Elektrolyse-Hochlauf im Spannungsfeld von Wirtschaftlichkeit und Systemdienlichkeit“ diskutiert ein Team des Energiewirtschaftlichen Instituts (EWI) an der Universität zu Köln im Auftrag des ENERGY HUB Port of Wilhelmshaven die möglichen Effekte von angebots- und nachfrageseitigen Politikinstrumenten auf einen wirtschaftlichen und systemdienlichen Markthochlauf von Elektrolyseuren in Deutschland. Im Fokus stehen die Auswirkungen der Instrumente auf die Produktionskosten sowie auf die Standortwahl und den Betrieb von Elektrolyseuren. Dabei wird Systemdienlichkeit vor allem anhand der Stromnetzdienlichkeit evaluiert. Diese umfasst die Nutzung von überschüssigem Strom und die Vermeidung von Engpässen im Stromnetz, die in großem Umfang vor allem im Norden bei hoher Windstromeinspeisung auftreten.

Elektrolyseure im Spannungsfeld zwischen Wirtschaftlichkeit und Systemdienlichkeit

Inländische Elektrolysekapazitäten sind ein zentraler Baustein für die Erreichung der Klimaziele und die Reduktion von Importabhängigkeiten in Deutschland. Aktuell steht der Hochlauf jedoch vor großen Herausforderungen: Die Produktionskosten liegen über der Zahlungsbereitschaft der Nachfrage. Zudem besteht ein Spannungsfeld zwischen Wirtschaftlichkeit und Systemdienlichkeit: Während Unternehmen Standorte primär nach ihren privatwirtschaftlichen Investitionskosten (Fläche, Logistik) wählen und ihre Betriebsweisen profitorientiert ausrichten, erfordert der effiziente Stromnetzausbau eine Ansiedlung an Orten mit Erzeugungsüberschüssen aus erneuerbaren Energien und eine Betriebsweise, die sich an ihrer Verfügbarkeit ausrichtet. Das beinhaltet z. B. die Verortung in Regionen mit hoher Windstromeinspeisung. Dort kann der überschüssige Strom direkt vor Ort genutzt werden, ohne das Stromnetz zusätzlich zu belasten. Ohne gezielte Steuerung könnten Elektrolyseure die Netzbelastung sogar verstärken.

Kosteneffiziente regulatorische Instrumente können hierbei die Wasserstoffkosten (LCOH) aus betriebswirtschaftlicher Sicht sowie die Stromsystemkosten aus volkswirtschaftlicher Sicht reduzieren. Hinsichtlich der Wirksamkeit in beide Dimensionen ergeben sich jedoch deutliche Unsicherheiten, z. B. durch Interdependenzen zwischen den Instrumenten und die Marktentwicklung im Allgemeinen. „Es gibt aktuell kein Instrument, das die Wirtschaftlichkeit von Elektrolyseuren in Deutschland grundlegend verbessert und dabei gleichzeitig eine stromnetzdienliche Integration garantiert“, sagt Dr. Ann-Kathrin Klaas, Head of Research Area am EWI, die das Gutachten mit Michaele Diehl, Martin Lange, Tobias Leibfritz, Felix Schäfer und Carina Schmidt verfasst hat.

RFNBO-Kriterien und § 13k EnWG mit deutlichen Wirtschaftlichkeitsauswirkungen

Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit erfolgt im Gutachten anhand der potenziellen Auswirkungen der Instrumente auf die LCOH. Hierzu wurden unterschiedliche Szenarien für die Instrumentenausgestaltung mit einem Referenzfall verglichen. Die Wirtschaftlichkeitsanalyse basiert auf dem EWI-eigenen Modell SOPHIAA. Die Ergebnisse zeigen, dass vor allem zwei Instrumente die LCOH deutlich reduzieren könnten. Die RFNBO-Kriterien (Renewable Fuels of Non-Biological Origin) definieren, unter welchen Voraussetzungen Wasserstoff als grün gilt. § 13k EnWG „Nutzen statt Abregeln“ eröffnet hingegen die Option, Überschussstrommengen zu einem reduzierten Preis zu beziehen. So reduziert bereits eine Entschärfung der RFNBO-Kriterien die modellierten LCOH um rund 10 Prozent, durch eine zusätzliche Nutzung von § 13k könnten sich die LCOH abermals um rund 8 Prozent verringern. Auf der anderen Seite könnte die Einführung von Netznutzungsentgelten oder Steuern und Abgaben für Elektrolyse eine deutliche Kostensteigerung um 10 Prozent oder mehr bedeuten.

Die Bewertung der Systemdienlichkeit bezogen auf die Stromnetzdienlichkeit erfolgt im Gutachten anhand einer Auswertung der existierenden Studienlage. Hierbei stellen sich die Förderausschreibungen nach § 96 WindSeeG als einziges Instrument dar, welches bereits jetzt explizit einen systemdienlichen Ausbau und Betrieb von Elektrolyseuren anstrebt. Allerdings finden die Ausschreibungen noch nicht statt und es bestehen hohe Unsicherheiten hinsichtlich ihrer künftigen Ausgestaltung. Auch § 13k EnWG „Nutzen statt Abregeln“ könnte als lokales Instrument systemdienliche Verortungs- und Betriebsanreize setzen. Allerdings ist dessen Wirkung bisher durch diverse Friktionen beschränkt. So fand in den ersten 14 Monaten seit Einführung des Instruments keine Nutzung durch einen Elektrolyseur statt.

Unsicherheiten zur künftigen Ausgestaltung der Regulierung hemmen Investitionen

Die Analyse der angebotsseitigen Instrumente zeigt, dass viele Maßnahmen mit hohen Unsicherheiten hinsichtlich der künftigen Ausgestaltung einhergehen. Das umfasst vor allem die Befreiung von Stromnetzentgelten und -umlagen, die nach aktuellem Stand für Neuanlagen ab dem Jahr 2029 bzw. 2030 wegfallen könnte. Weiterhin ist eine Verschärfung der RFNBO-Kriterien im Jahr 2028 (Zusätzlichkeit, betrifft Neuanlagen) und im Jahr 2030 (Gleichzeitigkeit, betrifft auch Bestandsanlagen) geplant, wobei ein Review der Kriterien für 2028 angekündigt ist. Weitere Unsicherheiten ergeben sich bei der Ausgestaltung der Baukostenzuschüsse, der Stromgebotszone sowie von Kapazitäts- und Flexibilitätsmärkten.

Die Analyse der angebotsseitigen Instrumente zeigt, dass die mögliche Reduktion der Wasserstoffkosten nicht ausreichend sein könnte, um die Lücke zur Zahlungsbereitschaft zu schließen. Hier sind nachfrageseitige Instrumente weiterhin notwendig. In einem weiteren Kapitel widmet sich das Gutachten daher ausgewählten nachfrageseitigen Instrumenten, wie einseitigen oder doppelten Auktionen oder Klimaschutzverträgen. Dabei steht im Fokus, wo das Instrumente ansetzt und welchen Einfluss es auf die Zahlungsbereitschaft der Nachfrager hat. „Der Wasserstoffhochlauf kann durch eine clevere Kombination von Instrumenten möglich gemacht werden. Es bleibt allerdings eine Herausforderung, konsistente und langfristige Anreize mit einer geringen Komplexität zu kombinieren“, so Klaas.