H2iPort KA Mod
H2iPort KA Mod - Entwicklung eines umfassenden Modells eines allgemeinen Wasserstoffhubs
Der Rheinhafen Karlsruhe soll Kern einer Wasserstoffinfrastruktur werden. Damit konkrete Investitionsentscheidungen getroffen werden können, werden im Rahmen eines aufwendigen Analyse- und Optimierungsverfahrens die komplexen technischen Einrichtungen aufeinander abgestimmt. „Wir betreten mit diesem Optimierungsverfahren Neuland. Unsere Erkenntnisse ermöglichen auch ähnlichen Projekten in anderen Regionen verlässlichere Investitionsentscheidungen zu treffen“, ist Marco Braun, Professor für Thermodynamik und Energietechnik an der Fakultät für Wirt-schaftswissenschaften der Hochschule Karlsruhe sicher.
Da der Oberrheinraum nach derzeitigen Planungen erst nach 2035 an das bundesweit geplante Wasserstoffpipelinenetz angebunden werden soll, haben wir ein erhebliches Standortproblem für unseren Wirtschaftsraum. „Wasserstoff ist ein Schlüsselfaktor der nachhaltigen grünen Energieversorgung“, betont Prof. Karsten Pinkwart vom Fraunhofer ICT aus Pfinztal, der gleichzeitig an der Hochschule Karlsruhe eine Professur für elektrochemische Energiespeicher und -wandler inne hat. Mit dem Projekt werde die Beschleunigung des Markthochlaufs von grünem Wasserstoff unterstützt. Mit dem Rheinhafen Karlsruhe gibt es ein einmaliges Standortpotenzial, das hier für die Zukunft genutzt werden kann, um so in der Region den Aufbau großtechnischer Infrastruktu-ren für Wasserstoff zu ermöglichen.
Die fünf geförderten Projektpartner werden noch von zahlreichen regional und international tätigen Unternehmen und Einrichtungen unterstützt. Die TechnologieRegion Karlsruhe wird auf einer Projektseite regelmäßig über den Fortschritt informieren. Weiterhin sind zahlreiche Veranstaltungen geplant, die Unternehmen entlang der Wasserstoffwertschöpfungskette zusammenbringen und die Öffentlichkeit mit dem Thema Wasserstoff vertraut machen sollen. „Mit diesem Projekt bringen wir erstmals Schlüsselakteure in der TRK zusammen, um Wasserstoff als wichtigen Energieträger für die Energiewende in der Region zu etablieren“, betont Jochen Ehlgötz, Geschäftsführer der TechnologieRegion Karlsruhe GmbH, die Bedeutung des Projekts für die Umsetzung der Energiestrategie der TRK.
Die Förderung des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg erfolgt im Rahmen des Programms „Klimaschutz und Wertschöpfung durch Wasserstoff (KWH2)“ welches Maßnahmen der Wasserstoff-Roadmap Baden-Württemberg aufgreift. Dies beinhaltet die Förderung der (Weiter-) Entwicklung von noch nicht marktreifen Innovationen und die Unterstützung von Innovationen beim Markteintritt. Zudem sollen Pilotprojekte zur Anwendung und Nutzung von grünem Wasserstoff in industriellen Anwendungen gefördert werden, mit dem Ziel, einen verlässlichen Handlungsrahmen für Politik und Industrie bereitzustellen.
Der Projektträger Karlsruhe beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hatte den Fördermittelwettbewerb im Auftrag des Umweltministeriums koordiniert.
