Herstellung von Ammoniak unter Berücksichtigung fluktuierender Elektrizitätspreise

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Beschreibung

Auf der Elektrolyse von Wasser basierende, intermittierend betriebene chemische Prozesse können über ihre Flexibilität zur Integration erneuerbarer Energien in Elektrizitätssysteme beitragen. Die Weiterverarbeitung von Wasserstoff zu Ammoniak und dessen Nutzung als Chemikalie stellt einen potentiellen stofflichen Nutzungspfad des Wasserstoffs dar. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Ammoniak herstellende, konzeptionelle Prozessvarianten entwickelt, verfahrenstechnisch ausgelegt und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bewertet. Zur optimalen Konfiguration der Anlagenabschnitte wird eine gekoppelten Kapazitäts- und Einsatzplanung aufgestellt, die für vorgegebene Elektrizitätspreise die resultierende Annuität maximiert. Ein heuristisches Lösungsverfahren wird entwickelt, dass das gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsproblem in ein konvexes nichtlineares Problem überführt und auf dieser Ebene löst. Mit Hilfe des entwickelten Bewertungs- und Planungsansatzes werden Gestehungskosten für NH3 beispielhaft anhand von deutschen Elektrizitätspreisen (2007-2012) ex-post berechnet. Über den Vergleich zu ähnlichen Nutzungsoptionen von Wasserstoff, hier vor allem den Power-to-Gas Verfahren, wird die relative Attraktivität des NH3-Pfads ausgewiesen.