Erfolgreiche erste Versuchsreihen mit der alkalischen Druckelektrolyse-Anlage
In Cottbus sind in den vergangenen Monaten erste Versuchsreihen mit der alkalischen Druckelektrolyse-Anlage des Wasserstoff-Forschungszentrums erfolgreich verlaufen. Wissenschaftler im Forschungsteam von Christine Tillmann am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik von Prof. Hans-Joachim Krautz der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) veränderten bis zu einem maximalen Druck von 58 bar die primären Prozessparameter wie Stromdichte, Betriebstemperatur, Betriebsdruck und Umwälzrate der Elektrolytpumpe und testeten das Überlastverhalten.
Die Ergebnisse der begleitend durchgeführten, modellgestützten Untersuchungen werden anhand der experimentellen Versuchsergebnisse validiert. Sie bilden die Basis für die Auslegung von großtechnischen Anlagen. In den folgenden Versuchskampagnen ist die Erprobung der Versuchsanlage mit realen, historischen Windleistungsdaten eines Verbunds von Windkraftanlagen vorgesehen. Diese Daten werden vom Projektpartner ENERTRAG zur Verfügung gestellt und entsprechend der Leistung des Druckelektrolyseurs über einen Skalierungsfaktor angepasst.
Verbundprojekt „Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energien“
Die Forschungsarbeiten erfolgen im Rahmen des von der InvestitionsBank des Landes Brandenburg (ILB) geförderten Verbundprojektes „Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energien“ (siehe unten), in dem die BTU Cottbus und die ENERTRAG AG als Projektpartner mit dem Ziel zusammenarbeiten, wie erneuerbare Energien gespeichert und bedarfsgerecht ins Netz integriert werden können. Die Speicherung von Überschussenergie erfolgt über die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Dieser Einsatz von Elektrolyseuren ist ein Instrument zur Lastregelung und stellt besondere Anforderungen an die Komponenten der Anlagenkonfiguration, insbesondere hinsichtlich höherer Laständerungsgradienten sowie Überlast- und Teillastfähigkeit, welche ebenfalls im Rahmen des Projektes untersucht werden.[nextpage]
Wasserstoff-Forschungszentrum
Das Wasserstoff-Forschungszentrum vereint Equipment für viele wissenschaftliche Untersuchungen auf dem Gebiet der Wasserstofftechnologie unter einem Dach. Der Wasserstoff-Versuchsstand umfasst eine alkalische Druckelektrolyse-Anlage mit einer Wasserstoffproduktionsleistung von 20 Nm³/h (maximale Produktionsleistung bei Überlast 30 Nm³/h), den Einzel-Zellversuchsstand sowie den Komplexversuchsstand Regenerative Energien.
Damit wird es dem Forscherteam möglich, das Elektrolysesystem als Lastregelungskomponente zu erproben und zu optimieren. Neben der Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse zählt die Wasserstoffspeicherung und die Umwandlung von Wasserstoff in Elektroenergie zu den zukunftsweisenden Themen der Energieforschung. Mit dem Equipment und dem Forscherteam am Wasserstoff-Forschungszentrum der BTU Cottbus kann so auch ein Beitrag zur Umsetzung der Energiewende geleistet werden.
Verbundprojekt „Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energien“
Die Bundesregierung verfolgt das Ziel, im Jahr 2050 den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung auf 80% zu erhöhen. Im Jahr 2011 lag der Anteil bereits bei 20% (Vergleich 2010, 17%). Um diesen hohen Anteil erneuerbarer Energien in das Netz zu integrierenen und damit den Stromdarf vom Angebot zu entkoppeln, werden große Speicherkapazitäten benötigt. Eine Möglichkeit der Speicherung ist die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Hierbei wird der Überschuss elektrischer Energie in chemische gewandelt.
Startschuss für das von der Investionsbank des Landes Brandenburg (ILB) geförderten Verbundvorhaben „Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativer Energien“ der BTU Cottbus und der ENERTRAG AG aus Prenzlau fiel mit dem Projektstart am 01.01.2010.[nextpage]
Teilprojekt der BTU Cottbus
Die BTU Cottbus baut im Rahmen ihres Teilprojekts die notwendigen personellen und technischen Ressourcen für die Forschung und Entwicklung an der nächsten Generation von alkalischen Druckelektrolyseanlagen auf. Untersucht werden soll das Elektrolysesystem in Hinblick auf den Einsatz als Komponente zur Energiespeicherung und Stromnetzregelung in Hinblick auf den starken Ausbau regenerativer Energien. An dem Teilprojekt der BTU Cottbus sind die Lehrstühle Kraftwerkstechnik und Anlagen- und Sicherheitstechnik beteiligt.
