Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEGemeinsam mit Industriepartnern untersuchte das Fraunhofer ISE im Projekt »H2FlottenOptimierung« die technisch und wirtschaftlich optimale Auslegung von Elektrolyseanlagen zur H2-Versorgung von Mobilitätsanwendungen – von der PEM-Elektrolyse über die Betankung eines Fuhrparks von H2-Fahrzeugen bis hin zur Trailerbefüllung. Der Mehrwert für die Branche: Fundierte Auslegungs- und Investitionsentscheidungen für eine zuverlässige und kosteneffiziente H2-Versorgung von Fahrzeugflotten.
Techno-ökonomische Optimierung von H₂-Anlagen zur Versorgung einer Fahrzeugflotte
H2FlottenOptimierung
Wasserstoffbetriebenes Müllfahrzeug an der Wasserstofftankstelle des Fraunhofer ISE.
Ausgangslage
Der Markthochlauf wasserstoffbetriebener Nutzfahrzeuge stellt hohe Anforderungen an eine bedarfsgerechte Wasserstofferzeugung, Speicherung und Betankungsinfrastruktur. Insbesondere bei Flottenanwendungen im Nutzfahrzeugbereich treffen meist ein schwankendes Stromangebot aus EE-Anlagen zur H2-Erzeugung und zeitlich begrenzte Lastspitzen im H2-Bedarf aufeinander. Gleichzeitig beeinflussen Stackdegradation, verschiedene H2-Druckniveaus auf Versorgungsseite (380/500 bar) und eine optimale Integration von PV- oder Netzstrom maßgeblich die Wirtschaftlichkeit. Hier bieten wir ganzheitliche Analysen, die Betrieb, Alterung und Energiesystemintegration über lange Zeiträume abbilden.
.Schematische Abbildung des analysierten Wasserstoffproduktionssystems.
Ziel
Ziel des Projekts war die Entwicklung optimierter Anlagenkonzepte für die Wasserstofferzeugung und -bereitstellung zur Versorgung einer H₂-betriebenen Nutzfahrzeugflotte. Dabei wurden verschiedene Szenarien der PV-Versorgung und des Netzstroms techno-ökonomisch bewertet. Zusätzlich wurden stationäre Batteriesysteme zur Pufferung der Stromerzeugung, Steuerungsstrategien sowie die Alterung von PEM-Stacks über einen Zeitraum von 15 Jahren berücksichtigt, um belastbare Aussagen zu Kosten, Effizienz und Lebensdauer zu ermöglichen.
Lösungsansatz
Am Fraunhofer ISE führten wir eine modellbasierte Analyse und Simulation verschiedener Wasserstoffanlagenszenarien, einschließlich der Trailerbefüllung mit 380 bzw. 500 bar sowie der Betankung einer kommunalen Nutzfahrzeugflotte durch. Untersucht wurden betriebstechnische Konzepte in Kombination mit einer PEM-Elektrolyse. Eine zeitaufgelöste Alterungssimulation bildete die Stackdegradation über einen Zeitraum von 15 Jahren ab und ermöglichte die Bewertung der Systemlebensdauer unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Die integrierte techno-ökonomische Bewertung verknüpfte technische Performance-Indikatoren mit Kostenparametern, um daraus optimale und langlebige Systemkonfigurationen ableiten zu können.
Ergebnisse
Es wurde eine Vielzahl von Anlageszenarien dynamisch simuliert und die jeweilige Wirtschaftlichkeit bewertet. Darauf aufbauend konnten, in Abhängigkeit der jeweiligen Rahmenbedingungen und Annahmen, optimale Anlagenauslegungen identifziert werden.
Konkrete Ergebnisse können aus Gründen der Vertraulichkeit nicht veröffentlicht werden.