Gefördert durch die
Einleitung
Strom aus erneuerbaren Energien steht nur fluktuierend zur Verfügung und kann teilweise nicht abgenommen werden. Hier bietet es sich an, diese sonst „verlorene“ Energie mittels Power-to-X Verfahren z.B. für den Verkehrssektor als Kraftstoff nutzbar zu machen. Insbesondere im Hinblick auf Betankungszeit und Reichweite für Fahrzeuge im überregionalen Verkehr bietet sich die Nutzung von Wasserstoff (H2) oder Erdgas (CNG) an.
Die Erzeugung von Wasserstoff erfolgt mit Hilfe von Elektrolyse, die über geeignete Leistungselektronik Strom aus dem Netz in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. CNG kann über einen weiteren Prozessschrit aus H2 erzeugt werden.
Voraussetzung ist dabei ein hoher Wirkungsgrad des Elektrolyse-Systems. Für den Betrieb mit erneuerbaren Energien muss das insbesondere im Teillastbereich erfüllt sein. Elektrolyseanlagen sollen dabei dezentral entweder an Orten mit großer Menge an „überschüssigem“ Strom oder z.B. im Umfeld von Wasserstofftankstellen ins Stromnetz integriert werden können. Hierbei kommt die Anforderung nach „netzfreundlichem“ Betrieb dazu, so dass möglichst keine Belastung des Netzes durch vom Gleichrichter verursachte Oberschwingungen entsteht.
Ziele
Ziel des NElo-Projektes ist damit einerseits die Ermittlung von Anforderungen an und aus dem Elektrolyseprozess. Hierzu wird der Elektrolyseprozess mit Hilfe eines Forschungselektrolyseurs auf seine Eigenschaften bezüglich Teillast, Einfluss der Eingangsstromform und ggf. Startzeiten untersucht und modelliert. Der Forschungselektrolyseur kann dabei mit Hilfe einer Forschungs-Prozessstromquelle betrieben werden, um den Einfluss verschiedener Gleichrichter und Anforderungen an neue Gleichrichter zu ermitteln. Daraus ergibt sich das weitere Ziel, neue Gleichrichter zu entwickeln, die für größere Leistungen geeignet sind, den Prozess möglichst optimal versorgen und das Netz nicht belasten.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Photovoltaik, Arbeitsgruppe: Elektrische Energiespeichersysteme
Stand des Projektes
Das Projekt ist abgeschlossen. Die im Projekt definierten Forschungsziele, welche das Erforschen von Grundlagen zum Aufbau dezentraler, skalierbar und unter fluktuierender Leistung arbeitender Elektrolysesysteme umfassten, konnten erreicht werden.
Die entsprechenden Meilensteine zur Untersuchung des Elektrolyseprozesses und dessen Modellierung sind mit Hilfe eines Forschungselektrolyseurs behandelt worden. Dieser ist dazu mittels elektrochemischer Impedanz-Spektroskopie (EIS) charakterisiert und mittels Prozessstromquelle (PSQ) bezüglich des Verhaltens verschiedener Gleichrichter und Pulsmuster untersucht worden. Aus den daraus hervorgegangen Prozessuntersuchung sowie parallel ermittelten Netzanschlussbedingungen sind für die weiteren Meilensteine Gleichrichtertopologien zusammengetragen, mittels Simulation evaluiert und aussichtsreiche Varianten mit Demonstratoren erprobt worden.
Insgesamt konnten damit die gesetzten Forschungsziele erfüllt werden.
Ansprechpartner
Jörg Roth-Stielow
Prof. Dr.-Ing.Institutsleiter
David Hirning, M.Sc.
Akademischer Mitarbeiter
[Foto: ILEA]