Upscaling in neue Leistungsklassen – aber sicher!
Der Markthochlauf des Grünen Wasserstoffs benötigt verlässliche, sichere und kostenoptimierte Systeme und Komponenten entlang der gesamten Wertschöpfungskette für die breite Anwendung in Industrie und Wirtschaft. Die Kosten spielen neben der Betriebssicherheit eine zentrale Rolle - hier schafft die Entwicklung leistungsfähiger, kostengünstiger und zuverlässiger Komponenten sowie die Etablierung einer Serienfertigung für Elektrolyseure und Brennstoffzellen Einsparpotenziale. Experimentelles Testen und darauf aufbauende Modellierungen reduzieren das Risiko des Upscalings von Elektrolyseuren in neue Leistungsklassen und Einsatzbereiche, die für den Offshore-Gebrauch signifikant sind.
Konzern bis KMU, Sektorenkopplung inklusive
Das Fraunhofer IWES betrachtet die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette, von der Erzeugung bis zur Nutzung. Für spezifische Fragestellungen werden die Kompetenzen und Infrastrukturen verwandter Institute hinzugezogen. Unsere Kunden sind sowohl global agierende Konzerne als auch der regionale Mittelstand (KMU).
Auch können Modellprozesse der Sektorenkopplung demonstriert und erprobt werden. Dies ist bei fluktuierender Energiezufuhr besonders wichtig, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten und die Speicherung von Leistungsüberschüssen zu ermöglichen. Betriebsstrategien für Insellösungen werden systemübergreifend entwickelt und unter techno-ökonomischen Aspekten optimiert.
Kernkompetenz Netzintegrationstests
Für die Versorgungssicherheit ist ein stabiles Netz grundlegend - momentan sind die Netze nicht für diverse Einspeisepunkte und fluktuierende Stromzufuhr ausgelegt. Bei einem Überangebot erneuerbarer Energien im Netz werden Windenergieanlagen heute vielfach abgeschaltet, um das Netz nicht zu überlasten - oder der Strom wird unter Preis ins Ausland verkauft. Der sogenannte "Überschuss-Strom" drückt somit die Wirtschaftlichkeit und ist für die öffentliche Akzeptanz nicht förderlich. Die Verwendung zur Herstellung von Wasserstoff, der als chemischer Energiespeicher dient, kann die Lösung dafür sein.
Da zunehmend Elektrolyseure als Großabnehmer ans Netz angeschlossen werden, ist eine Netzstabilisierung erforderlich, um den reibungslosen Betrieb nicht zu gefährden. Die elektrischen Eigenschaften von Elektrolyseuren so auszulegen, dass sie das Netz stabilisieren, statt es zu belasten, ist ein Kernpunkt unserer Forschungsarbeit. In den Hydrogen Labs werden experimentelle Tests durchgeführt, um dieses Ziel zu erreichen und den Herstellern Daten für die Weiterentwicklung ihrer Produkte an die Hand zu geben.
Co-Simulation von Nutzungsszenarien
Unser Spektrum umfasst überdies auch Lösungsansätze aus dem Bereich der Digitalisierung: Schlüsselkomponenten der Wasserstoff-Wertschöpfungskette werden modellbasiert abgebildet und ein kohärenter Daten- und Modellraum zur Co-Simulation von Nutzungsszenarien für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft aufgebaut. Außerdem arbeiten wir daran, eine Referenzarchitektur für digitale Zwillinge so zu erweitern, dass sie die Modularität erneuerbarer Energiesysteme abbilden kann und eingetragene Veränderungen am System berücksichtigt. Damit wird die Basis für einen einmaligen digitalen Zwilling von Wind- und Wasserstoffenergiesystemen geschaffen.