Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | November 2012 - Oktober 2015 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms NIP |
| Kooperationspartner: | E.ON Gas Storage GmbH, Hydrogenics GmbH, Solvicore GmbH & Co. KG, DLR |
Kompaktes 1 MW-PEM-Wasserelektrolyse-System – Regenerativer Wasserstoff für Mobilität und Energiespeicherung
Betriebsführung von Eletrolyseuren in Power-to-Gas-Systemen
Abb. 1: Zur Datenvalidierung unserer Modelle vermessen wir Laborsysteme oder nutzen Daten von Feldtestanlagen.
Abb. 2: Dynamisches Verhalten einer PtG-Anlage mit PEM-Druckelektrolyseur, der dem Leistungsprofil (orange) einer Photovoltaikanlage im Tagesgang folgt.
Wasserstoff ist ein vielversprechender Sekundärenergieträger, der künftig für ein breites Anwendungsspektrum genutzt werden kann. Da er großtechnisch und CO2-neutral durch elektrolytische Wasserspaltung hergestellt werden kann, stellen Elektrolyseure eine Schlüsselkomponente im sogenannten Power-to-Gas- (PtG-) Konzept dar. Die Integration solcher Wasserstoffgeneratoren in die Energiewirtschaft erfordert ein grundlegendes Verständnis dieser Anlagen. Durch stationäre und dynamische Systemsimulation bilden wir das Betriebsverhalten verschiedener Elektrolyseure und Power-to-Gas-Anlagen realitätsnah ab und untersuchen so technische und ökonomische Szenarien zur Betriebsführung und Systemintegration.
Durch den stetigen Ausbau erneuerbarer Energien steigt der Bedarf nach Möglichkeiten zur flexiblen und sicheren Regelung der elektrischen Verbundnetze und der Speicherung der elektrischen Energie. Das Power-to-Gas-Konzept verbindet den Ansatz des aktiven Last- und Erzeugungsmanagements mit der Idee, Strom aus erneuerbaren Energien in Form von chemischer Energie zwischenzuspeichern. In Zeiten großen Angebots wird elektrischer Strom in Elektrolyseuren zur Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff verwendet. Der erzeugte Wasserstoff kann vor Ort zwischengespeichert werden und / oder in ein Gasleitungsnetz eingespeist werden, um dann später nach Bedarf in verschiedenen Anwendungen (z. B. Mobilität, Rückverstromung, chemische Industrie) eingesetzt zu werden.
In Abb. 2 ist exemplarisch das dynamische Verhalten einer PtG-Anlage (Gleichrichter, Elektrolyseur, Gasreinigung und -trocknung, Kompressor, Pufferspeicher und Einspeiseventil), die dem Einspeiseprofil einer PV-Anlage folgt, dargestellt. Der hier simulierte PEM-Druckelektrolyseur kann problemlos dem Tagesgang der PV-Anlage folgen. Der Zwischenspeicher wird benutzt, um die Wasserstoffeinspeisung der Ganglinie der Erdgasleitung anzupassen. Mit Hilfe des Simulationstools sind wir in der Lage, eine umfangreiche technologische Bewertung durchzuführen sowie auch eine Grobdimensionierung solcher Anlagen vorzunehmen. In weiteren Arbeiten wird die technische Simulation mit Marktmodellen verknüpft, um so verschiedene Geschäftsmodelle betrachten und evaluieren zu können.