Modulares Wasserstoffkraftwerk und Energiespeicher

1. Einführung und Zusammenfassung

Durch den steigenden Anteil regenerativer Energien im Strommix müssen Speichertechnologien entwickelt und eingesetzt werden, um die steigende fluktuierende erneuerbare Energieleistung (EE-Leistung) vollständig nutzen zu können. Mit Hilfe des „Modularen Wasserstoffkraftwerks und Energiespeichers“ ist es möglich, standortunabhängig „überschüssige“ regenerative Energie kurz- oder längerfristig zu speichern und diese bei Bedarf als Grundlast oder als Regelenergie zur Verfügung zu stellen. Das Kraftwerk setzt sich dabei aus drei verschiedenen Modulen zusammen, welche autark voneinander arbeiten können. Im Netz verteilte modulare Kraftwerke können für größere Lasten zu einem virtuellen Großkraftwerk zusammengeschaltet werden. Nach jetzigem Erkenntnisstand ergeben sich wesentliche Vorteile im Vergleich zu Power-to-Gas. Neben dem erhöhten Gesamtwirkungsgrad sind auch die Flexibilität und die Standortunabhängigkeit ausschlaggebend für die Verwendung des „Modularen Wasserstoffkraftwerkes und Energiespeichers“ als netzverteilte Energiespeicherlösung.

Webseite: www.modulares-wasserstoffkraftwerk.de oder www.lohc-kraftwerk.de

2. Das Netzwerk

21 Mitglieder, darunter kleine und mittelständische Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie Großunternehmen, arbeiten übergreifend in dem Netzwerk „Modulares Wasserstoffkraftwerk und Energiespeicher“ zusammen. Eine Auflistung der Netzwerkpartner zeigt die untere Tabelle.
Nr. Unternehmen/ Einrichtung
1 AREVA GmbH
2 BIAZZI S.A.
3 Clariant Produkte (Deutschland) GmbH
4 DLR, Institut für Technische Thermodynamik
5 EMB-Elektromaschinenbau GmbH
6 FH Stralsund
7 FOINEST e.V.
8 Grundgrün Energie GmbH
9 Hydrogenious Technologies GmbH
10 ISLE GmbH
11 KUMATEC GmbH
12 Merkle & Partner GbR
13 POMA Maschinen- und Anlagenbau GmbH
14 Schlemmer Prozess Systeme GmbH
15 SunEnergy Europe GmbH
16 Technische Universität Ilmenau
17 Universität Erlangen-Nürnberg
18 Universität Rostock
19 Völkl Motorentechnik GmbH
20 Wankel SuperTec GmbH
21 EurA Innnovation GmbH

Das Netzwerk wurde am 1. Januar 2013 gestartet. Die EurA Innovation GmbH (http://eurainnovation.de/) aus Zella-Mehlis hat auf Initiative der ersten Partner das Netzwerk gebildet und wurde mit dem Netzwerkmanagement beauftragt. Das Unternehmen verantwortet sowohl das inhaltliche Konzept als auch die Gesamtkoordination aller Beteiligten. Innerhalb des laufenden Jahres wurden bereits mit den Partnern gemeinsam die technischen Vorgaben für die erforderlichen Komponenten erarbeitet und die Grundlagen und Schnittstellen für die anlagentechnische Umsetzung definiert. In den sich anschließenden Arbeitsphasen sollen die einzelnen Komponenten und letztendlich das gesamte Kraftwerk zur Marktreife entwickelt werden. Die Entwicklung der einzelnen Module wird dann anteilig durch die Unternehmen und zu beantragende Entwicklungsprojekte finanziert.

