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

Wasserstoffbasierte Hybridlösungen
tur über eine sog. Virtuelle Maschine
(HeiVM) ansprechen. Durch die Parallelisierung
der Entwicklungsprozesse, wird die
Projektlaufzeit signifikant minimiert. Die
Inbetriebnahme, sowie das Testen von alternativen
Lösungsmöglichkeiten wird iterativ
am Digitalen Zwilling optimiert und anschließend
in die Realität überführt. Zur
Kopplung und Zusammenführung aller virtuellen
Teilmodelle werden flexible Schnittstellen
bereitgestellt. Diese Schnittstellen
bilden die Grundlage für die gesamte Systemarchitektur
des Digitalen Hybridkraftwerkes
(B i l d 5 ) und verknüpft die Teilzwillinge
aus den Gebieten der elektrischen, thermischen
und chemischen Prozesse, sowie
des logischen Zwillings mit der Kopplung zu
den Leitsystemen und der gesamtheitlichen
Netzsimulation.
Um das wasserstoffbasierte Hybridkraftwerk
in Bezug auf die bestimmten Spezifikationen
bestmöglich zu betreiben, werden
Algorithmen und Modelle für ein Lastmanagementsystem
entwickelt. Dieses soll der
optimalen Abstimmung zwischen verfügbarer
Erzeugung, aktuellem Verbrauch und
den Ladezuständen der Speicher dienen.
Ebenfalls bieten sich die unterschiedlichen
Technologien sowie die räumliche Aufteilung
der Lasten als Grundlage für agentenbasierte
Optimierungs- bzw. Regelungskonzepte
an. Dabei sollen einerseits die prognoseseitigen
Einflüsse auf die Optimierungen,
andererseits der dezentrale Charakter mit
den unterschiedlichen Zeitkonstanten mit
Machine-Learning-Algorithmen weiterentwickelt
werden.
6 Die Hürden auf dem Weg
zum Projekt
Nachdem die grundsätzliche Funktionsweise
einer hybriden Energiezentrale beschrieben
und die Eckdaten eines solchen Projektes
festgelegt worden sind, besteht die Notwendigkeit
der Auswahl der zum Einsatz
kommenden Technologien.
Dabei gilt es eine Menge an Kriterien zu beachten:
1 Technische Kriterien
––
Welche technischen Schnittstellendaten
passen am besten zu der gewählten Anlagenauslegung?
––
Ist die Technik bereits betriebsbewährt
oder ist die Technologie noch im Entwicklungsstadium?
––
Lässt sich die Technologie auf größere
Maßstäbe skalieren?
––
Lässt sich die Technologie für spätere Ausbaustufen
modular erweitern?
––
Welche späteren Weiterentwicklungen
sind geplant?
2 Lieferung und Betrieb
––
Kann die Technologie in vertretbarem
Zeitrahmen geliefert werden?
––
In welchem Zeitrahmen sind Ersatzteillieferungen
möglich?
––
Wie häufig und in welchem Umfang ist ein
Service erforderlich?
––
Welche Hilfsmedien sind für einen Betrieb
erforderlich?
3 Betriebswirtschaftliche Aspekte
––
Anschaffungskosten (KAPEX)
––
Baukosten, wie Fundamente und Stahlbau
––
Auswirkung auf das Genehmigungsverfahren,
wie z.B. Explosionsschutz
––
Kosten und Kostenentwicklungsprognose
der Bezugsmedien
––
Preise und Preisentwicklungsprognose
von Abgabemedien
––
Vorhaltekosten für passive Zeiträume, wie
Warmhaltung oder Kühlung
Wirkungsgrade
––
In Frage kommende Förderprogramme
(siehe auch folgende Absätze)
––
Bereitschaft der Lieferanten, sich an Förderprogrammen
zu beteiligen
––
Investionskosten und Finanzierungsmodell
––
Betriebs- bzw. Betreibermodell
Ein wesentlicher Aspekt bei der Auslegung
einer Anlage ist die jeweilige Zielsetzung,
die mit einer Anlage verbunden ist. Die hybride
Anlage ist kein globaler Ersatz für alle
Arten von Energieerzeugern.
Die kommerzielle Nutzung geht sehr stark
einher mit den jeweiligen Gegebenheiten.
Dazu gehören Aspekte, wie die Nutzung von
ohnehin vorhandenen Medien oder die Einspeisung
von Medien in bestehende Systeme.
