12
Juni 2023
PoWerD
Projektbeschreibung und Ziele
PoWerD besteht aus einem Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Universitäten und Industrie.
Das primäre Ziel des Projektes ist die Erstellung und Veröffentlichung eines Potenzialatlas, der geeignete Standorte für PtH2-Anlagen in Deutschland ortsaufgelöst darstellt und bewertet. Hier wird das Ziel verfolgt, Standorte nicht nur auf Grundlage eines regionalen Wasserstoff Bedarfs zu ermitteln. Die Eignung der Standorte hängt auch von den Fragen ab:
Welchen Beitrag kann die Elektrolyse zur Entlastung der Stromnetze leisten?
Wie lassen sich Koppelprodukte aus der Elektrolyse sinnvoll nutzen: Sauerstoff und Abwärme?
PoWerD
Motivation
Power-to-Hydrogen (PtH2) ist nach heutigen wissenschaftlichen Erkenntnissen ein elementarer Baustein der Sektorenkopplung und das zu ermittelnde Potenzial für eine erfolgreiche Energiewende, die in diesen Tagen immer mehr an Bedeutung gewinnt, unerlässlich. Nachdem in den vergangenen Jahren das Design und die Auslegung von PtH2-Anlagen im Fokus der Forschung standen, wird nun die Frage beantwortet, wo die Anlagen am wirtschaftlichsten betrieben werden können. Denn eine aufwändige Standortsuche verzögert die Umsetzung von Projekten, bremst den Umbau des Energiesystems aus und stellt so wirtschaftlich agierende Akteure vor eine schwer lösbare Aufgabe.
Hier setzt PoWerD an und wird genau auf diese Punkte zukünftig mittels eines online verfügbaren Tools, in Form eines Atlas, eine Antwort finden. Es wird deutlich, dass sowohl die Stromnetzsituation als auch die Nutzungspfade des Wasserstoffs in Mobilität oder Industrie und auch die Nutzungspfade der Koppelprodukte für das Potenzial eines PtH2-Anlagen-Standorts relevant sind. Für einen systemdienlichen, flächendeckenden Ausbau von PtH2-Anlagen und deren wirtschaftlichen Betrieb ist die Wahl des geeigneten Standorts somit von großer Bedeutung. Dieser Aufgabe eines integrierten Systemansatzes widmet sich das hier beantragte Projekt.
Die Ergebnisse werden in dem entwickelten Atlas dargestellt.
Errichter und Betreiber von PtH2-Anlagen haben möglichst geringe Wasserstoffgestehungskosten zum Ziel, um damit die Wirtschaftlichkeit eines Projekts zu verbessern. Die Strombezugskosten haben darauf einen erheblichen Einfluss und können durch die Wahl des Anlagenstandorts nennenswert beeinflusst werden. So kann zum Beispiel die unmittelbare Nähe zu einem Windpark Netzentgelte reduzieren und die Wasserstoffgestehungskosten senken. Ebenso haben die Transportkosten des Wasserstoffs zum Endkunden einen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und steigen in Abhängigkeit der Distanz zwischen dem Ort der Erzeugung und dem Ort des Verbrauchs. Es liegt somit ein Standort-Optimierungsproblem vor.
Aus Sicht von Stromnetzbetreibern bzw. Energieversorgern können PtH2-Anlagen einen erheblichen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Reduzierung von Redispatch- bzw. Einspeisemanagementmaßnahmen leisten. Durch Errichtung einer PtH2-Anlage an einem neuralgischen Netzknotenpunkt kann diese durch eine gezielte stromnetzdienliche Fahrweise eine zusätzliche flexible Last schaffen. Die könnte durch eine anzustrebende Vergütung der Netzdienlichkeit die Wirtschaftlichkeit der PtH2-Anlagen verbessern.
