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Energiespeicher auf Wasserstoffbasis

Die steigende Nachfrage von Tages- und Übernachtungsgästen auf dem Ausflugs- und Aussichtsberg Kandel führte zu dem Entschluss, die „ Bergwelt Kandel“ wieder neu zu beleben. Im Zuge dessen entsteht mit der konsequenten Umsetzung des Nachhaltigkeitsprinzips eine SB-Berggaststätte mit Übernachtungsmöglichkeiten in Doppel- und Mehrbettzimmern, Ferienwohnungen und ein Bergchalet-Dorf. Ziel ist eine zu 100% autarke Energieversorgung, welche durch den Einsatz von hochflexible Energiespeicherlösungen die stark wechselnden Anforderungen zuverlässig abdeckt. Im Fokus der geplanten Vorstudie / Konzeptentwicklung standen im Kontext der o.g. Anforderungen Energiespeicherkonzepte auf Wasserstoffbasis, welche durch ihre hohe Flexibilität sehr gut geeignet sind, zwischenzeitliche Stromüberschüsse aus fluktuierenden Energiequellen (Sonne, Wind), in einen energetisch hochwertigen und gut speicherbaren Energieträger umzuwandeln und anschließend je nach Bedarf beliebig lange zwischenzuspeichern. Somit sollten durch die Konzeptionsentwicklung wertvolle Erkenntnisse für die Umsetzung in einem Gesamtenergiekonzept mit einem möglichst hohem Autarkiegrad gewonnen werden. Diese Ergebnisse liegen nun vor und können im Abschlussbericht nachgelesen werden. Weitere Informationen rund um die Konzeptionierung der neuen Bergwelt Kanel finden sich unter www.Bergwelt-Kandel.de

Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt:

  • Wirtschaftlichkeit: Ein wesentlicher Faktor für den wirtschaftlichen Betrieb der H2-Anlage stellt die Auslastung ( Anzahl der Vollaststunden) der zentralen Anlagenkomponenten (Elektrolyseur, Brennstoffzellen-BHKW) dar. Eine wirtschaftliche Auslastung kann ab ca 4.000 Vollaststunden/a erreicht werden. Dies lässt sich jedoch aktuell im BV Bergwelt Kandel allein mit der möglichen PV-Ausbeute von ca. 1.500 Vollaststunden/a nicht erzielen. Möglicherweise kann durch einen zukünftigen Erweiterung der Eigenenergieversorgung bspw. durch eine Kleinwindkraftanlage die Energieausbeute (Volllaststunden) gesteigert werden und damit verbunden auch die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.
  • Wahrnehmung und Akzeptanz: Der verfahrenstechnische Charakter und die Komplexität der H2-Anlage wird von den Bauherrn der Bergwelt Kandel (Gastronomie- und Hotelbranche) eher als eine Anlagetechnik mit Bezug zum industriellen Umfeld (bspw. Verdichtungsdrücke bis zu 300 bar ü) wahrgenommen, welches für sie ein fremdes Terrain mit einem schwer einzuschätzenden unternehmerischen Risiko darstellt.
  • Flächenplanung und notwendiger Platzbedarf: Die frühzeitige Berücksichtigung des notwendigen Platzbedarfs für die Integration eines bzw. mehrerer 30 bar - H2-Speicher, ermöglicht die sog. „Direkte Speicherung“ (d.h. eine H2-Speicherung ohneDruckerhöhung) und damit verbunden die Nutzung einer ganzen Reihe von positiven Auswirkungen aufdas geplante Projektvorhaben:- geringerer Komplexitätsgrad (weniger Anlagenkomponenten)
    • kein zusätzlicher Verdichter inkl. Druckluftkompressor notwendig
    • höherer Wirkungsgrad
    • geringere Investitionskosten
    • geringer Betriebskosten (Eigenenergiebedarf, Wartungskosten)
    • Steigerung der Akzeptanz (s.a. Pkt. 2)

Projektdaten

Projektnummer 2019-08
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Metzgerei Reichenbach
Laufzeit 01.01.2019 - 29.01.2020
Zuschuss 17.000€

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Freiland- und Laboruntersuchungen zum Verhalten ausgewählter Sulfonylharnstoff-Herbizide im Boden
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Herbizide und Grundwasser

