Notstrom mit Intelligenz

Stromversorgung

Gegenüber - Akkus oder Generatoren sind Brennstoffzellen bisher teurer und schwieriger zu handhaben. Rittal will mit seinem neuen System RiCell Flex die Karten im Markt für autonome Stromversorgungen neu mischen.

04. August 2010

»Das Wasser ist die Kohle der Zukunft«, schrieb Jules Verne im Jahr 1870. »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist.« Erstaunlich visionäre Sätze, denn für die Brennstoffzelle oder galvanische Gasbatterie, wie man damals sagte waren im Zeitalter der dampfgetriebenen Generatoren keinerlei Chancen absehbar.

Gegenüber Generatoren und Batterien bieten Brennstoffzellen (BZ) eine Reihe von Vorteilen. Gegen ihre Rivalen durchgesetzt haben sie sich noch nicht. Die Betonung liegt auf noch. Der Hauptgrund: die Kosten der meist komplexen und daher wartungsintensiven Technik sind relativ hoch.

In den meisten heute gängigen Brennstoffzellen dient eine Polymer-Folie als Elektrolyt, zum Beispiel in Elektroautos. Im industriellen Umfeld finden sich Brennstoffzellen vorrangig als stationäre Notstrom- und Backup-Anwendungen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für betriebskritische Anlagen sicherstellen, zum Beispiel bei Telekommunikationsanbietern, in Rechenzentren oder Produktionsbetrieben.

Gleichwohl ließ der Durchbruch für die Brennstoffzelle bislang auf sich warten. Konkurrierende Systeme wie Blei-Gel-Akkus oder Dieselgeneratoren sind billiger und einfacher zu handhaben als traditionelle Brennstoffzellentechnik. Da Notstromaggregate außerdem relativ selten zum Einsatz kommen, scheuen viele Unternehmen vor Investitionen und hohem Betriebsaufwand zurück – so war es jedenfalls in der Vergangenheit.

Gerüstet für das intelligente Stromnetz

Diese Rechnung könnte sich nun ändern. So sieht es zumindest Martin Roßmann. »Die neue Brennstoffzellen-Generation RiCell Flex verändert Gebrauchseigenschaften und wirtschaftliche Rahmenbedingungen dieser Technologie. Die Entwicklungen dürften in vielen Branchen Anlass zu einer Neubewertung der Kosten-Nutzen-Relation von Brennstoffzellen geben«, erklärt der Leiter der Abteilung für Forschung und Grundlagenentwicklung von Rittal.

Ein Novum sei das BZ-System des führenden Systemanbieters für Gehäuse- und Schaltschranklösungen schon deshalb, weil das System konsequent modular aufgebaut ist. Es lässt sich in zwanzig Einzelschritten von 2,5 auf 50kW skalieren und kann daher flexibel an den Bedarf unterschiedlicher Anwender angepasst werden. »Bei wachsendem Leistungsbedarf sorgt diese Skalierbarkeit zudem dafür, dass Investitionen langfristig geschützt bleiben«, so Roßmann. Der modulare Aufbau minimiere den Wartungsaufwand und verbessere die Verfügbarkeit. Das BZ-System verdoppelt außerdem den Wirkungsgrad traditioneller Systeme.

»Und nicht zuletzt öffnet das integrierte Smart-Grid-Interface die Tür zum intelligenten Stromnetz der Zukunft«, führt Roßmann aus. Jedes Modul des Systems ist mit drei Schnittstellen ausgestattet: je eine für Wasserstoff, Strom und Information. Das letztgenannte Bus-Interface verbindet das Einzelmodul mit einem zentralen Systemcontroller, der die elektrochemische Energieumwandlung steuert. Darüber hinaus verwaltet ein intelligenter Energiecontroller den Wasserstoffvorrat der Zelle und speist je nach Situation entweder Energie in das Stromnetz ein oder schaltet um auf Eigenversorgung der Infrastruktur.

RiCell Flex erfüllt damit eine Grundanforderung an Smart Metering im Stromnetzwerk der Zukunft: Das System kann sowohl Regelenergie bereitstellen und als Erzeuger von Energie agieren. »Früher haben Notstromvorrichtungen ausschließlich Geld gekostet – künftig werden sie damit auch Ertragsquelle sein«, ist Roßmann sicher.