3. Das „Modulare Wasserstoffkraftwerk“

Das Umsetzungskonzept für das modulare Wasserstoffkraftwerk basiert im Wesentlichen auf der Entwicklung von drei Modulen: Modul 1 als Verstromungsmodul, Modul 2 als Speichermodul für Wasserstoff und Modul 3 als Wärmespeicher bzw. Wärmemanagement, welche zusammen ein Kraftwerksblock bilden. Jeder Block kann standortunabhängig in das Stromnetz integriert werden. Durch Zusammenschalten der einzelnen Blöcke (virtuelles Kraftwerk) ergibt sich ein erheblicher Beitrag zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität sowie der Versorgungssicherheit. Dieser modulare Aufbau und das Gesamtziel des Netzwerkes werden in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Abbildung: Aufbau des modularen Wasserstoffkraftwerkes Der über eine Elektrolyse erzeugte Wasserstoff, wird für den kurzfristigen Bedarf als Gas in einem Zwischenspeicher in Modul 1 vorgehalten und gespeichert. Dadurch kann in kurzer Zeit die Anlage hohe Leistungen zur Verfügung stellen, während dessen das Modul 2, der chemische Speicher, anfährt und größere Energiemengen bereitstellt. Durch die Zusammenschaltung mehrerer Blöcke können die Kraftwerke zum Beispiel am Primär- und Sekundärregelkreis der Stromnetze teilhaben und gleichzeitig eine Nennlast zur Verfügung stellen. Die Speicherung sehr großer Energiemengen in sehr kompakter Form wird durch das Modul 2 ermöglicht: Der für den Einsatz entwickelte energietragende Stoff, besitzt eine Energiedichte von etwa 2 kWh je kg. Das Modul 2 ist für die kostengünstige und effektive Energiespeicherung und für die Betrachtung der Gesamtkosten ausschlaggebend. Die Speicherung des LOHCs erfolgt drucklos und ohne spezielle Anforderungen an die Temperatur. Im gebundenen Zustand diffundiert der Wasserstoff nicht aus dem Behälter und die Flüssigkeit kann nicht explodieren. Die Menge des LOHCs ist abhängig vom erwarteten Betriebszustand der Anlage und der notwendigen prognostizierten Regelenergie. Sollte sich beispielsweise aufgrund der größeren Entfernung eines Windparks zu den Verbrauchern eine große Differenz von Erzeugung und netznahem Verbrauch ergeben, könnte das beladene LOHC auch per Tankwagen oder Schiff zum Verbraucher transportiert werden. Das Modul 3 dient dem Wärmemanagement und soll anfallende Abwärme speichern und sie dem Verbraucher zur Verfügung stellen. Auch hier ist der modulare Ansatz wichtig, denn die Energiemenge wird durch den angeschlossenen Speicher bestimmt.

4. Vergleich und Vorteile

Das Modulare Wasserstoffkraftwerk unterscheidet sich in wesentlichen Punkten zu ähnlichen Energiespeicherkonzepten, wie zum Beispiel dem „Power-to-Gas“ -Methanisierung von „regenerativem“ Wasserstoff. Dabei können folgende Vorteile herausgestellt werden:
  1. Absolute Standortunabhängigkeit: Es wird nur eine Energiequelle (Strom) benötigt. Ein Werk zur CO2 Erzeugung (dazu rein und hochkonzentriert) und eine Gasleitung oder große Salzkavernen sind nicht notwendig. Dadurch ergibt sich eine offene netzverteilte Lösung, ohne an weitere Bestimmungen, wie von einem Gasnetzbetreiber, gebunden zu sein.
  2. Es besteht darüber hinaus eine vollständige Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen zur laufenden Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie. Da Speicherkonzept bzw. die Technologie ist intrinsisch und benötigt neben der regenerativen Energie keine anderen, verbrauchenden Energieträger.
  3. Die angestrebte Energiedichte im Speicher entspricht ca. 2MWh pro Kubikmeter. Damit lassen sich sicher und drucklos Energiemengen speichern, die der Kapazität von Pumpspeicherkraftwerken entsprechen.
  4. Der modulare Aufbau des geplanten Kraftwerkes lässt eine höhere Flexibilität (Standortwahl, Leistungsgröße, Fahrweise) und eine preiswertere Skalierung zu. Über die Struktur der Blöcke kann auf die Standorte entsprechend Rücksicht genommen werden, zum Beispiel durch:
    1. die Größe des Speichers
    2. den Einsatz als (Leistungs-)Senke und/ oder Quelle (flexible Fahrweise)
    3. die mögliche Auskopplung von Wärme

Diese Vorteile führen zusammenfassend im Vergleich zu anderen Energiespeicherkonzepten zu einem breiteren Marktzugang des modularen Wasserstoffkraftwerkes und Energiespeichers. Innerhalb des Netzwerkes wird für die Umsetzung des Wasserstoffkraftwerkes nach geeigneten Standorten gesucht und mit den zuständigen Interessensvertretern zusammengearbeitet, um effektiv die Energiewende mit zu gestalten. Als einen dieser Standorte ist Peenemünde mit seinen vielversprechenden Voraussetzungen prädestiniert

www.modulares-wasserstoffkraftwerk.de
www.lohc-kraftwerk.de