Eine Möglichkeit zur Erhöhung des Stromnutzungsgrades und zur Generierung weiterer Einnahmen für eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von PtH2-Anlagen, kann sich durch die zusätzliche Nutzung der Koppelprodukte Sauerstoff und Abwärme ergeben. Durch die Nutzung von Abwärme aus der Elektrolyse, beispielsweise in Wärmenetzen, kann die Wirtschaftlichkeit von PtH2-Anlagen verbessert werden. Hierfür ist jedoch eine räumliche Nähe zwischen Wärmebedarf und Elektrolyseanlage erforderlich. Eine Standortmöglichkeit für Wasserstofferzeugungsanlagen sind Kläranlagen. Unter anderem wird aufgrund neuer Anforderungen auf Kläranlagen verstärkt die Nachrüstung einer sogenannten vierten Reinigungsstufe zur Eliminierung von Spurenstoffen erforderlich, wofür aus Sauerstoff erzeugtes Ozon eingesetzt werden kann. Zudem sind Kläranlagen flächendeckend über Deutschland verteilt und bieten nicht nur in großen Ballungszentren die Möglichkeit der Nutzung der Koppelprodukte.
Wer wir sind
Projektpartner
Fraunhofer ISE
Das Fraunhofer ISE ist mit seinen ca. 1.400 Mitarbeitern das größte Solarforschungsinstitut Europas. Die Arbeit des Institutes reicht von der Erforschung der naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen der Solarenergienutzung über die Entwicklung von Prototypen bis hin zur Ausführung von Demonstrationsanlagen. Das ISE ist in PoWerD mit zwei Abteilungen vertreten.
Die Abteilung „Chemische Energiespeicherung“ als Teil des Geschäftsbereichs Wasserstofftechnologien beschäftigt sich mit der Fortentwicklung der Elektrolyse und deren Anwendung in Power-to-Gas-Anlagen. Das Team „Power-to-Gas“ analysiert mit Hilfe der kontinuierlich entwickelten Simulationstool-Box H2ProSim seit 2012 die Konzeptionierung, Dimensionierung und den Betrieb von Elektrolyseanlage im industriellen Maßstab. Durch die jahrelange Bewertung von Betriebsstrategien und Geschäftsmodellen von PtH2-Anlagen verfügt FhG-ISE-CES über umfangreiche Erfahrungen in Bezug auf Standorteinflussfaktoren.
Die Abteilung “Intersektorale Energiesysteme und Netze” des FhG-ISE-ENE thematisieren in ihren Projekten die Integration innovativer Energieerzeugungs- und Speichertechnologien in den Stromnetzbetrieb auf unterschiedlichen Spannungsebenen und gleichzeitig die Anwendung von Methoden der Digitalisierung für Netzplanungs- und Netzbetriebsprozesse. In unterschiedlichen thematisch an dieses Projekt angrenzenden Gebieten hat die Abteilung in den vergangenen Jahren eine große Expertise aufgebaut.
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Das Institut Wasser Infrastruktur Ressourcen (WIR) der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität (RPTU) besitzt langjährige Forschungserfahrungen in der Verbesserung der Reinigungsleistung von Kläranlagen, der Anpassung von Verfahren der Abwasserentsorgung, der Entwicklung innovativer Konzepte zur Abwasserreinigung sowie der Steigerung der Energieeffizienz von Kläranlagen. Im Umfeld der Energiewende und Einbindung der Elektrolyse auf Kläranlagen weist das Team aus mehreren Projekten umfassende Erfahrung auf.
Hochschule Flensburg
Die Hochschule ist Teil des Zentrums für nachhaltige Energiesysteme (ZNES), welches sich die Erforschung, Entwicklung und Implementierung dauerhaft umwelt- und klimaverträglicher Energiesysteme und Energietechnologien zum Ziel gesetzt hat. Am ZNES wurden bereits verschiedene Open-Source-Modelle zur Energiesystemanalyse (mit-)entwickelt und angewandt. Hierzu zählt zum einen ein hochaufgelöstes Open-Data-Modell des elektrischen Netzes in Deutschland. Zum anderen hat die Hochschule maßgeblich zu der Entwicklung des Open-Source-Tools eTraGo beigetragen, welches die technisch-ökonomische Optimierung von Netz- und Speicherausbau in der Höchst- und Hochspannungsebene ermöglicht.
