Microgrid

Teilstudie: Anwendungsentwicklung autarker Einheiten „Microgrids“ (Hochschule Bremerhaven)

3D Zeichnung des geplanten Containers
Quelle: Elias Rysanek

Zum Gelingen der Energiewende können sog. „Microgrids“, also kleinräumige elektrische Energienetze zur Energieversorgung einen wesentlichen Beitrag in regional abgegrenzten Gebieten/Einheiten, also z.B. dezentral in Häusern, Industrie und Gewerbe, leisten. Ein Microgrid ist prinzipiell ein Inselnetz – im Gegensatz zu reinen Inselnetzen kann ein Microgrid  aber sowohl autark bzw. unabhängig vom Verbundnetz als auch durch die Netzkopplung netzparallel, also über die Möglichkeit einer synchronen Anbindung an ein Verbundnetz, betrieben werden. Im Rahmen dieser Teilstudie wird ein Microgrid-Testlabor aufgebaut, in dem Microgrids mit (grünem) Wasserstoff betrieben werden. Es werden Fragestellungen zur Speicherdichte, Sicherheit, Lebensdauer, Benutzerfreundlichkeit, Wartungsfreiheit und Energieautarkie bearbeitet, die sich auf regional begrenzte Gebiete beziehen, welche sich vollständig aus erneuerbaren Energien (Wind, Sonne) versorgen.

Im Unterschied zu reinen Inselnetzen hat das Microgrid im vorliegenden Teilprojekt einen Netzanschluss.Das Microgrid kann somit sowohl autark (Inselbetrieb) als auch netzgekoppelt ( Netzparallelbetrieb) betrieben werden.Im Fall des Inselbetriebs des Microgrids kann dieses abgekapselt und autark, also unabhängig, die Energie bereitstellen. Generell erfolgt im vorliegenden Projekt die Energiebereitstellung durch Windenergie- und Photovoltaikanlagen, für windschwache und sonnenarme Stunden kann die benötigte Energiemenge aus gespeichertem grünem Wasserstoff bereitgestellt werden. Um die elektrische Energie in Form von Wasserstoff zu speichern, wird ein Teil der elektrischen Energie der Windenergie- und Photovoltaikanlage durch Elektrolyse in grünen Wasserstoff umgewandelt, in Gasflaschen gespeichert und bei Bedarf durch eine Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Das Schaubild zeigt den Verlauf der Energie von der Erzeugung, über die Wandlung und Speicherung bis hin zu den Verbrauchern:

Übersicht Microgrid
Quelle: David Salomon Stephan

Der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle sind Sektorenkoppler, sie stellen das Bindeglied zwischen dem elektrischen Netz mit dem H2-Gasnetz des Microgrids dar (siehe Abbildung).

Das Wasserstoffnetz setzt sich aus einem Niederdruck-/ und Hochdruckspeicher (ND-/ HD-Speicher) und einem H2-Kompressor zusammen. Der Wasserstoffkompressor verbindet den Niederdruckbereich mit dem Hochdruckbereich in dem er das einströmende H2-Gas verdichtet und somit auf ein höheres Druckniveau anhebt. Durch die Komprimierung des Gases kann eine größere Menge an Wasserstoff bei gleichem Gasflaschenvolumen gespeichert werden. Die Wasserstoffspeicher befinden sich im angrenzenden Käfig des Microgrid Containers der Hochschule Bremerhaven. Der Stromspeicher, die elektronischen Leistungskomponenten und der Stromsektor befinden sich im Inneren des Containers. Die Brennstoffzelle kann sowohl über den ND-Speicher, als auch den HD-Speicher mit Wasserstoffversorgt werden (vgl. Abbildung1).

Sektorenkopplung Microgrid Container
Quelle: David Salomon Stephan