Seit den 1980er Jahren verwendet die Landwirtschaft immer mehr Herbizide auf Basis von Sulfonylharnstoffen (SHS). Weil SHS für Säugetiere nur gering toxisch sind und schon bei niedrigen Mengen effizient wirken, sind SHS beim Maisanbau mittlerweile das zweitwichtigste Pflanzenschutzmittel. Bisher wusste man überwiegend aus Modellversuchen, wie sich die Stoffe im Boden verhalten. Nachdem neuere Untersuchungen SHS im Trink- und Oberflächenwasser nachwiesen, untersuchte badenova zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe, ob und wie stark sechs SHS-Stoffe ins Grundwasser auswaschen. Dazu untersuchten die Forscher neben den Laborversuchen eine Testfläche bei Bruchsal sowie zwei weitere in den Wasserschutzgebieten Hausen und Donauried bei Langenau. Nach Projektende 2008 stand fest, dass die Herbizide in sehr unterschiedlichen Mengen ins Grundwasser gelangen, wobei die Standortbedingungen eine bedeutende Rolle spielen. Besonders nach Starkregen ist es möglich, dass sich mittlere Konzentrationen an SHS im Grundwasser finden. Zusätzlich wiesen die Forscher darauf hin, dass sich die Stoffe im Boden anreichern und so in Zukunft für stärkere Konzentrationen sorgen könnten. Daher empfehlen die Wissenschaftler, dass Behörden und Wasserversorger künftig vier der untersuchten Stoffe in ihrem Grund- und Rohwassermonitoring überwachen. Besonders für die Oberrheinregion, wo Mais bereits knapp ein Viertel der Anbauflächen ausmacht, tragen die Ergebnisse dazu bei, dass die Landwirte SHS-Herbizide bewusster und umweltfreundlicher einsetzen können.

Einspeisung von PV-Strom ins Straßenbahnnetz in Kombination mit einem Batteriespeicher zur Maximierung der Anlagengröße für einen ökonomischen Betrieb und größtmöglichen Beitrag zum Klimaschutz
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Das VAG-Netz als Speicher für PV-Strom

Das klimaneutrale Freiburger Fußballstadion wird nach Fertigstellung mit Strom aus Photovoltaikanlagen versorgt. Dabei mußten die Planer den stark schwankenden Energiebedarf – hoch an Spieltagen, niedrig in den Wochen dazwischen – in Betracht ziehen. Deshalb wurden beim Stadion zwei PV-Anlagen vorgesehen: eine kleine zur Deckung des Grundbedarfs und eine größere zur Deckung der Spitzenlasten. Kann der Strom nicht vom Stadion genutzt werden, wird er ins Stromnetz eingespeist. Wirtschaftlich ist das oft wenig sinnvoll, denn wenn auch andere Erzeuger erneuerbarer Energien viel Strom einspeisen, z. b. in sonnigen Sommermonaten, erhält der Betreiber nur geringe oder gar keine Erlöse. Daher analysierte eine Machbarkeitsstudie der badenova WärmePlus und des Fraunhofer ISE eine alternative Einspeisung, nämlich ins Straßenbahnnetz der VAG. Das Projektziel war es, herauszufinden, ob daraus eine Gewinnsituation für beide Seiten entstehen kann: Die VAG erhält Strom zu günstigeren Konditionen; die WärmePlus kann den PV-Strom direkt,wirtschaftlich und lokal sinnvoll einsetzen. Zentraler Bestandteil eines solchen Systems ist ein Batteriespeicher, der flexibel zwischen Angebot und Nachfrage puffern kann. Ebenso könnte das Speichersystem auch die Energieeffizienz der VAG verbessern. Bisher gehen bis zu 950.000 kWh Bremsenergie pro Jahr verloren. Zwar sind die Straßenbahnen der VAG rückspeisefähig, d. h. sie können die beim Bremsen erzeugte Energie ans Straßenbahnnetz abgeben, das funktioniert aber nur, wenn sich gerade eine anfahrende oder beschleunigende Straßenbahn in unmittelbarer Nähe befindet, um die Energie aufzunehmen. Ist dies nicht der Fall, z. b. an Ausläuferstrecken oder Endhaltestellen, wandeln die Straßenbahnen die Bremsenergie in Verlustwärme um. Ein Batteriespeicher könnte diesen überschüssigen Strom aufnehmen. In einem früheren Innovationsfondsprojekt hatte die VAG bereits einen kleineren Schwungradspeicher an einer Endhaltestelle erprobt. Im jetzigen Projekt wurde von den Experten der WärmePlus und dem Fraunhofer ISE ein komplexeres Speichersystem angedacht, dass sowohl PV-Strom als auch Bremsenergie aufnehmen und gezielt und erlösoptimiert entweder über einen Wechselrichter an das öffentliche Netz oder direkt als Gleichstrom in das Straßenbahnnetz abgibt. Dazu verglichen sie verschiedene auf dem Markt erhältliche Speichermodelle, und analysierten, wie groß ein solcher Speicher ausgelegt sein muss, um sowohl wirtschaftlich wie effizient zu sein. Mit dem an die lokale Infrastruktur angepassten Konzept zeigte das Projekt neue Wege auf, um Energieversorgung und Energiewende ökologisch und ökonomisch sinnvoll zu gestalten. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: Große Herausforderung bei der Auslegung des Gesamtsystems ist in diesem Fall die sich stark ändernde Energiebezugsleistung beim Anfahren der Straßenbahnen. Darin unterscheidet sich dieser Anwendung eines PV-Batterie-Speichersystems stark von herkömmlichen Einsatzgebieten. Eben dies führt auch dazu, dass sehr anwendungsspezifische Batteriespeichertechnik eingesetzt werden muss, um das Straßenbahnnetz sinnvoll mit PV-Strom zu speisen. Diese ist wiederum oft teuer, da sie bisher nicht im Massenmarkt eingesetzt wird. Die aktuellen energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen erschweren den Ansatz eines multifunktionalen Batteriespeichers, wodurch viele Batteriespeicher mit nur einem Anwendungsfall nicht wirtschaftlich betrieben werden können. Bei weiteren Anwendungsfällen neben der PV-Stromzwischenspeicherung, wäre eine Wirtschaftlichkeit auch in diesem Fall leichter zu erzielen. Für eine bessere Wirtschaftlichkeit ist auf möglichst kurze Kabelstrecken und ein geeigneter Netzanschlusspunkt zu achten, da dadurch die Investitionskosten reduziert werden können. In diesem Fall waren die Kabelwege im Verhältnis zur PV-Leistung wesentlich zu hoch.

