Energie im Container

  • 11. August 2017

Ein Langzeitspeicher mit Wasser­stoff­techno­logie.

Ein weltweit einmaliges System zur kompakten Speicherung großer Mengen an Energie wird am Fraun­hofer-Institut für inte­grierte Systeme und Bau­elemente­techno­logie in Erlangen aufge­baut und in ein modernes Gleich­strom­netz inte­griert. Im Rahmen des Leistungs­zentrums Elektronik­systeme wird damit erforscht, wie ein solcher Energie­speicher zur sicheren und sauberen Energie­ver­sorgung von Industrie­betrieben und größeren Gebäude­komplexen bei­tragen kann. Das neu­artige System soll Maß­stäbe für die lang­fristige Speiche­rung großer Mengen an Energie setzen – und das alles auf extrem wenig Raum. Es befindet sich in einem Stahl­container, dessen Innen­raum voll­ge­packt ist mit Techno­logie, welche die Ein- und Aus­speiche­rung elek­trischer Energie auf Basis eines flüs­sigen Wasser­stoff­trägers ermöglicht.

Energie-Container

Abb.: Der Container umfasst zwei getrennte Abteile, eines für die effi­ziente An­bin­dung ans elek­trische Netz und die Steue­rungs­technik (vorne), das andere für den ver­fahrens­tech­nischen Auf­bau. (Bild: K. Fuchs, Fh.-IISB)

Das Grundkonzept besteht darin, aus überschüssiger elek­trischer Energie, etwa von einer lokalen Photo­voltaik-Anlage, Wasser­stoff zu erzeugen und diesen in einem orga­nischen Träger­stoff sicher und kompakt – auch über längere Zeit­räume – zu speichern. Für die spätere Nutzung kann der Wasser­stoff wieder aus dem Träger­stoff frei­ge­setzt und mit einer Brenn­stoff­zelle in elek­trische Energie umge­wandelt werden. Die Brenn­stoff­zelle wurde bereits im April als erster Haupt­bestand­teil des Energie­speicher­systems in Betrieb genommen. Mit den ein­ge­bauten Kompo­nenten können 25 Kilo­watt an elek­trischer Leistung aus­ge­speichert werden. Das ein­ge­setzte Brenn­stoff­zellen­system beruht auf der Nieder­tempe­ratur-PEM-Techno­logie. Die PEM-Bauweise ermög­licht es grund­sätz­lich, die Brenn­stoff­zelle inner­halb weniger Minuten aus dem aus­ge­schal­teten Zustand heraus in den Betrieb­szustand zu ver­setzen. Schnelle Betriebs­bereit­schaft ist beispiels­weise für die spätere Abdeckung von Last­spitzen in Industrie­betrieben wichtig.

Der zur Wasserstoffspeicherung verwendete flüssige Träger­stoff ist ein Liquid Organic Hydrogen Carrier, kurz LOHC. Die Forscher sehen in der ein­ge­setzten LOHC-Techno­logie großes Poten­zial. Der flüssige Träger­stoff nimmt über eine chemische Reaktion große Mengen an elektro­lytisch erzeug­tem Wasser­stoff auf und kann dann unter üblichen Um­gebungs­bedin­gungen für Druck und Tempe­ratur sicher gelagert werden. Nur unter ganz bestimm­ten Bedin­gungen inner­halb eines chemischen Reaktors kann der Wasser­stoff wieder vom Träger­stoff gelöst werden. Was die Anfor­de­rungen an Lage­rung und Trans­port anbe­trifft, lässt sich der Träger­stoff mit her­kömm­lichem Diesel ver­gleichen – ein großer Vor­teil gegen­über anderen Wasser­stoff­speicher­techno­logien, die meist hohe Drücke oder sehr tiefe Tempe­ra­turen benötigen.

Der Trägerstoff ist in der Industrie übrigens schon weitläufig im Einsatz – dort aller­dings als Thermo­öl für die Behei­zung und Kühlung von Pro­zessen. In der Anwen­dung als LOHC hin­gegen ermög­licht er die wieder­holte Ein­speiche­rung und Frei­setzung von Energie in einem geschlos­senen Kreis­lauf­prozess. Im Gegen­satz zu fossilen Kraft­stoffen wird das LOHC im Prozess nicht ver­braucht, sondern kann immer wieder mit Wasser­stoff be- und ent­laden werden. Im Container können derzeit etwa drei­hundert Liter LOHC gelagert werden, was einer im Wasser­stoff gespei­cherten Energie von fast sechs­hundert Kilo­watt­stunden ent­spricht. Das reicht aus, um den Strom­bedarf eines kleineren Industrie­betriebs über mehrere Stunden zu decken. Über zusätz­liche Tank­behälter lässt sich die gespei­cherte Energie­menge jedoch leicht um ein Viel­faches erhöhen. Somit können beispiels­weise auch größere Betriebe, Rechen­zentren oder Kranken­häuser über längere Zeit­räume ver­sorgt werden.

Mit der neuen Forschungsanlage wollen die Wissenschaftler verschie­denen Fragen auf den Grund gehen: Wie können mit einem LOHC-basierten Energie­speicher­system schwan­kende Energie­erzeu­gungs­verläufe auf­ge­nommen werden, wie sie beispiels­weise bei den vor Ort instal­lierten Photo­voltaik­anlagen vor­kommen? Wie lassen sich der­artige Systeme kompakt in einen einzelnen Container inte­grieren? Und wie lässt sich eine solche Anlage effi­zient in indus­trielle Energie­netze ein­binden? Am Fraunhofer-IISB ist die Anlage an das lokale Gleich­strom­netz ange­bunden. Lokale Gleich­strom­netze ermög­lichen durch die Vermei­dung unnötiger Wand­lungs­verluste von Gleich­strom in Wechsel­strom im Zusammen­spiel lokaler Erzeuger, Speicher und Verbraucher einen effi­zien­teren Betrieb des Gesamt­systems.

„Mit der Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems ist ein erster wichtiger Schritt getan. Nun sind wir gespannt auf die nächsten Ergeb­nisse“, meint Projekt­mit­arbeiter Johannes Geiling. „Ein wichtiger Forschungs­schwer­punkt wird es sein, die am besten geeig­nete Betriebs­weise für das Speicher­system zu finden.” Denn mit der richtigen Betriebs­strategie wird es das LOHC-System ermög­lichen, erneuer­bare Energien unter Gewähr­leistung der Versor­gungs­sicher­heit auch in Industrie­betrieben, mittel­stän­dischen Unter­nehmen oder größeren Gebäude­komplexen und Quartieren stärker einzu­binden und damit den energe­tischen Eigen­ver­sorgungs­grad zu erhöhen.

FG / RK

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