Bei erneuerbaren Energien stellt die wirtschaftliche Speicherung eine Herausforderung dar. Hier setzt das Forschungsprojekt „District Energy Storage and Supply System 2020+“ an: Hauptziel ist, den grünen Strom künftig nicht mehr über weite Strecken zu transportieren. Dafür sollen dezentrale Speichermöglichkeiten entwickelt werden. In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Vorhaben arbeitet die Robert Bosch GmbH als Koordinator mit dem Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme zusammen. Für das Forschungsprojekt DESS2020+ wurde eine Laufzeit von drei Jahren – bis Oktober 2018 – festgesetzt. Es ist Teil des sechsten Energieforschungsprogramms „Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
Abb.: Konzept zur Speicherung und Nutzung von dezentral erzeugter, erneuerbarer Energie in einem Wohnquartier. (Bild: Bosch)
„Wir untersuchen ein weitgehend geschlossenes System für Wohnquartiere, in dem Strom regenerativ erzeugt, vor Ort gespeichert und dort auch verbraucht wird. Das soll nicht nur in den angeschlossenen Haushalten funktionieren, sondern auch bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen“, sagt Annika Utz. Die Ingenieurin leitet das Projekt DESS2020+ am Bosch-Forschungscampus in Renningen. Die Forscher setzen dabei auf ein System aus drei Kernkomponenten: einem Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseur, einer Festoxidbrennstoffzelle und mehreren Wasserstoff-Speichertanks.
Die Forscher gehen von einem Wohngebiet mit etwa hundert Haushalten aus, in dem Strom beispielsweise über eine Photovoltaikanlage gewonnen wird. Ein PEM-Elektrolyseur nutzt diesen Strom, um Wasser in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Der Wasserstoff wird in Tanks gespeichert und unabhängig vom Erzeugungszeitpunkt zum Betrieb der Brennstoffzelle genutzt. Diese liefert bedarfsgerecht Strom sowie Energie zur Wassererwärmung und Raumheizung der angeschlossenen Gebäude. „Die Festoxidbrennstoffzelle eignet sich besonders, weil sie sowohl mit Wasserstoff als auch mit Erdgas läuft und somit optimal für den Übergang von fossiler zu regenerativer Energieversorgung geeignet ist. Dies ist ein entscheidendes Kriterium für die Versorgungssicherheit. Sollte tatsächlich einmal nicht genügend Wasserstoff zur Verfügung stehen, kann kurzfristig auf Erdgas umgestellt werden“, erklärt Utz. Der Vorteil dieses Speichersystems: Bei bisher üblichen Batteriespeichern gehen größere Kapazitäten stets einher mit erheblich höheren Kosten. Wasserstoff hingegen kann auch in großen Mengen vergleichsweise günstig und damit wirtschaftlicher gespeichert werden.
Außer der Energieversorgung der Haushalte soll das System auch zur umweltfreundlichen Mobilität beitragen. So könnte im Quartier eine Wasserstoff-Zapfsäule installiert werden, an der brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge innerhalb weniger Minuten effizient betankt werden. Dafür muss der Wasserstoffdruck jedoch auf etwa achthundert Bar erhöht werden – für die Energieversorgung von Gebäuden genügt ein Druck von fünfzig Bar. Zur stärkeren Komprimierung untersuchen Bosch und das Fraunhofer-ISE das Potenzial eines wartungsarmen, hocheffizienten elektrochemischen Kompressors für den Verkehrssektor.
Bosch / RK
