Geräte für »Clean Energy City« zum Einsatz von H2-Technologien zur Sektorkopplung

Das geplante H2-»Clean Energy City« wird wissenschaftlich durch die Technische Universität Chemnitz sowie das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU geführt. Mit dem Vorhaben bzw. den daraus erfolgten Investitionen werden bei diesen Partnern Arbeiten zur Wasserstoffforschung ermöglicht. Dabei ist der Ansatz transferorientiert und zielt darauf ab, die im »Clean Energy City« demonstrierten Lösungen im Anschluss in konkrete Anwendungen außerhalb des Labormaßstabes zu übertragen. Die Forschungspartner stellen ihre vorhandene Infrastruktur zur Verfügung und erweitern diese um neue Technologien zur Einbindung erneuerbarer Energieträger, Wasserstofftechnologien, Speichersysteme, innovative Monitoring- und Regelungssysteme sowie Systeme zur flexiblen Lastsimulation.

Die anvisierten Ergebnisse wurden größtenteils erreicht. Aufgrund von zeitlichen Verzögerungen kam es zu Abweichungen vom Plan. Dies betrifft v.a. den modular aufgebauten Prüfstand. 

Im Einzelnen ist in den drei wesentlichen Entwicklungsfeldern folgendes erfolgt:

Stationäre Anwendung im Fabrikbetrieb

Angeschafft wurden ein modulares Brennstoffzellensystem, ein Wasserstoffspeicher, ein Elektrolyseur, ein Lithium-Ionen-Batteriespeicher sowie Lastgeneratoren und ein Mehrkanalmesssystem. Mit diesen Systemen ist das Fraunhofer IWU in der Lage, Lösungen für eine effiziente Planung, Integration und Inbetriebnahme sowie den Betrieb wasserstoffbasierter Energieversorgungskomponenten zur stationären Nutzung in Fabriken der industriellen Produktion zu entwickeln. Es können damit Modelle gebildet und Tests mit Vergleich unterschiedlicher Speicherlösungen und deren Auswirkungen auf logistische Kenngrößen mit volatilen Lastanforderungen aus Industrie, Mobilität oder Gebäudetechnik erfolgen. Außerdem können damit energetische (Elektro, Wärme, Kälte) und informationstechnische Schnittstellenkonzepte zur Sektorenkopplung in Fabriken und zur Einbindung der Fabriken als aktive Teilnehmer im Smart-Grid von Quartieren entwickelt und erprobt werden.

Mobile Anwendung

Angeschafft wurden ein Laborversuchsstand zur Lastsimulation von elektrischen Antrieben aus dem Bereich der Anlagen- und Automatisierungstechnik und Automotive sowie ein Laborversuchsstand für Energiespeichersysteme mit Mess- und Eingriffsstellen für relevante Zustandsgrößen für dynamische und stationäre Applikationen für die Entwicklung mobiler Applikationen für den am Fraunhofer IWU vorhandenen Technologiedemonstrator Silberhummel (H2-Fahrzeug). Mit diesen Systemen ist das Fraunhofer-IWU in der Lage, Regelungsstrategien und Lösungen für eine Auslegung, Integration und Inbetriebnahme sowie den Betrieb wasserstoffbasierter Energieversorgungskomponenten zur mobilen Nutzung, beispielsweise für H2-Fahrzeuge zu entwickeln. Es können damit Modelle für das Energiemanagement entwickelt, parametriert und validiert werden. Hierbei steht besonders die geeignete Auslegung und Kombination heterogener Energiespeicher (Batterie und Brennstoffzellensystem) in Anhängigkeit varianter Lastprofile im Fokus der Untersuchungen.

Produktionstechnologie

Es wurde ein modularer Brennstoffzellenprüfstand angeschafft. Dieser ist in der Lage, von Einzelzellen bis 50 kW Stacks zu prüfen und zu charakterisieren. Somit ist das Fraunhofer-IWU in der Lage, methodisch bei der Entwicklung der Komponenten des BZ-Systems vorzugehen.  Sowohl eigene Entwicklungen als auch Kundenprojekte können somit in ihrer Effizienz und Kostenstruktur bewertet werden, indem sie in einem Referenzsystem (z.Z. im Aufbau) zur Anwendung kommen.