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Elektrolysebetrieb unter stark schwankendem Stromaufkommen

Zahlreiche Elektrolyseanlagen sind bereits am Markt und in Betrieb. Dennoch ist der tatsächliche Betrieb, insbesondere einer PEM-Elektrolyse mit mehreren Megawatt Leistung, unter stark schwankendem Stromaufkommen nur unzureichend entwickelt und erforscht. Mit dem HYPOS-Projekt MegaLyseurPlus soll sich das ändern. Im Gespräch blickt Frau Dr. Nadine Menzel vom Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES auf den Projektverlauf und seine Ergebnisse zurück.

HYPOS: Was war die Idee, die zur Initiierung des Projekts geführt hat?

Menzel: Das ist eine sehr gute Frage. Die Idee wuchs daraus, dass wir gerne ein Projekt zur Weiterentwicklung der Leistungselektronik für Elektrolyseanwendungen machen wollten, da hier oft nur Standardkomponenten aus anderen Anwendungen verwendet werden, die nicht auf diese Anwendung abgestimmt sind. Dazu brauchten wir dann noch einen Nutzer der Leistungselektronik, also eine PEM-Elektrolyseanlage, bei der ebenfalls noch viel Entwicklungspotential liegt. Und da zu dem Zeitpunkt auch gerade die Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen bei verschiedenen Drücken ein großes Thema war, durfte natürlich die Komprimierung des Wasserstoffes und die damit verbundenen noch zu klärenden Fragen in dem Projekt nicht fehlen.

HYPOS: Mit welchen Zielen und Hoffnungen sind Sie in das Projekt gestartet?

Menzel: Ziele des Projektes waren einerseits der erfolgreiche Aufbau und Betrieb der Gesamtanlage, bestehend aus Leistungselektronik, PEM-Elektrolyse und Kompressionseinheit, andererseits aber auch die Weiterentwicklung und vor allem Optimierung der einzelnen Komponenten oder Bauteile der drei Hauptbestandteile der Gesamtanlage inkl. der Analyse, welchen Effekt diese dann auf die Wirkungsweise der Gesamtanlage haben.

 Kompressorteststand; Bildnachweis: Arnold/ Borsig ZM Compression GmbH

 Kompressorteststand; Bildnachweis: Arnold/ Borsig ZM Compression GmbH

HYPOS: Welche Innovationen konnten im Rahmen der Projektarbeit erreicht werden?

Menzel: Im Rahmen des Projektes konnten neue Membranen für die PEM-Elektrolyse entwickelt und evaluiert werden. Die Membranen wurden hinsichtlich der Wasserstoffpermeation untersucht, wofür auch ein neuer Teststand entwickelt wurde, als auch der Einfluss der Wasserqualität sowie Schnellalterungsprotokolle entwickelt. Ebenfalls wurde ein aktiver Oberschwingungsfilter für die Leistungselektronik der PEM-Elektrolyseanlage sowie neue und innovative Thyristoren für den Gleichrichter entwickelt, hergestellt und getestet. Außerhalb der Laborebene konnte die Kompressionseinheit erfolgreich konstruiert und in Betrieb genommen werden sowie ein Sicherheitskonzept und eine Sicherheitssteuerung erstellt werden.

Ionomer-Bild-Hochdruck-Teststand; Bildnachweis: Fraunhofer IGB

Ionomer-Bild-Hochdruck-Teststand; Bildnachweis: Fraunhofer IGB

HYPOS: Welchen Herausforderungen/Hürden/Überraschungen sind Sie während der Projektarbeit begegnet?

Menzel: Eine der größten Herausforderungen während der Projektlaufzeit war der doch für alle überraschende Ausstieg von Siemens Energy aus dem Projekt. Damit fehlte dann der zentrale Baustein der Gesamtanlage, die PEM-Elektrolyse. Das Projekt wurde dann erstmal unterbrochen und die restlichen Projektpartner haben sich viele Gedanken gemacht, ob und in welcher Form das Projekt fortgeführt werden kann. Nach vielen kreativen Gesprächen, auch mit Unterstützung von HYPOS-Vorstand und dem Projektträger, konnten wir das Projekt dann wieder aufnehmen. Lieferengpässe und Corona führten ebenfalls noch zu weiteren kleineren Verzögerungen und nötigen Anpassungen. Am Ende konnten das Projekt dann aber trotzdem erfolgreich abgeschlossen werden.

HYPOS: Worin sehen Sie den langfristigen Nutzen Ihrer Projektarbeit auch nach Abschluss des Projekts?

Menzel: Das Projekt hat gezeigt, dass es in allen Bereichen einer Elektrolyseanlage, sei es jetzt die Leistungselektronik, die Elektrolyse selbst oder auch die Kompression vom Wasserstoff noch viel Entwicklungspotential und Forschungsbedarf gibt. Jeder Partner verfolgt daher in weiterführenden Projekten sein spezielles Thema weiter und wird damit langfristig zur erfolgreichen Umstellung auf Wasserstoff im Energie- oder auch Industriesektor beitragen.

HYPOS: Vielen Dank für das Gespräch.

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