Flexibilitätsoptionen regenerativer Wasserstofferzeugung und -nutzung mittels dezentraler stationärer Metallhydridspeicher und der Integration in Gasnetze (FlexHyX)

Im Projekt FlexHyX (Flexibilitätsoptionen regenerativer Wasserstofferzeugung und -nutzung mittels dezentraler stationärer Metallhydridspeicher und der Integration in Gasnetze) erstellt die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg ein komponentenbasiertes Netzwerkmodell, das ein dynamisches Modell zur Beschreibung eines Metallhydridspeichers beinhaltet und eine effektive Systemintegration in realistische Modellszenarien ermöglicht. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr. Tanja Clees.

Herausforderung

Der massive Ausbau von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) bringt die Verteilnetze an ihre Grenzen. Statt die Lösung des Problems allein auf den Stromsektor zu begrenzen und auf die Kopplung von Stromsektor und Elektromobilität zu reduzieren, wird eine Verzahnung mit dem Gassektor benötigt. Als versprechend gelten dafür Metallhydride, in denen statt Strom gasförmiger Wasserstoff weitgehend verlustfrei über einen langen Zeitraum gespeichert werden kann. Ihr Nachteil sind eine geringe Speicherdichte und bislang noch hohe Kosten. Bisher wurden Metallhydridspeicher nur individuell untersucht und simuliert, ohne deren Anwendung in einem Netzwerk bestehend aus verschiedenen Anlagen zu betrachten. Für eine erfolgreiche Nutzung braucht es daher interdisziplinäre Forschung sowohl für realistische Modellszenarien als auch für eine dynamisch-realistische Modellierung und Analyse von Power-to-Gas-to-Power (PtGtP)-Systemen im Sinne ihres Energiemanagements.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt FlexHyX sollen Produktanforderungen und Potentiale der Netzintegration dezentraler Metallhydridspeicher auf Basis mathematischer Modellbildung und Simulation bestimmt werden. Dafür werden drei unterschiedliche, aber aufeinander aufbauende Modellszenarien entwickelt: die Insellösung Haus und das Industriegelände jeweils als skalierbares Modell sowie das Netzsegment mit einer Verbindung zum Gasnetz und Verbrauchern wie Bus, Bahn oder Industrie. Damit können die technischen und wirtschaftlichen Potentiale eines Metallhydridspeichers aufgezeigt werden. Die Modellszenarien sollen zeitlich und räumlich anhand realistischer Lastprofile und Netzsituationen sowie energiemeteorologischer Daten wie eine wetterbedingte Variabilität der PV-Erzeugung entwickelt und begleitend ökonomisch untersucht werden. Schwerpunkt ist es, die Auslegung der Speicher und ihres Wärmemanagements bezogen auf das jeweilige Szenario zu optimieren.

Innovationen und Perspektiven

Die Neuheit des gewählten voll dynamischen Lösungsansatzes besteht in der integrierten Modellbildung und Simulation von elektrischen, hydraulischen und chemischen Komponenten einschließlich des erforderlichen Wärmemanagements zur Wasserstoffspeicherung und -freisetzung. Zudem stellt diese Systemanalyse und Umsetzung mittels Simulationstools einen neuartigen Lösungsansatz dar, der bisher aufgrund der Komplexität so nicht realisiert wurde. Mit den Ergebnissen eröffnet sich eine aussichtsreiche gasbasierte Alternative zu üblichen strombasierten Wegen der Energiewende. An dieses Projekt können sich weitere Forschungsthemen mit regionalen Partnern, etwa aus HyCologne - Wasserstoff Region Rheinland e.V. (einem Netzwerk für Wasserstoff, Brennstoffzellen und Elektromobilität), wie Inselanwendungen für netzferne E-Ladestationen, Elektromobilität und industrielle Anwendungen anschließen.