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Wasserstoff in der Praxis: Das Hybridkraftwerk von ENERTRAG

Grüne Wasserstofferzeugung für Industrie, Wärme und Mobilität

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© ENERTRAG photo credit Silke Reents

Seit 2011 erzeugt ENERTRAG in einem Hybridkraftwerk mittels Elektrolyse aus Windstrom grünen Wasserstoff. Dieser wird in das lokale Gasnetz eingespeist, um Endkunden mit Wärme zu versorgen.

Außerdem wird er zur Betankung von PKWs und Bussen sowie in industriellen Prozessen eingesetzt. Eine weitere Anwendung findet Wasserstoff in der Abfüllung von Gasflaschen zur Versorgung von Notstromaggregaten auf Basis von Brennstoffzellentechnologie.  

In Prenzlau wird gezeigt, wie Wasserstoff das erneuerbare Energiesystem stabilisieren kann, indem Flexibilität bereitgestellt wird. Das Hybridkraftwerk ist Teil des erneuerbaren Verbundkraftwerks Uckermark und besteht derzeit aus drei Windenergieanlagen und dem Elektrolyseur mit lokalen Wasserstoffspeichern.

Wasserstoff wird aus Windenergie zu Zeiten starker Winde hergestellt und gespeichert. Mit der Speicherung des Stroms in Form von Wasserstoff kann eine sichere Bereitstellung von Energie auch bei Windstille gewährleistet werden und die Energieproduktion gesamtsystemisch optimiert werden.

Elektrolyseur des Hybridkraftwerks der ENERTRAG in Prenzlau. © ENERTRAG photo credit Silke Reents

Mit den richtigen regulatorischen Rahmenbedingungen kann das Potential der Wind- und Solarenergie voll ausgeschöpft und die erneuerbare Energie allen Sektoren zur Verfügung gestellt werden. Am Standort des Hybridkraftwerkes befinden sich nicht nur die drei zur Wasserstoffproduktion genutzten Windenergieanlagen, sondern mehr als 400 weitere Onshoreanlagen, die nach einer EEG-Umlagebefreiung zur grünen Wasserstoffproduktion eingesetzt werden könnten.

In unmittelbarer Nähe befinden sich Ferngasleitungen, die größere Volumina an grünem Wasserstoff aufnehmen könnten, wenn es die technischen Regeln zuließen. Die aktuelle Regulierung setzt noch nicht die Potenziale frei, die die Energiewirtschaft zu leisten imstande ist.

Die "First Mover" in unserer Best-Practice-Galerie

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Die Best-Practice-Beispiele der vergangenen Wochen

 

1. Mainzer Stadtwerke AG - Wirtschaftlicher Betrieb einer Power-to-Gas-Anlage

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Gelände des Energiepark Mainz  ©Mainzer Stadtwerke AG

Der Energiepark Mainz ist national und international ein vielbeachtetes Innovationsprojekt im Bereich der Sektorenkopplung und Energiespeicherung. Im Juli 2015 war die weltweit größte Elektrolyseanlage ihrer Art als Forschungsprojekt der Linde Group, Siemens und der Mainzer Stadtwerke mit finanzieller Unterstützung der Bundesregierung gestartet. 

Nach 2-jähriger wissenschaftlicher Begleitung ist der Energiepark inzwischen in den Regelbetrieb übergegangen. Dabei war es sowohl für die Mainzer Stadtwerke wie auch für Linde am Ende der Forschungs-phase wichtig, dass die Elektrolyseanlage nicht nur technisch einwandfrei funktioniert, sondern sich auch wirtschaftlich betreiben lässt. 

Die Power-to-Gas Anlage erzeugt unter anderem mit Hilfe von erneuerbarem Strom aus benachbarten Windkraftanlagen der Mainzer Stadtwerke grünen Wasserstoff. Der Elektrolyseur ist auf den schwankenden Ökostrom besten eingestellt, innerhalb weniger Sekunden betriebsbereit und in zwei Minuten auf Vollleistung. Die Maximalleistung beträgt dabei rund sechs Megawatt. Der Energiepark kann damit den Strom von bis zu drei 2-MW-Windrädern aufnehmen. 

Elektrolyseure zur Wasserstofferzeugung und Wasserstoffeinspeisung in das Erdgasnetz

Elektrolyseure zur Wasserstofferzeugung - Energiepark Mainz ©Mainzer Stadtwerke AG

Der in Mainz produzierte, hochreine Wasserstoff wird sowohl von Industrieverbrauchern als auch für öffentliche Wasserstoff-Tankstellen verwendet. In Mainz und Wiesbaden fahren außerdem die ersten beiden Brennstoffzellenbusse mit Wasserstoff

Zudem wird eine nahe gelegene Gasleitung, die einen Stadtteil mit Erdgas zum Heizen und Kochen versorgt, inzwischen bis zu 10% Wasserstoff beigemischt. Für die KundInnen änderte sich nichts, der Preis blieb konstant. Nur das Gas wurde ein Stück weit grüner. 

