Forschungsprojekt des Fraunhofer ISE in Freiburg

Wasserstoff als flexibler Energieträger kann zu einem wichtigen Element der Energiewende werden. Er ermöglicht im Sinne der Sektorenkopplung einen Transfer von erneuerbaren Energie in jeden Sektor der Energiewirtschaft – sei es Mobilität, Industrierohstoffe, Wärme oder Gas. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) forscht an der Weiterentwicklung entsprechender Schlüsseltechnologien, wie z.B. der PEM-Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff und erprobt deren Anwendung in Zusammenarbeit mit der Industrie und der Energiebranche. Hierdurch sollen wichtige Grundlagen für den Einsatz dieses zukünftig zentralen Energieträgers geschaffen werden. „In einem System ohne fossile Energieträger muss die schwankende Stromerzeugung der Erneuerbaren ausgeglichen werden“, sagt Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am ISE, und erläutert: „Dafür werden unter anderem flexible Elektrolyseanlagen zur Herstellung von Wasserstoff immer wichtiger. Das bereits bestehende Erdgasnetz kann dabei als Langzeitspeicher genutzt werden.“

Im Kontext seiner Forschungsarbeiten hat das ISE eine Einspeiseanlage für Wasserstoff in das Gasnetz auf dem Gelände seines Standorts in der Auerstraße in Freiburg, Industriegebiet Nord, errichtet und in Betrieb genommen. Unterstützt wurde das Institut dabei durch die Projektpartner badenova / bnNETZE und Hochschule Offenburg. Die Errichtung und der Betrieb in 2017 wurden im Rahmen des Projekts „Kommunaler Energieverbund Freiburg“ mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg durch den beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eingerichteten Projektträger finanziert. Die Einspeiseanlage speist bereits seit August 2017 Wasserstoff in eine Gasversorgungsleitung im kommunalen Verteilnetz ein. Gaskunden im Industriegebiet Nord und in Gundelfingen erhalten seitdem bis zu 2 % Wasserstoff im Erdgas.

Im Rahmen des Projekts wurden für diese Anlage komplexe Algorithmen für den Betrieb der Anlage entwickelt und erprobt. Diese basieren auf einer modellprädiktiven Regelung, d.h. sie optimieren den jeweiligen Tagesbetrieb mit Hilfe eines im Algorithmus integrierten vereinfachten Simulationsmodells. Die Ziele der erprobten Algorithmen sind entweder eine maximale lokale Grünstromnutzung, ein möglichst günstiger Stromeinkauf am Day-Ahead-Markt der EEX-Strombörse oder eine Kombination aus beiden.

Auch wenn durch das ISE kein kommerzieller Betrieb vorgesehen ist, wird die Anlage nach ökonomisch-ökologischen Gesichtspunkten betrieben.