Masterplan Energieeffiziente Stadt
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Masterplan Energieeffiziente Stadt

Mit dem Klimaschutzkonzept von 2007 hat sich Freiburg ehrgeizige Ziele gesetzt. Bis 2030 will die Stadt ihre CO2-Emissionen um 40 Prozent senken. Ein wichtiges Planungsinstrument auf dem Weg dahin ist der MasterPlan energieeffiziente Stadt. Gemeinsam mit badenova, dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) und dem Zentrum für Erneuerbare Energien (ZEE) der Universität Freiburg erstellte die Stadt ein umfassendes Konzept für eine effiziente Energieversorgung. Am Anfang des Projektes standen Fragen: Wie kann Freiburg energieeffizienter werden? Wie viel Wärme oder Strom brauchen die Freiburger jetzt und in Zukunft? Wo und mit welchen Technologien, Planungsinstrumenten und Synergieeffekten kann man Energie sparen? Kern des Projektes ist ein Energiekataster, eine Art Stadtplan für den Energieverbrauch. Aufbauend auf der bestehenden Geodateninfrastruktur (GDI) Freiburg und neuen Erhebungen erstellt das Umweltschutzamt ein geographisches Informationssystem (GIS) Es soll die Siedlungs- und Versorgungsstruktur darstellen und detailliert aufzeigen, wer wo welche Energie verbraucht. Dieser Datensatz erleichtert den Stadtplanern in Zukunft die Arbeit. Das Energiekataster ist Teil des Gesamtkonzeptes, mit dem die Stadt überprüft, wie wirtschaftlich und ökologisch verschiedene Lösungsansätze sind. Das Ziel der Verantwortlichen ist, dass Freiburg nachhaltig wächst und verantwortungsvoll mit Ressourcen umgeht. Um das Potential des Masterplans voll auszuschöpfen, bezieht das Umweltschutzamt alle Akteure – Bauwirtschaft und Industrie, Mieter und Hausbesitzer – mit ein und informiert die Bürger umfangreich. Das Endergebnis Masterplan kann in Zukunft auch anderen Städten und Kommunen als Orientierungshilfe dienen.