Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA)
Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. (FSM)
Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (DECHEMA)
BA.Sc.Martin Hayduk
Hochschule Stralsund Institut für Regenerative EnergieSysteme (IRES)
M.Sc. Oliver Kühn
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (Fh IGP)
Das IGF-Vorhaben 36 LBR der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) wurde im Rahmen des Programms Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Der Bericht kann bei der FOSTA (FOSTA-Berichte – Matplus Shop) oder beim FSM (info(at)fsm-net.org) bestellt werden.
Kurzzusammenfassung
Aufgrund des Klimawandels besteht der akute Handlungsbedarf, einen Wechsel von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energiequellen vorzunehmen. Offshore- Windparks bieten dabei die Möglichkeit, große Mengen an Strom aus regenerativen Energiequellen bereitzustellen. Allerdings treten bei der Stromproduktion periodische Schwankungen auf, die in den dynamischen Umgebungsbedingungen begründet sind. Um eine Zwischenspeicherung der umgewandelten Energie zu ermöglichen, ist die Herstellung von Wasserstoff aus Offshore-Windenergie sinnvoll. Der dazu verwendete Prozess wird als Elektrolyse bezeichnet. Somit ist es möglich, die Produktion und den Verbrauch der grünen Energie zeitlich zu entkoppeln.
Problemstellung
Bisher haben Offshore-Windparks mit integrierter Wasserstoffinfrastruktur aufgrund ihrer Neuartigkeit nur ein geringes Technology Readiness Level (TRL). In der Gestaltung, Planung und Projektdurchführung fehlt das Erfahrungswissen. Es werden flexible Planungsverfahren benötigt, da das Spektrum an Konfigurationsmöglichkeiten breit ist. So müssen die verschiedenen Arten der Elektrolyse sowie Transporttechnologien mit ihren jeweiligen Stärken und Schwächen betrachtet und für den konkreten Anwendungsfall bewertet werden. Zudem sind die Systemkosten und die Energieproduktion von den Umgebungsparametern abhängig, welche für jedes Szenario variieren können. Diese Einflussgrößen wirken zudem aufeinander ein, wodurch sich die Komplexität der Planung des Gesamtsystems erhöht und eine Einschätzung der Durchführbarkeit anhand wirtschaftlicher Kennzahlen im Augenblick nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar ist.
Zielstellung und Lösungsweg
Ziel dieses Forschungsvorhabens war daher die Erstellung einer Planungsmethodik sowie die Entwicklung eines Werkzeuges für die 3D-Struktur- sowie Kostenplanung von Offshore-Windparks mit integrierter Wasserstoffinfrastruktur. Zusätzlich wurde ein systemdynamisches Modell erstellt, mit dem die Zusammenhänge von Einflussfaktoren dargestellt werden. In dem Projekt wurden verschiedene Möglichkeiten der Systemstruktur betrachtet und ein Anwendungsszenario definiert. Mithilfe von konfigurierbaren Parametern (technisch, ozeanografisch etc.) konnten Kennzahlen für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erstellt werden, wodurch eine szenarioanalytische Betrachtungsweise umgesetzt wurde. Als Datengrundlage für die Umgebungsparametern wurden Geoinformationssystem-Daten (GIS-Daten) in das System integriert, um Umgebungsparameter und standorttypische Faktoren in den Planungsprozess einzubeziehen (Entfernung zur Küste, Wassertiefe etc.). Anhand dieser Parameter erfolgte die Kalkulation des produzierten Wasserstoffs sowie dessen Verrechnung mit den Systemkosten.
