WAVE-H2 Campus Freudenstadt
Die Integrationsplattform
WAVE-H2 Campus Freudenstadt
Die Integrationsplattform
Batterie
In einem modernen Energiesystem sind Energiespeicher von essenzieller Bedeutung und spielen eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Energiewende. Daher wird die WAVE-H2 Plattform über verschiedene Speichertechnologien für alle dort eingesetzten Energieträger verfügen. Für die Speicherung von Elektrizität wird ein Lithium-Ionen-Batteriespeicher eingesetzt. Ein Batteriespeicher kann in einem Stromnetz verschiedene Aufgaben übernehmen, darunter das Zwischenspeichern günstiger Energie, das Verschieben von Lastspitzen und die Stabilisierung des Netzes. Darüber hinaus ermöglicht er die Entkopplung der variablen Erzeugung erneuerbarer Energien vom direkten Verbrauch. Diese und weitere Anwendungsfälle sind auf der Plattform realisierbar. Der Batteriespeicher verfügt über eine Kapazität von 200 kWh und kann eine Leistung von 100 kW aufnehmen oder abgeben. Die Anbindung erfolgt zunächst an das Niederspannungswechselstromnetz der Plattform. Im Kontext der vorliegenden Untersuchungen ist der Batteriespeicher besonders interessant, da die Plattform verschiedene Energieträger kombiniert und dieser Speicher eine zentrale Rolle im Energiemanagement der Plattform einnimmt.
Brennstoffzelle
Eine PEM-Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff effizient in Strom und Wärme um (Rückverstromung), wodurch sie eine klimafreundliche Alternative zu konventionellen Energiequellen darstellt. Unsere Brennstoffzelle unterstützt nachhaltige Energiesysteme, indem sie flexibel auf Energiebedarfe reagiert. Die Integration in Gleichstromnetze wird untersucht, um Umwandlungsverluste zu verringern und die Gesamteffizienz zu erhöhen. Sie ist ein wichtiger Baustein für resiliente und klimaneutrale Energiesysteme.
Digitale Zwillinge
Digitale Zwillinge simulieren das Verhalten realer Anlagen in einer virtuellen Umgebung unter Verwendung von Echtzeitdaten. Sie ermöglichen es, Betriebsweisen zu testen, Regelungen zu optimieren und Degradationsprozesse zu analysieren, ohne die physische Anlage zu beeinträchtigen. Mit umfassender Sensorik und Machine-Learning-Ansätzen verbessern wir die Effizienz der Anlagen und validieren unsere Ergebnisse an den realen Anlagen, was die Weiterentwicklung von nachhaltigen, sicheren Energiesystemen vorantreibt.
H2-Speicher
Die Wasserstoffspeicher sind ein zentraler Bestandteil des WAVE-H2-Systems und dienen als Niederdruckgassystem zur Speicherung von komprimiertem Wasserstoff bei einem Druck 30 bar. Sie ermöglichen eine flexible Zwischenspeicherung von Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird.
Die Hauptfunktion der beiden 90 m³ fassenden Edelstahlspeicher ist die Speicherung und bedarfsgerechte Bereitstellung von Wasserstoff für die Rückverstromung oder industrielle Anwendungen. Dadurch tragen sie zur Versorgungssicherheit und Systemstabilität bei.
Besonders hervorzuheben sind ihre kompakte Bauweise, hohe Effizienz und lange Lebensdauer. Die Speicher lassen sich als Einzelanlage oder in vernetzten Systemen betreiben, wodurch sie vielseitig einsetzbar sind. Sie ermöglichen eine optimale Integration von erneuerbaren Energien, reduzieren Netzbelastungen und fördern eine nachhaltige, CO₂-neutrale Energieversorgung. Damit sind sie ein Schlüsselelement für die Energiewende und innovative Wasserstofftechnologien.
Innovationsplatz H2-Speicher
Um die Plattform wandlungsfähig zu gestalten, sind Innovationsplätze für neue Forschungsanlagen vorgesehen. Alle Innovationsplätze verfügen über Infrastrukturanschlüsse und sind bereits für bestimmte Leistungsgrenzen genehmigt. Das Ziel ist mit diesen Plätzen schnell neue Technologien in die Plattform integrieren und ihre Interaktion im Gesamtsystem untersuchen zu können.
Der Innovationsplatz H2-Speicher verfügt über eine elektrische Anschlussleistung von 500 kVA, einer maximalen auskoppelbaren thermischen Leistung von 250 kW sowie maximal auskoppelbaren Temperaturen von 100 °C sowie einem Wasserstoffanschluss mit bis zu 36 kg/h sowie Druckluft- und Stickstoffanschlüsse.
Recyclingofen
Der Recyclingofen ermöglicht das effiziente Recycling von Metallen wie Aluminium und Stahl und trägt somit zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien bei. Dabei untersuchen wir, wie Wasserstoff in verschiedenen Phasen des Recyclingprozesses eingesetzt werden kann, um die Effizienz zu steigern und den Energieverbrauch zu minimieren.
Der Wasserstoff wird als Reduktionsmittel genutzt, um Oxide in den Metallabfällen zu reduzieren und die Reinheit des zurückgewonnenen Metalls zu erhöhen. Dies führt zu einer effizienteren Metallrückgewinnung mit geringerem Energieaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Weiterhin kann der Recyclingofen ebenfalls mit Strom betrieben werden, wodurch der Betrieb flexibler ist.
