24. JUNI 2018

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Vernetzt: Abwärme doppelt genutzt


Technik

Power to Gas - Das Gashochdrucknetz in Ibbenbüren hat auch im Sommer genügend Gasabsatz, um Wasserstoff direkt einspeisen zu können. Die Elektrolyseur-Abwärme wärmt das Erdgas aus dem vorgelagerten Netz vor, was die Gesamteffizienz steigert. Dies in Kombination mit einem BHKW und Fernwärme ermöglichte ein besonderes Projekt.
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Power to Gas ist eine sinnvolle und mittlerweile auch in vielen Pilotprojekten gut erforschte Möglichkeit, um langfristig Strom zu speichern. Bei der Technologie wird Wasser elektrolytisch in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Sie wandelt also elektrische in chemische Energie um.
Der Wasserstoff lässt sich entweder direkt verwenden oder mit CO2 zu Methan (SNG) umsetzen. Der Wasserstoff kann in bestimmten Grenzen, das ›künstliche‹ Methan hingegen nahezu uneingeschränkt in das Erdgasnetz eingespeist werden.

Zusammenspiel im Energiesystem

Wie Stromspeicherung mittels Power to Gas erfolgen kann, zeigt der Energieversorger Innogy mit einem Projekt in Ibbenbüren im Tecklenburger Land. Hier nutzt das Unternehmen grünen Strom, um in einem Elektrolyseur Wasserstoff zu erzeugen. Diesen Wasserstoff speist es vor Ort an einer Gasdruckregel- und Messanlage (GDRM) in das Erdgasnetz ein. Das H2 ersetzt damit in wärmegleichem Umfang fossiles Erdgas, welches an anderer Stelle in einen Untergrundspeicher eingespeichert werden kann.
In Zeiten, in denen wenig regenerativer Strom verfügbar ist, können die Gasmengen dem Speicher wieder entnommen und in einem BHKW im Ortskern von Ibbenbüren verstromt werden. Dort speist das Aggregat auch die anfallende Wärme in das Fernwärmenetz ein. Hierdurch entsteht ein System, welches es erlaubt, die Energie aus Grünstrom mit einem Nutzungsgrad von 75% bereitzustellen.

Hoher Wirkungsgrad

Das Herzstück des Systems ist der in Containerbauweise realisierte Elektrolyseur. Es kommt die noch relativ junge PEM-Technologie (Proton Exchange Membrane) zum Einsatz, die hohe Wirkungsgrade erreicht.
Für den Betrieb des Elektrolyseurs ist neben Strom auch Wasser erforderlich. Dieses entnimmt der Energieversorger dem örtlichen Versorgungsnetz und bereitet es in der Anlage zunächst auf Reinstwasserqualität auf. Die eigentliche Aufspaltung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt in den Zellen der Stacks. Jeweils 75 Zellen bilden einen der drei Stacks des Elektrolyseurs.
Die elektrische Nennleistung der Anlage beträgt 150kW, die 30Nm3/h Wasserstoff bei 14bar erzeugen. Dementsprechend entstehen 15Nm3/h Sauerstoff, den der Elektrolyseur in die Atmosphäre abgibt. Die Reinheit des Wasserstoffs ist mit mindestens 99,9% sehr hoch und damit prinzipiell auch tauglich, um ihn im Mobilitätsbereich einzusetzen.
Im betriebsbereiten Zustand kann der Energieversorger den Elektrolyseur unmittelbar anfahren, ein stromseitig geänderter Sollwert wird in weniger als zwei Sekunden erreicht. Das zeigt, dass die Anlage schnell auf veränderte regenerative Stromerzeugung reagieren und die Energie in Form von H2 zwischenspeichern kann. Somit ist sie gut geeignet, um das Stromnetz in diesem Kontext im Gleichgewicht zu halten.

Speicherkette mit Effizienz

Das Besondere des Projekts ist die zweifache Abwärmenutzung entlang der Stromspeicherkette: erstmalig wird neben der Abwärme am Blockheizkraftwerk auch die bei der Elektrolyse anfallende Abwärme genutzt.
Denn der Elektrolyseur erzeugt Abwärme, die in diesem Projekt in die benachbarte GDRM geleitet wird und dort das Gas aus dem vorgelagerten Netz vorwärmt. Hierdurch erhöht sich der Nutzungsgrad der Energieumwandlung am Elektrolyseur auf 86%. Durch den reduzierten Verbrauch von konventionellem Erdgas zur Wärmeerzeugung in der GDRM ergibt sich eine CO2-Ersparnis von 12t pro Jahr. Auch durch Speichern des Grünstroms im Gasnetz oder das volle Ausnutzen von Sonne und Wind spart man Emissionen ein weiterer Beitrag zum Klimaschutz.


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Ausgabe:
es 08/2016
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