Green Planet Energy eG
Green Planet Energy eG verfügt über langjährige Erfahrungen in den Bereichen der Projektierung, Bau und Betrieb von PtH2-Anlagen. 2011 wurde das Gasprodukt proWindgas, ein Gasgemisch aus Biogas, Wasserstoff und Erdgas, eingeführt, welches durch einen Fördercent die Einführung der Power-to-Gas-Technologie unterstützt. Seit 2016 betreibt Green Planet Energy eG gemeinsam mit dem Stadtwerk Haßfurt ihren ersten eigenen Elektrolyseur. Das gemeinsam mit dem Unternehmen Energie des Nordens zweite realisierte Elektrolyseurprojekt befindet sich in Haurup.
Dabei wird bei allen PtH2-Projekten ein hoher Wert auf eine energiewendedienliche Fahrweise der PtH2-Anlagen gelegt. Energiewendedienlichkeit bedeutet, dass die Integration der fluktuierenden Erneuerbaren Energien in den Stromsektor technisch und marktlich durch die Fahrweise des Elektrolyseurs unterstützt wird. Zusätzlich ist die Verwendung der Koppelprodukte Sauerstoff und Abwärme ein wichtiger Baustein eines effizienten Elektrolyseurprojektes.
PLANET – Planungsgruppe für Energie und Technik GbR
PLANET ist seit über 35 Jahren als Ingenieurbüro im Bereich der effizienten Bereitstellung und Nutzung von Energie tätig. Dazu gehören seit mehr als 20 Jahren Projekte zur Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff, insbesondere im Mobilitätssektor. Das Unternehmen war bzw. ist z. B. an allen großen europäischen Projekten zur Demonstration/Kommerzialisierung von Brennstoffzellenbussen und deren Wasserstofftankstellen beteiligt (seit 2001).
Aus diesen Aktivitäten besitzt PLANET umfangreiche Kenntnisse in den Bereichen Auswertung von Betriebsdaten, Technologievalidierung/Benchmarking, Dokumentation von Projekterfahrungen und „Best Practices“ und ist entsprechend gut mit den relevanten Akteuren vernetzt. Gute Kontakte im Bereich Schienenverkehr sind ebenso vorhanden.
Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) e.V.
Der Deutsche Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) e.V. setzt sich seit über 25 Jahren für investitionssichere Rahmenbedingungen für den Hochlauf einer grünen Wasserstoff-Marktwirtschaft Deutschlands und der EU ein. Im Mittelpunkt der Aktivitäten des Verbands standen und steht auch zukünftig die Begleitung der Entwicklung einer Wasserstoff-Marktwirtschaft für eine emissionsarme, wirtschaftliche und versorgungssichere erneuerbare Energieversorgung.
Mit seinen über 170 juristische und 424 persönliche Mitglieder repräsentiert der DWV die gesamte Vielfalt der Wirtschaft entlang der H2-Wertschöfpungskette. Gemeinsam mit unseren Mitgliedern entwickeln wir Lösungsvorschläge für die erforderlichen marktwirtschaftlichen, technologischen und ordnungsrechtlichen Rahmenbedingungen für Anlagenbau, Erzeugung, Transportinfrastruktur und Anwendungstechnologien und bringen diese in den politischen sowie gesellschaftlichen Gestaltungsprozess ein.
Der DWV ist der anerkannte Fachverband, der die gesamte Wertschöpfungskette - also vom Anlagenbau, der erneuerbaren Energieerzeugung, dessen Umwandlung in Wasserstoff, der Speicherung, dem Transport bis hin zur Anwendung in allen Bereichen - gegenüber Politik und Ministerien vertritt.
greenventory
greenventory ist ein Spin-off des Fraunhofer ISE und KIT, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, die Energiewende in die Städte zu bringen. Hierfür bietet greenventory den zentralen Akteuren im Energiesektor die benötigte Daten- und Entscheidungsgrundlage. Zu den Dienstleistungen gehören die Zusammenführung, Plausibilisierung und Interpretation zahlreicher Datensätze mit dem Ziel einer digitalen Inventarisierung des kundenspezifischen Energiesystems. Ein Fokus liegt hierbei auf der Analyse des Wärmesektors. Im Rahmen des Projekts kommt das am KIT entwickelte RE³ASON Tool zum Einsatz. Darin kann der Strom-, Wärme und Mobilitätsbedarf gebäudescharf abgebildet werden.