BHKW
Blockheizkraftwerke (BHKW) ermöglichen die Rückverstromung von Wasserstoff und unterstützen eine flexible und nachhaltige Energieversorgung, indem sie gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen. Unser BHKW mit 240 kW Leistung kann mit Wasserstoff, Erdgas oder Mischungen betrieben werden (bivalenter Betrieb) und flexibel in voller oder reduzierter Leistung arbeiten. Diese Vielseitigkeit hilft, schwankende Energiebedarfe auszugleichen und eine zuverlässige Energieversorgung sicherzustellen. Da BHKW schrittweise auf Wasserstoff umgerüstet werden können, bieten dies Unternehmen eine kosteneffiziente Möglichkeit, ihre Energiesysteme zukunftssicher zu machen. Die Anpassungsfähigkeit für den Wasserstoffeinsatz ist entscheidend für die Klimaneutralität und die Energiewende.
DC-Netz
Die WAVE-H2-Plattform nutzt ein Gleichstromnetz mit 650 V Spannung und einer Einspeiseleistung von 1,4 MW. Dadurch können Elektrolyseure, Wärmepumpen, Brennstoffzellen und zukünftige Anlagen effizient mit Strom versorgt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die auf Wechselstrom setzen, ermöglicht Gleichstrom eine effizientere Energiewandlung und eine längere Speicherung in Form von Wasserstoff, der bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt wird. Besonders interessant ist Gleichstrom für die Wasserstofftechnologien, da diese oft auf Gleichstromsystemen basieren. Dies bringt auch Vorteile für die Prozessindustrie, die große Mengen an Wasserstoff benötigt. In Bezug auf Klimaneutralität spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle, da er eine Lösung für die Langzeitspeicherung von Energie bietet. Zudem senkt die höhere Effizienz von Gleichstrom den Strombedarf, Energiekosten und Emissionen.
Elektrolyseur
Ein Elektrolyseur spaltet mithilfe von Strom und Wasser Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser Wasserstoff dient, wenn er mit erneuerbaren Energien erzeugt wurde, als nachhaltiger Energieträger für vielfältige Anwendungen in der Industrie und Energieversorgung. Unser Elektrolyseur mit 1 MW Leistung ermöglicht die effiziente Produktion von Wasserstoff für unsere Untersuchung von zukünftigen Energiesystemen. Durch die Integration des Elektrolyseurs in ein Gleichstromnetz werden Umwandlungsverluste minimiert, während eine flexible Betriebsweise eine zuverlässige Energieversorgung auch bei volatilen erneuerbaren Energiequellen sicherstellt.
Innovationsplatz H2-Erzeuger
Um die Plattform wandlungsfähig zu gestalten, sind Innovationsplätze für neue Forschungsanlagen vorgesehen. Alle Innovationsplätze verfügen über Infrastrukturanschlüsse und sind bereits für bestimmte Leistungsgrenzen genehmigt. Das Ziel ist mit diesen Plätzen schnell neue Technologien in die Plattform integrieren und ihre Interaktion im Gesamtsystem untersuchen zu können.
Der Innovationsplatz H2-Erzeuger verfügt über eine thermisch auskoppelbare Leistung von 100 kW, sowie einem Stromanschluss von 200 + 50 kVA (Anlage + Peripherie), einem Anschluss für auskoppelbare Temperaturen von bis zu 100 °C sowie Druckluft- und Stickstoffanschlüsse.
Innovationsplatz H2-Verbraucher
Um die Plattform wandlungsfähig zu gestalten, sind Innovationsplätze für neue Forschungsanlagen vorgesehen. Alle Innovationsplätze verfügen über Infrastrukturanschlüsse und sind bereits für bestimmte Leistungsgrenzen genehmigt. Das Ziel ist mit diesen Plätzen schnell neue Technologien in die Plattform integrieren und ihre Interaktion im Gesamtsystem untersuchen zu können.
Der Innovationsplatz H2-Verbraucher verfügt über einen Wasserstoffanschluss mit bis zu 17 kg/h Wasserstoff, einen elektrischen Anschluss von 200 kVA, einer auskoppelbaren thermischen Leistung von 200 kW und auskoppelbaren Temperaturen von bis zu 100 °C. Weiterhin verfügt er über einen Erdgasanschluss (23,3 Nm3/h) sowie Druckluft- und Stickstoffanschlüsse.
Wärmepumpe
Industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen arbeiten auf Basis eines Kältemittelkreislaufs. Sie entziehen Abwärmequellen mit niedriger bis mittlerer Temperatur die Wärme und erhöhen diese auf ein höheres Temperaturniveau. Diese Fähigkeit, hohe Temperaturhübe zu realisieren, ist in vielen energieintensiven Prozessen, wie in der Lebensmittel-, Chemie- und Metallindustrie, von zentraler Bedeutung. Durch die Integration thermischer Energiespeicher kann überschüssige Wärme zwischengespeichert und bei Bedarf abgerufen werden, wodurch die Anlage besonders flexibel auf schwankende Wärmeanforderungen reagieren kann. In Kombination mit wasserstoffbasierten Systemen wie Brennstoffzellen, die sowohl Wärme als auch Strom produzieren, sowie Elektrolyseuren, die Wasserstoff erzeugen, entsteht ein hocheffizientes und integriertes Energiesystem, das Wärme und Wasserstoff optimal nutzt.