Reliable and Economically Viable Green Hydrogen Infrastructures—Challenges and Applications

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a comprehensive modeling framework for green hydrogen systems that can be used for further research on infrastructure planning.

🏢実務担当者:Offers insights into economic viability and technical requirements for hydrogen projects, useful for feasibility studies and business case development.

🏛政策担当者:Highlights infrastructure needs and cost factors for hydrogen transition, informing policy on hydrogen strategy and investment incentives.

スマートグリッドの概念は、異なる種類のエネルギー源とインテリジェント機器の完全な統合に基づいている。これらのエネルギー源の短期および長期の変動性のため、スマートグリッドが安定かつ確実に動作することを確保するためには、新たな柔軟性対策が必要である。一つの選択肢は、特に発電過剰の期間中に、再生可能エネルギーを水素に変換し、それによって生成された水素を効果的に貯蔵し、ガスタービンや燃料電池において逆変換プロセスを経て電力をネットワークに供給することにより、電力系統を安定化させるために「ジャストインタイム」で使用できるようにすることである。一方、持続可能な総合エネルギーシステム（GES）を達成するためには、暖房やその他の産業プロセスに使用されるものなど、他の形態の化石エネルギー利用を置き換えることが必要である。研究によれば、包括的な水素供給インフラが必要とされる。このインフラには、電解装置、変換ステーション、パイプライン、貯蔵施設、および水素ガスタービンおよび/または燃料電池発電所が含まれる。ドイツのいくつかの研究では、既存のガスインフラがこの目的に使用できる可能性があることが示唆されている。さらに、原子力発電所と石炭火力発電所は（ドイツの場合のように）予備発電所とは見なされておらず、今後10年間で、H2で運転されるガスタービンにおける追加の20〜30 GWの発電容量と、強力なH2輸送インフラが必要となるとされている。本稿で提示するアプローチの新規性は、水素製造システムの経済的側面と技術的側面の両方を同時にかつ一貫して表現することを可能にする統一モデリングフレームワークの開発にある。これは、計画および事前意思決定のために使用されるものである。技術的観点からは、ブラックボックスアプローチに基づくこのモデルは、エネルギー消費、システム効率、および運用上の制約を含む、水素製造の主要な運用特性を捉えている。並行して、経済的レイヤーには、資本支出（CAPEX）、運営支出（OPEX）、およびコスト関連のパフォーマンス指標が組み込まれており、技術的運用と経済的成果との直接的な関連付けが可能となっている。本稿は、今日の電力系統から水素経済を含むシステムへの体系的な移行について、特にドイツのエネルギーシステムにおける実践的な経験と発展に焦点を当てて説明するものである。この新しいシステムの構成要素について、現在の課題と応用に焦点を当てて詳細に論じる。いくつかのスケール化された現在の応用は、この分野の最新技術を実証しており、技術的要件（信頼性、リスク）と可能性だけでなく、経済的側面（コスト、ビジネスモデル、影響因子）も含んでいる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The smart grid concept is based on the full integration of different types of energy sources and intelligent devices. Due to the short- and long-term volatility of these sources, new flexibility measures are necessary to ensure the smart grid operates stably and reliably. One option is to convert renewable energy into hydrogen, especially during periods of generation overcapacity, in order that the hydrogen that is produced can be stored effectively and used “just in time” to stabilize the power system by undergoing a reverse conversion process in gas turbines or fuel cells which then supply power to the network. On the other hand, in order to achieve a sustainable general energy system (GES), it is necessary to replace other forms of fossil energy use, such as that used for heating and other industrial processes. Research indicates that a comprehensive hydrogen supply infrastructure is required. This infrastructure would include electrolyzers, conversion stations, pipelines, storage facilities, and hydrogen gas turbines and/or fuel cell power stations. Some studies in Germany suggest that the existing gas infrastructure could be used for this purpose. Further, nuclear and coal power plants are not considered reserve power plants (as in the German case), and an additional 20–30 GW of generation capacity in H2-operated gas turbines and strong H2 transportation infrastructure will be required over the next 10 years. The novelty of the approach presented in this article lies in the development of a unified modeling framework that enables the simultaneous and coherent representation of both economic and technical aspects of hydrogen production systems which will be used for planning and pre-decision making. From the technical perspective, the model, based on the black box approach, captures the key operational characteristics of hydrogen production, including energy consumption, system efficiency, and operational constraints. In parallel, the economic layer incorporates capital expenditures (CAPEX), operational expenditures (OPEX), and cost-related performance indicators, allowing for a direct linkage between technical operation and economic outcomes. This paper describes the systematic transformation from today’s power system to one that includes a hydrogen economy, with a particular focus on practical experiences and developments, especially in the German energy system. It discusses the components of this new system in depth, focusing on current challenges and applications. Some scaled current applications demonstrate the state of the art in this area, including not only technical requirements (reliability, risks) and possibilities, but also economic aspects (cost, business models, impact factors).

• semanticscholar https://www.mdpi.com/2673-4141/7/1/22/pdf?version=1770626077first seen 2026-05-15 19:22:00 · last seen 2026-08-12 05:19:03