Vor dem Hintergrund ehrgeiziger Klimaschutzziele soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamtenergiemenge in der Bundesrepublik bis 2020 auf 30 % steigen – bis 2050 sogar auf 80 %. Ein Großteil der Stromproduktion wird dann dezentral erzeugt und in unregelmäßigen Intervallen in das übergeordnete Verbundnetz eingespeist. Netzbetreiber müssen sich darauf vorbereiten und deutschlandweit verteilte Wind- und Solaranlagen in ihre Infrastruktur integrieren.

Potenzial der Energiespeicher für künftige Netzstabilität nutzen

Gefragt sind daher intelligente Konzepte, die das Potenzial bisher ungenutzter Energiespeicher einbeziehen. Und dieses Potenzial ist groß. Immerhin wird ein nicht unbeträchtlicher Anteil der bundesdeutschen Kraftwerksleistung in dezentralen Notstrom- und Backup-Anlagen vorgehalten – und das mit steigendem Trend.

»Mit seinem modularen Ansatz empfiehlt sich RiCell Flex branchenübergreifend als zentraler oder dezentraler Energiewandler«, erklärt Brennstoffzellen-Verantwortlicher Martin Roßmann, »sowohl zur Bereitstellung von Notstrom als auch von Regelenergie, die dafür benötigt wird, um etwa unvorhergesehene Schwankungen des Stromverbrauchs und der Stromerzeugung auszugleichen.«

Schon heute ist Wasserstoff in ausreichender Menge vorhanden, nämlich als Abfallprodukt aus der chemischen Industrie, das sonst abgefackelt wird. Auf längere Sicht eignet sich das Element als eine gute Speichermöglichkeit für regenerative Energien mit unstetigem Leistungsaufkommen. Wind- oder Solaranlagen würden dadurch produktiver. Denn anders als heute müsste bei geringer Nachfrage nicht mehr abgeschaltet werden.

»Nicht zuletzt aufgrund dieser Anwendungsoptionen wurde unser neues System für den diesjährigen Hermes Award nominiert«, ist Roßmann sicher. Der Technologiepreis der Hannover-Messe gilt als Oscar der deutschen Industrie und wird einmal im Jahr für besonders innovative marktreife Entwicklungen vergeben.

Unternehmen indessen interessieren sich bei technologischen Innovationen vorrangig für unmittelbare Effekte. Sie fragen etwa nach Kosteneinsparungen, vereinfachter Wartung sowie nach Verminderung von Lärm, Schmutz und Schadstoffen.

Verglichen mit bisher verfügbaren BZ hat das System einen deutlich gesteigerten Wirkungsgrad von bis zu 53% und verbraucht bei gleicher Leistung 30% weniger Wasserstoff. In Zahlen sind dies zehn Standard-Liter pro Minute und Kilowatt »Ein Wert, der unser System nicht nur als extrem energieeffizient ausweist, sondern außerdem für lange Autonomiezeiten sorgt«, betont Roßmann. »Eine 50-Liter-Wasserstoffflasche mit 200bar liefert beispielsweise länger als zwei Stunden Strom. Wollte man diesen Zeitraum mit batteriegetriebenen Systemen absichern, wäre dies mit erheblich höheren TCO-Kosten verbunden.«

Großes Marktpotenzial als USV in der Telekom-Branche

Das luftgekühlte Brennstoffzellensystem produziert als Abfallprodukte lediglich geringfügig Wärme und feuchte Abluft. Da die Energieumwandlung ohne Mechanik auskommt, arbeiten Brennstoffzellen zudem ohne störende Geräusche. Wer den Lärmpegel und die Abgase eines Notstrom-Dieselgenerators aus eigenem Erleben kennt, kann den Unterschied ermessen.

»Das Marktpotenzial für unsere neue Technologie ist schier unermesslich«, sagt Roßmann. Allein die Telekommunikationsbranche benötigt an ungefähr 40.000 Standorten USV-Einrichtungen. Pro Jahr gehen in Deutschland gut 2.000 neue Rechenzentren in Betrieb. Und die Zahl der industriellen Notstromanlagen dürfte die 100.000er Marke deutlich überschreiten.

Erschienen in Ausgabe: 02/2010