vgbe energy journal 7 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

Wasserstoffbasierte Hybridlösungen
für die Energieerzeugung und
Energiespeicherung
Jürgen Wilkening und Jochen Lorz
Abstract
Hydrogen-based hybrid solutions for
power generation and energy storage
Renewable technologies are on the rise. As
volatile energy generators, they are subject to
constant, high-gradient fluctuations and are
not available at all times. Storage technologies
are now a common way to temporarily store
electricity in order to buffer volatile generation
patterns and absorb peak consumption. Hydrogen
can serve as a storage medium for energy
generation, but it is a carrier medium and
must therefore be produced by electrolysis or
other synthesis processes from other raw materials.
From today’s perspective, it can be shown
that the energy mix of the future can be increasingly
generated in a decentralised manner,
despite the volatility of generation plants
and fluctuations in offtake. For this, the plants
Autoren
Dipl.-Ing. Jürgen Wilkening
INP Deutschland GmbH
Römerberg, Deutschland
Dr.-Ing. Jochen Lorz
HEITEC Innovations GmbH
Erlangen, Deutschland
Vortrag gehalten auf dem
53. Kraftwerkstechnischen
Kolloquium, Dresden,
5. und 6. Oktober 2021.
Mit freundlicher Genehmigung
der Autoren und Veranstalter.
Insbesondere in Zentraleuropa wächst seit
vielen Jahren die Erkenntnis, dass die Ausnutzung
fossiler und nuklearer Brennstoffe
einen erheblichen Einfluss auf Klima und
Umwelt haben, sodass nach Lösungen gesucht
wird, wie eine umweltverträgliche
Energieversorgung der Zukunft aussehen
könnte.
Regenerative Technologien sind auf dem
Vormarsch, aber volatile Energieerzeuger,
wie Windkraft und Photovoltaik, unterliegen
ständigen, hochgradienten Schwankungen
und sind nicht jederzeit verfügbar. Speichertechnologien,
insbesondere Batteriespeicher
sind mittlerweile eine gängige
Möglichkeit, Strom zwischenzuspeichern,
um die volatilen Erzeugungsverläufe zu puffern
und Spitzenverbräuche abzufangen.
Sie bieten durch Einsatz verschiedener
Technologien Möglichkeiten, den unterschiedlichen
Lastanforderungen gerecht zu
werden.
Mit Blick auf die Wärmespeicherung gibt es
einige zukunftsweisende Technologien. Viele
davon befinden sich aber noch in der Entwicklungs-
oder Forschungsphase.
Sowohl Strom-, als auch Wärmespeichern
ist eine Eigenschaft gemeinsam: Sie können
die gespeicherte Energie nur eine begrenzte
Zeit vorhalten. Glaubt man den Medien und
den Informationen, die in der Öffentlichkeit
kursieren, haben wir in Deutschland und
Zentraleuropa genug regenerative Energiequellen,
um unsere stabile Energieversorgung
allein damit zu betreiben. Aber ist das
so?
Vernachlässigen wir einmal, dass auch
Windkraft und Photovoltaik ökologischen
Einfluss auf die Umwelt haben, kann man
diese Aussage rechnerisch erstmal so stehen
lassen, wohl wissend, dass wir weit davon
entfernt sind, unsere Gigawatt an Strom aus
Wind und Sonnenlicht zu generieren. Denn
erstens gibt es hier erhebliche Platz- und Genehmigungsprobleme,
zweitens sind diese
Energieerzeuger leider nicht stetig und somust
be able to cope with a variety of possible
load and generation states, for which hybrid
plants appear to be particularly suitable. A
groundbreaking productivity lever prior to the
plant construction of a complex hybrid power
plant is the software-based support of the engineering
processes through virtual models of
plant systems, energy applications and material
flows. With the help of the digital twin and
process validation, energy concepts are tested,
both in their functionality and in their time
behaviour, and process sequences are optimised
even before realisation.
l
1 Energieversorgung im
Wandel
Unsere gewohnte und stabile, zentrale Energieversorgung
über Großkraftwerke, die
fossile und nukleare Energiequellen nutzen,
ist über viele Jahrzehnte kontinuierlich gewachsen.
Die Groß- und Kleinverbraucher
sind an die stabile und zuverlässige Versorgung
aus den öffentlichen Stromnetzen gewohnt
und verlassen sich vielerorts auf
die ständige Verfügbarkeit von Strom und
Wärme.
In anderen Regionen der Welt ist das häufig
nicht der Fall. In Regionen in denen Stromausfälle
über Stunden und nicht selten Tage
üblich sind, haben sich die Menschen und
Industrien darauf eingerichtet, die erforderliche
Versorgungssicherheit selbst durch geeignete,
dezentrale Energieerzeugung und
lokale Energiezentralen herzustellen.
Die eingesetzten Energieerzeuger richten
sich dabei in der Regel nach den lokal verfügbaren
Energieträgern, geologischen Gegebenheiten
und den vorhandenen Technologien.
Sie folgen jedoch stets den Gesichtspunkten
der Wirtschaftlichkeit einer
Investition und den damit verbundenen Betriebskosten.
Dadurch hatten bisher Aspekte
der Wirtschaftlichkeit und der Verfügbarkeit
üblicherweise einen höheren Stellenwert,
als die der Umweltverträglichkeit.
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