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Stofflicher Speicher
BMWi
ENABEL: PEM-Elektrolyse 12.4.2017

Die Zukunft auf einen Blick
© GP Joule

Stromlückenfüller der Megawattklasse

Im Projekt „Stromlückenfüller“ realisieren Forscher ein Power-to-Gas-to-Power-Konzept zur mittel- bis langfristigen Zwischenspeicherung von überschüssigem Solar- und Windstrom in Form von Wasserstoff. Für die Umwandlung entwickeln die Forscher ein PEM-Elektrolyse-Stack für eine Nenn-Eingangsleistung von einem Megawatt. In Kombination mit einem Wasserstoffspeicher und der Biogastechnologie entsteht so ein effizientes Speichersystem.

Projektstatus Kurz vor Fertigstellung
Typische Anlagengröße Energie 500 bis 4000 MWh
Typische Anlagengröße Leistung 0,2 bis 1,0 MW
Energiedichte volumetrisch 3 Wh/l
Energiedichte gravimetrisch 33.000 Wh/kg
Wirkungsgrad AC/VN H2 70 %
Projektlaufzeit Juli 2013 bis Juli 2017

Der Stromlückenfüller ermöglicht als Energiespeicher eine zeitliche Verzögerung der Bereitstellung der elektrischen Leistung und gleicht damit die Abweichung von Angebot und Nachfrage aus. Das von den Projektpartnern GP Joule, H-TEC SYSTEMS und North Tec ins Leben gerufene Projekt setzt sich die Entwicklung eines massenfertigungstauglichen PEM-Druckelektrolysestacks und des dazugehörigen Druckelektrolyseurs als Ziel. Der Strom wird aus erneuerbaren Energien bezogen und der Druckelektrolyseur wird an eine bestehende Biogasanlage angeschlossen. Ein geeignetes Betriebskonzept für den Stromlückenfüller wird parallel entwickelt. Das Projekt einschließlich der Testphase soll bis 2016 abgeschlossen sein.

  • Schema Stromlückenfüller © GP Joule
  • Die Theorie in der Praxis © GP Joule
  • Stromlückenfüller - der Name ist Programm © GP Joule
  • Aufbau Elektrolyseur © H-tec Systems
  • Schema PEM-Zelle © H-tec Systems
  • Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff © GP Joule, H-tec Systems, North Tec
  • Die Zukunft auf einen Blick © GP Joule

In einer weiteren Phase wird die Peripherie des Elektrolyseurs projektiert. Dazu gehören beispielsweise der Anschluss an eine Biogasanlage, die Anlagensteuerung oder die Integration eines Wasserstoffspeichers. Alle Komponenten vereint ergeben dann das Kombikraftwerk. Parallel zur technischen Entwicklung wird das Betriebskonzept der Gesamtanlage entworfen. Hierfür bieten sich viele Möglichkeiten der Strombeschaffung und -vermarktung an, die untersucht werden. Bis Ende 2015 soll die Entwicklung des Kombikraftwerks sowie des Betriebskonzepts abgeschlossen sein. Mit dem Beenden eines weiteren Meilensteins wird der Stromlückenfüller dann im Jahr 2016 getestet.

Das primäre Ziel des Stromlückenfüller-Projekts ist die Entwicklung eines Megawatt-PEM-Stacks (Protonen-Elektrolyt-Membran). Im Stack findet die PEM-Elektrolyse statt, bei der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Der Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger. Der Sauerstoff kann ebenfalls stofflich wie auch energetisch genutzt werden. Das Wasser wird im Stack nicht vollständig umgesetzt, sondern fungiert gleichzeitig als Kühlung. Nicht umgesetztes Wasser sowie Wasser aus der Wasserstofftrocknung wird in dem Prozesswasserkreislauf zurück- und erneut dem Stack zugeführt.  Die Abwärme des Stacks kann in örtlichen Nahwärmenetzen verwendet werden. Ein Einsatz von giftigen oder anderweitig gefährlichen Betriebsmitteln ist somit nicht erforderlich.

PEM-Elektrolyse birgt Potenzial

Die Technologie der PEM-Elektrolyse birgt als Kernelement des Power-to-Gas-to-Power-Konzepts ein immenses Potenzial als Mittel- und Langzeit-Energiespeicher der Zukunft. Das Prinzip der Elektrolyse ist seit vielen Jahren bekannt. Die Anwendung als Energiespeicher ist jedoch neu und birgt Herausforderungen. Die PEM-Elektrolyse hat den großen Vorteil gegenüber anderen Elektrolysearten, dass sie unmittelbar auf Laständerungen reagiert, keine gefährlichen oder toxischen Betriebsmittel verwendet, mit Druck betrieben werden kann und kaltstartfähig ist - das sind gute Voraussetzungen für einen Energiespeicher. Ein hohes Optimierungspotenzial wird in der mechanischen und elektrochemischen Lebensdauer gesehen. Sie ist auch der Schlüssel für eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.

Projektstatus

Das Projekt "Stromlückenfüller" befindet sich in der Phase der Stackentwicklung. Hierbei sollen Stacks entwickelt werden, die eine Aufnahmeleistung von bis zu einem Megawatt aufweisen. Mit leichtem zeitlichem Versatz entsteht parallel dazu die Peripherie des Stacks - gemeinsam bilden sie den Elektrolyseur.

Teilvorhaben

Der Verbundkoordinator des Projekts, GP Joule, ist Projektierer, Planer, Generalunternehmer und Betreiber von Windkraftanlagen, Photovoltaik-Freiflächenanlagen und Biogas-Blockheizkraftwerken (Biogas-BHKW) und übernimmt die Betriebskonzeption des Kombikraftwerks mit dem Megawatt Elektrolyseur und der bestehenden Biogasanlage als zentrale Einheit. Schwerpunkte sind der wirtschaftliche Strombezug und die Stromvermarktung sowie die Untersuchung des rechtlichen Rahmens. Zudem verantwortet das Unternehmen den Testbestrieb der Anlage.

Das Unternehmen H-TEC ist Hersteller von PEM-Elektrolyseuren und PEM-Brennstoffzellen. Es entwickelt seit 1997 Wasserstofftechnologie für Schulen, Berufsschulen und Hochschulen sowie seit 1999 PEM-Elektrolyseure mit Leistungen im kW-Bereich. Für das Projekt übernimmt es deshalb die Entwicklung und den Bau des 1 Megawatt PEM-Stacks.

North Tec agiert vorwiegend als „Problemlöser“ im Bereich Biogasanlagen. Kerngeschäft sind Sonderlösungen in allen Bereich der Anlage und deren angegliederten Bereichen. North Tec entwickelt, plant und realisiert kundenspezifische, "Taylor made" Biogasanlagen. Für das Projekt übernimmt North Tec aufgrund dessen die Entwicklung des Kombikraftwerks mit der Elektrolyseeinheit sowie der bestehenden Biogasanlage und einem Wasserstoffspeicher. Am Unternehmenssitz von GP Joule in Reußenköge verantwortet North Tec desweiteren den Bau eines Prototyps.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

29. November 2017
RENEXPO® PV & StromSpeicher

5. Dezember 2017
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24. Januar 2018
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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.