D3 – Micro Smart Grid EUREF (Twinlab)
1. September 2015
Erster Status-Workshop „Smart Energy Ostdeutschland“
28. September 2015

H2BER2 – Entwicklung und Erprobung von Betriebsstrategien für die H2-Tankstelle am Flughafen BER

Projektzeitraum: 01.01.2015 - 31.12.2016

Im Projekt H2BER ging es darum, die optimale Auslegungen und Betriebsweise für eine Wasserstofftankstelle zu ermitteln. Dafür wurde am zukünftigen Flughafen Berlin Brandenburg (BER) durch die Projektpartner Total, Linde, McPhy und 2G eine konventionelle Tankstelle um den Kraftstoff Wasserstoff (H2) erweitert. Dort können nun neben PKW mit 700 bar-Tank auch 350 bar-Fahrzeuge (PKW und Busse) an eigens errichteten Zapfsäulen tanken.

In diesen Fahrzeugen wird Wasserstoff zusammen mit Luftsauerstoff in einer sogenannten Brennstoffzelle in Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt. Der elektrische Strom kann wiederum einen Elektromotor und somit das Fahrzeug antreiben. So können Schadstoffemissionen vermieden und Lärmemissionen erheblich reduziert werden – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer nachhaltigen Mobilität.

Damit die Emissionen nicht stattdessen bei der Erzeugung von Wasserstoff entstehen, kommt sogenannter "grüner" Wasserstoff zum Einsatz, der direkt vor Ort mit einem Elektrolyseur unter Einsatz von Wasser und erneuerbaren Energien erzeugt wird. Bevor er an ein Fahrzeug abgegeben werden kann, muss der Wasserstoff zunächst in mehreren Stufen auf den erforderlichen Druck verdichtet werden. Zusätzlich sind H2-Zwischenspeicher erforderlich. In diesem Projekt wurden verschiedene Speichertechnologien eingesetzt: Neben Druckspeichern kamen auch erstmals in Deutschland ein sogenannter Feststoffspeicher auf Metallhydrid-Basis zum Einsatz. Der erzeugte Wasserstoff wurde allerdings nicht nur für die Fahrzeugbetankung genutzt, sondern kann auch in einem bivalenten Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Erzeugung von Strom und Wärme verbrannt werden.

Ziel des Projekts war es, die Kosten der Wasserstoffproduktion durch Optimierung der Auslegung jeder Komponente zu senken. Mithilfe der intelligenten Betriebsstrategie konnten die Wasserstoffgestehungskosten in jedem Szenario reduziert werden – insbesondere die Kopplung der Tankstelle an eine Windenergieanlage zeigte deutliche Effekte.

Bilder

Das RLI übernahm im Forschungsprojekt folgende Aufgaben:


  • Wissenschaftliche Leitung
  • Entwicklung und Aufbau eines Simulationsmodells der gesamten Anlage
  • Validierung der einzelnen Tankstellenkomponenten mit Messdaten
  • Entwicklung von Betriebsstrategien, basierend auf dem Simulationsmodell
  • Bewertung der Betriebsstrategie nach technischen, ökonomischen und ökologischen Kriterien
  • Optimierung des Betriebs auf Grundlage des Simulationsmodells
  • Untersuchung von alternativen Strombezugs- und Wasserstoffverwendungsmöglichkeiten sowie optimierten Tankstellentopologien im Rahmen von Szenario-Betrachtungen
  • Entwicklung eines Demonstrators , der das Konzept von Wasserstoffmobilität und das Prinzip der H2-Tankstelle am BER veranschaulicht und interaktiv erfahrbar macht

Nach Abschluss des Forschungsprojekts lassen sich aus RLI-Sicht folgende Ergebnisse festhalten:


  • Die Topologie und Betriebsführung der Wassserstofftankstelle wurde in verschiedenen Szenarien optimiert. Dafür wurden auf Basis bestehender Modelle Simulationstools entwickelt und mit Messdaten validiert.
  • Eine intelligente Betriebsstrategie mit Vorausschau wurde simuliert. Prognosen für Nachfrage, Strompreise und Windenergieverfügbarkeit wurden berücksichtigt.
  • Durch Topologieoptimierung und Anbindung an eine Windenergieanlage konnten die Wasserstoffproduktionskosten um bis zu 18 % gesenkt werden.
  • Die intelligente Betriebsstrategie führt in jedem Szenario zu geringeren Kosten. Insbesondere durch eine Windparkanbindung und durch Regelenergiemarktteilnahme konnten die Wasserstoffproduktionskosten gesenkt werden.
  • Onsite-Elektrolyse hat sich als geeignete Methode erwiesen, um die Tankstelle mit Wasserstoff zu versorgen. Auf Strompreissignale und Windprognosen konnte sehr gut reagiert werden, dadurch wurden Kosten gesenkt.
  • Ein bedeutender Anteil der Wasserstoffproduktionskosten ist auf Umlagen, Steuern und Abgaben zurückzuführen, dadurch ergeben sich trotz Optimierung allgemein hohe Wasserstoffgestehungskosten von mehr als 10 €/kg.
  • Zur Wissensvermittlung wurde ein interaktiver Demonstrator entwickelt und vor Ort aufgebaut, der das Zusammenwirken aller Komponenten darstellt.

Total

Linde AG

McPhy Energy Deutschland GmbH

2G Energy AG

Enertrag AG

Das Projekt wird im Rahmen des NIP ("Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie") durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) gefördert. Es wird koordiniert durch die Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW).

Fabian Grüger, Fabian Möhrke, Reducing wind farm forecast errors and providing balancing energy with a fuel cell / electrolyzer system, European Fuel Cell Conference & Exhibition 2015.

Fabian Grueger, Fabian Möhrke, Martin Robinius, Detlef Stolten, Early power to gas applications: Reducing wind farm forecast errors and providing secondary control reserve, Applied Energy, Available online 12 July 2016, ISSN 0306-2619

Ansprechpartner & Mitarbeiter



Oliver Hoch

+49 (0)30 5304 2009


Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Olaf Bernicke

+49 (0)30 5304 2006


Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Laborleiter