Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Flexible Speicher für starken Wind

Wasserelektrolyse für die Wasserstofferzeugung zur großskaligen Speicherung von Windstrom

Erneuerbare Energien sollen nach dem Bestreben der Deutschen Bundesregierung im Energiemix der Zukunft einen substanziellen Anteil übernehmen. Doch nicht nur umweltschonend, sondern auch zuverlässig und bezahlbar soll die Energieversorgung der Zukunft sein.

Im Vergleich zu 1990 sollen die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95 Prozent gesenkt werden, der Anteil der erneuerbaren Energien auf einen Anteil von 60 Prozent am Bruttoendenergieverbrauch sowie von 80 Prozent am Bruttostromverbrauch vergrößert werden.

Der intensive Ausbau erneuerbarer Energien bringt dabei große Herausforderungen mit sich: Windkraft und Sonnenergie sind mit hohen und schnellen Fluktuationen verbunden – standort- und wetterbedingte Schwankungen müssen aufgefangen und ausgeglichen werden, damit die Stromversorgung dauerhaft garantiert ist. Dies muss bei Umwandlung, Speicherung und Transport berücksichtigt werden: Stromtransport- und verteilnetze müssen ausgebaut werden und große Energiemengen müssen gespeichert werden können. Schließlich muss der Energieverbrauch seitens des Verbrauchers flexibilisiert werden, etwa durch neue Stromversorgungskonzepte oder durch intelligente Haushaltsgeräte, die ihre Stromversorgung selbstständig den Hauptlastzeiten anpassen.

In Verbindung mit erneuerbaren Energien kommt der Speicherung von Wasserstoff eine hohe Bedeutung zu. Der Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus regenerativ erzeugtem Strom im großen Maßstab produziert wird, dient als chemischer Speicher und kann auf verschiedene Arten weiterverwertet werden: den höchsten Nutzen bringt der direkte Einsatz als Kraftstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge; darüber hinaus bietet sich die Rückverstromung in Gasturbinen und Brennstoffzellen an; über den Umwandlungsschritt der Methanisierung kann mit CO2 aus Kraftwerken oder Biogasanlagen Methan zur Einspeisung ins existierende Erdgasnetz erzeugt werden.

Derzeit betriebene Elektrolyseanlagen im Großbetrieb basieren auf alkalischen Elektrolyseuren, die weitgehend zyklen- und teillastfrei betrieben werden. Das heißt, etwaiger Überschussstrom, etwa bei starkem Wind, kann nicht aufgefangen und genutzt werden – eine Verschwendung.

Andere Elektrolyseverfahren könnten hier Abhilfe schaffen: Jülicher Wissenschaftler und Techniker des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK) erforschen und entwickeln Verfahren, die mit keramischem Elektrolyt und Polymerelektrolytmembran (PEM) arbeiten, also andere Werkstoffe und Komponenten verwenden. Hierfür entwickeln und untersuchen die Experten des Bereichs Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3) insbesondere neue Materialien für Funktionsschichten mit der Zielsetzung, Lebensdauer und Leistungsvermögen zu steigern sowie Umwandlungsverluste und Materialkosten zu minimieren. Die PEM-Elektrolyse bietet nicht nur den Vorteil, extreme Überlasten aufnehmen zu können, sondern ermöglicht auch einen höheren Wirkungsgrad bei einem einfacheren Anlagenaufbau.

Bevor diese vielversprechenden Technologien auf breiter Basis in der Praxis eingeführt werden können, sind noch wichtige Herausforderungen zu meistern: So müssen die Leistungsdichte und die Lebensdauer der PEM-Systeme noch gesteigert und Produktionskosten verringert werden, damit sich das Verfahren rentiert. Des Weiteren sind Anpassungen an die Netzanforderungen für den Großbetrieb erforderlich: die Skalierung der Anlagengröße in den Megawatt-Bereichbei gleichzeitig spontaner Teillastfähigkeit.

Um die Praxistauglichkeit nachzuweisen, werden die neuen Methoden anhand von computergestützten Modellen auf ihre energiewirtschaftlichen und umwelttechnischen Auswirkungen hin analysiert.


Servicemenü

Homepage