HZwo:StabiGrid
Present Research Project
ESF-Nachwuchsforschergruppe
HZwo:StabiGrid
Technische und ökonomische Auslegung des Wasserstoffsystems zur Stabilisierung
des Elektronetzes für 80% erneuerbare Energien
Im Projekt "HZwo:StabiGrid - Technische und ökonomische Auslegung des Wasserstoffsystems zur Stabilisierung des Elektronetzes für 80% erneuerbare Energien" kooperieren sieben Professuren der TU Chemnitz bei der Betrachtung der Netzstabilität im Zuge der Energiewende und bei der Untersuchung von Integrationsmöglich- keiten von Wasserstoffsystemen in das Stromnetz. In diesem Kontext soll die notwendige Kapazität von Energiespeichern im Verhältnis zu traditionellen und erneuerbaren Erzeugungsanlagen zur Gewährleistung der Netzstabilität zur Diskussion gestellt werden. Die Nachwuchsforschungsgruppe entwickelt zu diesem Zweck einen Leitfaden, der das Risiko von Netzinstabilitäten für verschiedene Kombinationen von Stromerzeugungsanlagen und Energiespeichern beschreibt. Das transdisziplinäre Konsortium widmet sich der Frage, welche Belastungen auftreten und ob potentielle Lösungen ökologisch und technisch vertretbar sind. Als Ergebnis des Projektes ist neben der wissenschaftlichen Qualifizierung der einzelnen Projektteilnehmer ein Technologietransfer durch Aktivitäten im HZwo e.V. - Netzwerk mit Kooperationen zu Industriepartnern geplant. Diese Nachwuchs- forschungsgruppe leistet einen aktiven Beitrag zur Einrichtung eines Wasserstoffzentrums an der TU Chemnitz, welches im angepassten Hochschulentwicklungsplan 2025 anvisiert wird.
Aus dem oben beschriebenen, komplexen Wechselspiel von Energieangebot und -nachfrage der beteiligten Teilsysteme (Elektroenergiesystem, Wasserstoffsysteme, Energiemarkt) ergeben sich verschiedene wissenschaftliche Herausforderungen.
Die Professur für Alternative Fahrzeugantriebe wird im Rahmen dieses Projektes die Systembausteine Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Batterien in den Fokus nehmen. Ziel ist die Entwicklung dynamischer Simulationsmodelle mit besonderem Fokus auf der Abbildung und Berücksichtigung von Degradationseffekten unter den gegebenen umwelt- und netzbedingten Randbedingungen. Hierbei sollen auch gezielt Wechselwirkungseffekte zwischen den Netzkomponenten in die Simulationsmodelle implementiert werden, sodass Einflüsse aus dynamischen Laständerungen auf die Lebensdauer von Wasserstoffkomponenten in einer gesamtheitlichen Betrachtung mitberücksichtigt werden können. Bisher vorhandene Modelle von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-BZ) sind aufgrund ihrer teils stark detaillierten chemisch-physikalischen Modellierungsstruktur für globale Netzsimulationsbetrachtungen nicht geeignet, analoges trifft auf Modelle für Elektrolyseure und Batterien zu. Es müssen daher neue Modellansätze entwickelt und erforscht werden, welche eine hinreichende Detailtiefe bei gleichzeitig hoher Simulationsdynamik gewährleisten. Daher ist die Zielstellung insbesondere kennfeldbasierte, empirische Modellstrukturen zu erzeugen und für Gesamtsimulationsbetrachtungen zu berücksichtigen. Um derartige Modelle ableiten und bedaten zu können, sind experimentelle Versuche an Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Batterien notwendig. Mittels des bereits vorhandenen Brennstoffzellenprüfstandes bei ALF können die empirischen Daten und Kennlinien bzw. Kennfelder für dynamische BZ-Simulationsmodelle ermittelt werden. Die neu beschaffte Elektrolyseureinheit kann analog im Betrieb unter definierten Szenarienbelastungen vermessen und hierdurch die Datenmodelle abgeleitet werden. Seitens der Batterien können mittels des neuen Batterietesters und -kalorimeters Zellen vermessen sowie empirische Zellmodelle abgeleitet und entwickelt werden. Die jeweils so erzeugten Einzelmodellansätze können dann über definierte Modellschnittstellen in ein übergeordnetes Netzsimulationsmodell implementiert werden.
Laufzeit: 1. Januar 2023 bis 31. Dezember 2024
Förderung und Projektträger: Europäischen Sozialfonds (ESF), Freistaat Sachsen gefördert, Sächsische Aufbaubank (SAB)
Weiterführende Links: Projekthomepage
