Wasserstoffeinspeisung: Teil von Elektrolyse- Geschäftsmodellen

Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher

Ein großer Vorteil bei der Verwendung von Wasserstoff im Gasnetz liegt darin, dass die benötigte Speicher- und Verteilinfrastruktur bereits vorhanden ist. Wasserstoff kann in das deutsche Erdgasnetz mit seiner bereits enormen und sehr kostengünstigen Speicherkapazität eingespeist werden. Zudem ist  grüner Wasserstoff aus mindestens 80 % Ökostrom im EnWG (und damit der Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV)) dem Biogas gleichgestellt, was die wirtschaftlichen Randbedingungen und die Betriebsflexibilität für eine Wasserstoff-Einspeisung deutlich verbessert.

Wasserstoff-Einspeiseanlage
© Fraunhofer ISE, Foto: Joscha Feuerstein

Wasserstoff-Einspeiseanlage in das Erdgasverteilnetz am Fraunhofer ISE.

Um Power-to-Gas-Anlagen im kommunalen Kontext zu erproben und möglichst wirtschaftlich und systemdienlich betreiben zu können, hat das  Fraunhofer ISE zusammen mit weiteren Partnern das Projekt »Kommunaler Energieverbund Freiburg«A durchgeführt. Dabei wurde eine modular  aufgebaute Wasserstoff-Einspeiseanlage vom Fraunhofer ISE am lokalen Gas-Verteilnetz installiert.

Herzstück der Anlage ist ein Elektrolyseur mit einer elektrischen Anschlussleistung von 120 kW und ein kleiner Wasserstoff-Speicher (der Inhalt entspricht rund 300 kWh chemisch gespeicherter Energie), der eine leichte zeitliche Entkoppelung von Strom- und Gasnetz ermöglicht. Standort, Aufbau und  Steuerung der Anlage sind darauf ausgerichtet, auch künftig als Forschungsplattform zu dienen und neue Erdgas- oder Wasserstoff-Komponenten,  Betriebsstrategien oder gasnetzseitige Innovationen unter Realbedingungen zu testen und zu erproben.

Wasserstoffeinspeisung: Teil von Elektrolyse-Geschäftsmodellen Für die Betriebsführung der Anlage wurden bereits mehrere Betriebsstrategien  entwickelt, in Simulationsumgebungen optimiert und auf die Realanlage übertragen. Der eingesetzten Betriebsführung liegt hierbei die Methode der  modellprädiktiven Regelung zur optimierten Nutzung von Speicher, Einspeisekapazitäten und Day-Ahead-Stromeinkauf zugrunde. Das Betriebsziel ist die  Nutzung von günstigem »überschüssigem« Strom in Kombination mit Anreizen zur Verwertung von lokal erneuerbar erzeugtem Strom, um möglichst  system- und netzdienlich unter Berücksichtigung ökonomischer Randbedingungen zu arbeiten. Die Regelalgorithmen haben die Anlage über mehrere  Monate hinweg gesteuert. Sie zeigten aufgrund eines gleitenden Berechnungshorizonts einen sehr robusten Betrieb und konnten auch  Prognoseabweichungen sowie Störungen und zeitweise Ausfälle von Anlagenteilen gut tolerieren.

Das Gasnetz mit seinen äußerst kostengünstigen Speichern ist ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Mit der Einspeisung in das Erdgasnetz steht  dieser Speicher kleinen und mittleren Wasserstoff-Anlagen auch heute schon bilanziell zur Verfügung. Die Nutzung der Gasnetzeinspeisung als Teil der  Gasvertriebsstrategie ermöglicht es, kostengünstig mehr Flexibilität zu schaffen. Mit der Installation dieser Forschungsplattform kann das Fraunhofer ISE  anwendungsnah weitere Forschung in diesem für die zuverlässige Versorgung mit erneuerbaren Energien wichtigen Bereich durchführen.

A Gefördert vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg durch den beim Karlsruher Institut für Technologie eingerichteten Projektträger