Der Schwerpunkt des Teilprojektes der BTU Cottbus liegt auf der Komplexerprobung und Optimierung der Schlüsselkomponente des Hybridkraftwerks, dem Elektrolyseur inklusive der Nebenanlagen. Der Einsatz des Druckelektrolyseurs als Netzregelkomponente stellt neue Anforderungen an die Technologie und das System, unter anderem im Bereich des Last- (Teil- und Überlast) und Dynamikverhaltens. Die erforderlichen theoretischen sowie experimentellen Untersuchungen im Druckbereich bis zu 60 bar werden im Wasserstoff-Forschungszentrum an der BTU Cottbus durchgeführt. Der installierte Druckelektrolyseur hat eine maximale Produktionsleistung von 30 Nm³ Wasserstoff pro Stunde.
Die Elektrolyseanlage umfasst neben dem Elektrolyseur folgende Nebenanlagen:
• Trafo, Gleichrichter
• Gasreinigung- und Trocknung
• Speisewasseraufbereitung
• Kühlung
• Stickstoffversorgung
• Speicher
Teilprojekt der ENERTRAG AG
Die ENERTRAG hat innerhalb des Verbundprojektes ein Hybridkraftwerk bei Prenzlau aufgebaut, welches die Kopplung von Wind, Wasserstoff und Biogas erprobt. Kernstück der Anlage ist ein alkalischer Elektrolyseur mit einer Produktionsleistung von 120 Nm³ Wasserstoff pro Stunde. Der in drei Windturbinen erzeugte Strom wird anteilig zur Herstellung von CO2-freiem Wasserstoff eingesetzt. Dieser wird gespeichert und kann in Zeiten hoher Nachfrage bei gleichzeitig geringem Windenergieangebot in einem Wasserstoff-Biogas-BHKW zur Strom- und Wärmeproduktion genutzt werden.
Das ENERTRAG-Hybridkraftwerk soll im Betrieb den praktischen Nachweis erbringen, dass eine sichere und nachhaltige Energieversorgung auf Basis von Erneuerbaren Energien – speziell der Windenergie – möglich ist. Diese Technologie bietet die Möglichkeit für die langfristige, an der Nachfrage orientierte Vermarktung Erneuerbarer Energie und ihren Einsatz als sogenannte Regelenergie. Diese Regelenergie wird stets für den Ausgleich von Bedarfs- und Angebotsschwankungen im Stromnetz benötigt. Darüber hinaus eröffnet sich mit dem Direktabsatz von Wasserstoff in Industrie und Verkehr ein weiterer wirtschaftlich und technologisch attraktiver Markt.
Funktionen des Hybridkraftwerks:
• Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe der Elektrolyse
• Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie
• Vergleichmäßigte Energieabgabe an das elektrische Einspeisenetz
• Erhöhung der Prognosesicherheit der Energieabgabe ins elektrische Einspeisenetz[nextpage]
Komplexversuchsstand „Regenerative Energien“
In Lehre und Forschung vertritt der Lehrstuhl Kraftwerkstechnik (LS KWT) der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus schwerpunktmäßig die Entwicklung neuer Technologien zur effizienten und umweltfreundlichen Wandlung in elektrische und thermische Energie sowohl auf Basis fossiler Energieträger als auch aus regenerativen Energiequellen.
Die verstärkte Ausrichtung in der universitären Lehre und in der Forschung auf regenerative Energien erfolgt konform zu den aktuellen politischen Vorgaben auf nationaler und europäischer Ebene. Mit dem Aufbau des Komplexversuchstandes im Rahmen des Konjunkturpaketes II am Lehrstuhl Kraftwerkstechnik, in dem zahlreiche Komponenten zur Nutzung der regenerativen Energien in ein Energiemanagementsystem zusammengeführt werden, um so die Studierenden mit den neuesten Technologien und Anlagentechniken praxisnah vertraut zu machen.
Das Konzept ist so ausgerichtet, dass demonstriert werden kann, wie die verschiedenen Komponenten bzw. Module zusammenwirken, um autarke Energieversorgungssysteme mit Einspeiseoption oder als Insellösungen aufbauen zu können.
Feldkomponenten (outdoor)
• Photovoltaik-Anlagen (stationär und mit Nachführung)
• Solarthermie-Anlage
• Kleinwindenergieanlage (DELA-Rotor)
• Wetterstation
Laborkomponenten (indoor)
• H2-Anlage mit Elektrolyseur und Brennstoffzelle
• Energiespeicher und elektr. Verbraucher
• Mess- und Steuerungsmodul mit Visualisierung auf PC
• Brennstoffzelle / Elektrolyseur für die Lehre
• Modell Windenergieanlage
->Quelle: tu-cottbus.de; chemie.de; kwt-cottbus.de; www.kwt-cottbus.de/ueber uns