Dabei ist nicht nur Strom und Wärme zu
berücksichtigen, sondern auch Gase und
flüssige Medien.
Wer glaubt, dass eine Wasserstoff-Hybridanlage
zur Erzeugung und Nutzung von grünem
Wasserstoff per se eine lohnende Alternative
zu herkömmlicher Technik darstellt,
der irrt. Allein die Kosten für eine Erzeugung
von Wasserstoff aus grünem Strom
liegt noch immer bei einem ganzzahligen
Vielfachen gegenüber der Erzeugung aus
Erdgas oder anderen Energieträgern.
Kommerziell interessant wird die Sache
durch die sonstigen Randbedingungen, wie
beispielsweise Bezugspreise von Überschussstrom,
Nutzung von Abwärme der
Elektrolyse, Nutzung des entstehenden Sauerstoffs
bei der Elektrolyse, Nutzung des
Wasserstoffs in nachgeschalteten Produktionsanlagen,
usw.
Diese Liste lässt sich noch beliebig erweitern.
So kann beispielsweise eine Elektrolyseanlage
dadurch interessant werden, dass
ein Teil des erzeugten Wasserstoffs methanisiert
(z.B. als Ersatz für Erdgas) oder ammonisiert
(z.B. für die Herstellung von Düngemitteln)
wird. Die betriebswirtschaftliche
Bilanz wird dadurch erheblich zum positiven
verschoben, wenn es entsprechende Abnahmen
gibt. Eine Pauschallösung ist das
aber nicht.
In jüngster Zeit begünstigen die Entwicklungen
in Zentraleuropa den Einsatz von Wasserstoff
und hybriden Lösungen und die EU,
die Bundesregierung und die Landesregierungen
treffen entsprechende Vorkehrungen,
diese Entwicklung mit Finanzspritzen
zu unterstützen.
Zum einen gut, denn das schafft Anreize, in
dringend benötigte Konzepte und Technologien
zu investieren. Zum anderen werden
aber eben diese Förderungen in erster Linie
auf die Entwicklung von neuen Technologien
angewendet. Bereits bestehende Technik
wird dabei häufig nicht berücksichtigt.
Dies führt aber in letzter Instanz dazu, dass
es eine Vielzahl an potenziellen Technologien
gibt, die nach der grundsätzlichen Entwicklung
nicht zu kommerziellen Maßstäben
weiterentwickelt werden, da für Investoren
die Anreize fehlen in eine nicht
betriebsbewährte Technologie zu investieren.
Eben diese Technologien sind aber ohne
größere Umsetzungs- und Pilotprojekte
nicht in der Lage, Betriebsbewährung zu erreichen.
Entgegen der weitläufigen Meinungen ist
die Technologie vielerorts bereits ausreichend
entwickelt, um im großen Maßstab
eingesetzt werden zu können. Sie scheitert
aber an den Betriebs- oder Gestehungskosten
gegenüber den günstigen fossilen Alternativen.
Entsprechend schwierig ist der Vorteil
solcher Projekte darzustellen, die nicht
selten eine gehörige Portion Idealismus aller
Beteiligter und von den Investoren erfordert.
7 Die Umsetzung
Die konsequente Modularisierung und das
Zusammenspiel verschiedener Technologien
und deren Regeltechnik bedingt ein tiefgreifendes
Prozesswissen, welches in dem
Projekt in individuelle Simulationsbibliotheken
einfließt. Die bereitgestellten Simulationsmodule
unterstützen eine technoökonomische
Entwicklung, Umsetzung sowie
Validierung des hybriden Kraftwerkes
im virtuellen Raum. Das Modell ermöglich
vor der Realisierung technische und wirtschaftliche
Anpassung und schafft die Möglichkeit
der Skalierung über Zeit und Investitionsmöglichkeiten.
Bei unserem laufenden Musterprojekt haben
wir frühzeitig auf eine modulare Projektstruktur,
die Erweiterbarkeit der Anlage
in Ausbaustufen und die Trennung von bewährter
und Startup-Technologie geachtet.
Die Anlage besteht aus einem großen, zusammenhängenden
Areal das durch die innerkommunale
Lage gut erschlossen und
angebunden ist. Mit mehreren großen Hallenstrukturen
und einem sehr stark schwankenden
Lastverlauf (Grundlast / Spitzenlast
1:10) ist die Anlage durchaus eine Herausforderung
für ein regeneratives Energiekonzept.
Ein wesentlicher Aspekt war bei der Auslegung
die Betrachtung der möglichst autar-
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