2. ZEAG Energie AG - Sektorkopplung mit der Raumfahrt

H2ORIZON ist ein Gemeinschaftsprojekt der ZEAG Energie AG und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur Entwicklung der Wasserstoff-Technologie zur Marktreife. Das DLR gehört zu den größten Wasserstoffnutzern Europas. Der Standort Lampoldshausen bei Heilbronn, an dem sich die Elektrolyseanlage befindet, liegt in direkter Nähe zu einem der größten Windparks Baden-Württembergs, den die ZEAG betreibt. 

Mit Hilfe dieses Windstroms erzeugt die ZEAG Wasserstoff, speichert ihn und stellt ihn für verschiedene Anwendungsbereiche zur Verfügung. Ein Teil des produzierten Wasserstoffs wird zur Strom- und Wärmegewinnung über eine Gasmisch-Strecke einem Blockheizkraftwerke zugeführt. Dieses BHKW gehört zu einer hochmodernen Wärmezentrale zur Versorgung des Standorts. 

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Hochmodernen Wärmezentrale des Projektes H2ORIZON mit zwei BHKW, einem Erdgasheizkessel und zwei Pufferspeicher ©ZEAG Energie AG

Ein weiterer Teil beliefert die betriebsinterne Tankstelle für die Transportfahrzeuge. Vor allem aber wird flüssiger und gasförmiger Wasserstoff für Triebwerktests z.B. der Ariane-Trägerraketen genutzt. Somit gelingt hier nicht nur die Sektorkopplung mit den Bereichen Wärme und Verkehr, sondern ebenso mit der Raumfahrt. 

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Forschung an der Antriebstechnologie von Trägerraketen durch Beimischung von Wasserstoff in den Treibstoff auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Jährlich können bis zu 100 Tonnen grünen Wasserstoffs erzeugt und bereitgestellt werden. Hierfür nutzt die ZEAG eine PEM-Elektrolyseanlage, die besonders geeignet ist, um auf die fluktuierende Stromeinspeisung eines Windparks zu reagieren. Die Anlage hat im Jahr 2020 erfolgreich ihren Probedurchlauf mit Bestnoten bestanden und befindet sich nun im Regelbetrieb. 

3. Die Power-to-Gas Systemlösung Ibbenbüren der Westenergie AG

Westenergie betreibt seit 2015 im nordrhein-westfälischen Ibbenbüren einen PEM-Elektrolyseur zur Umwandlung von erneuerbarem Strom in Wasserstoff. PEM steht dabei für Proton Exchange Membrane und bezeichnet ein Elektrolyse-Verfahren, das erhöhte Wir-kungsgrade erreicht und hohe Flexibilität bei Laständerung bietet. 

Die realisierte Systemlösung zur Speicherung von regenerativem Strom erzielt über die komplette Speicherkette einen Nutzungsgrad von bis zu 75 %. Dies wird ermöglicht, weil sowohl bei der Umwandlung von Strom in Gas als auch von Gas in Strom die entstehende Abwärme genutzt wird.

Bei der Wasserstofferzeugung wird ein Teil der Abwärme des Elektrolyseurs in der benachbarten Gasdruckregel- und Messanlage zur Erdgasvorwärmung eingesetzt. Die Rückverstromung des Gases im BHKW erfolgt unter Kraft-Wärme-Kopplung. Die dabei entste-hende Wärme steht dem lokalen Fernwärmenetz zur Verfügung.

Bildunterschrift: Power-to-Gas-Anlage am Standort Ibbenbüren der Westenergie AG  ©Westenergie AG

Die in das Gasnetz eingespeiste Wasserstoffmenge wird über das dena-Biogasregister nachverfolgt und durch Bilanzkreisgeschäfte vertraglich dem BHKW in Ibbenbüren zugeordnet. Das BHKW wandelt physikalisch den Wasserstoff bedarfsgerecht in Strom um und schließt damit die Stromspeicherkette. Eine Methanisierungsanlage kann aus den im Elektrolyseur erzeugten Wasserstoff und Kohlendioxid künstliches Methan erzeugen.

Dieses Gas lässt sich im Vergleich zu Wasserstoff ohne Begrenzung in das bestehende Gasnetz einspeisen. Dieses Teilprojekt mit dem Namen „ORBIT“ hat zum Ziel, bis Ende 2020 die biologische Methanisierung als effiziente Energiespeicher- und Sektorkopplungstechnologie für die Zukunft weiterzuentwickeln.

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