Über das Projekt
Der rasche Aufbau einer Wasserstoff(H2)-Wirtschaft ist eine der großen Herausforderungen der nächsten Jahre. Um die Umstrukturierung des Energiebezugs zu schaffen, sind große Investitionen erforderlich. Karlsruhe bietet hier mit den Rheinhäfen, städtischen Versorgungsunternehmen, mittelständischer Industrie und Forschungseinrichtungen sowie großen, relevanten Akteuren im Umfeld wie EnBW, MiRO, Siemens und Daimler Truck hervorragende Voraussetzungen. Das lokale Straßen- und das Schienennetz sind unmittelbar an europäische Ost-West- und Nord-Süd-Achsen angebunden. Für die vermehrt aufkommenden H2-Bedarfe fehlen jedoch konkrete, integrierende Planungen einer dringend aufzubauenden H2-Importinfrastruktur südlich von Mannheim mit Anbindung an die Regionen Elsass/Frankreich und Basel/Schweiz. Zur zielgerichteten Auswahl und Ausgestaltung von einzelnen Komponenten der vier Prozessfelder Anlieferung, Behandlung/Umwandlung/Speicherung, lokale Erzeugung und Abgabe von H2, deren Konfiguration und Dimensionierung sind viele Annahmen zu treffen und Parameter
zu variieren. Dazu werden bestehende Modelle der Hochschule Karlsruhe erweitert und mit den technischen und wirtschaftlichen Daten der beteiligten Unternehmen parametrisiert. Das Modell identifiziert daraus Systemstrukturen gesamtheitlich optimierte Investitionen, das Anlagendesign und dessen Regelungsstrategie mit einer mehrkriteriellen Zielfunktion (z.B. Kosten, Emissionen).
Herausforderungen:
Die grundsätzliche Problematik bei der Einführung von H2 als Energieträger für die oben angeführten Prozesse und Anwendungen liegt in der Komplexität der einzelnen Anwendungsszenarien, der noch nicht vorhandenen Infrastruktur für großskaligen Transport, Lagerung und Distribution und den noch unbekannten zukünftigen Bedarfen auf z.B. Unternehmensebene. Investitionsentscheidungen können derzeit deshalb nur schwer getroffen werden.
Projektziele:
- Aufbau eines umfassenden und auf die konkrete lokale Situation angepassten Modells für den Aufbau einer H2-Infrastruktur mit offenen Schnittstellen zur Einbeziehung weiterer Nutzer und Infrastrukturakteure
- Einbettung der Region Karlsruhe in den Aufbau großtechnischer Infrastrukturen für grünen H2 durch einen parallelen, aktiv geführten Dialog mit den relevanten Stakeholdern aus allen Bereichen der Gesellschaft
- Unterstützung und Beschleunigung des Markthochlaufs von grünem H2 durch gezielte Vernetzungs- und Transferangebote zur Anwendung und im Umgang mit H2 entlang der Wertschöpfungskette
Vorgehensweise:
- Modellierung des Systems auf Basis vorhandener Erzeugungs- Import-, Speicher- und Distributionsinfrastrukturen unter Einbeziehung der geografischen Voraussetzungen
- Aufnahme der Anforderungen der Akteure in Bezug auf die Nutzung von Wasserstoff, Ammoniak, LOHC, Wärme (Kälte) etc.
- Evaluation des Modells unter Berücksichtigung der vorher definierten Zielparameter (z.B. Wirtschaftlichkeit, CO2-Potential, Grad der Autarkie),
- Abgleich mit den Zielsetzungen der H2-Roadmap BW und den überregionalen H2-Versorgungsinfrastrukturen
Verwertung:
Das Modell bildet die technischen und energiewirtschaftlichen Zusammenhänge unter den lokalen Randbedingungen ab und ermöglicht eine ganzheitliche Bewertung und Identifikation von z.B. emissions- und kostenoptimalen Systemstrukturen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen. Die Strukturoptimierung ermöglicht es, die Dimensionierung der einzelnen Komponenten untereinander abzustimmen und liefert die Erwartungswerte z.B. der Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten. So werden jeweils diejenigen Strukturen ermittelt, welche die optimale Systemkonfiguration darstellen. Das Projekt legt besonderen Wert auf die Unterstützung der Vorbereitung von Investitionsprojekten, die Transferierbarkeit zur Einbindung weiterer Akteure sowie auf eine wissenschaftliche Verwertung der Ergebnisse.
IAVF Antriebstechnik GmbH (Projektleitung und Organisation)
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Kehrwald
Hochschule Karlsruhe
Prof. Dr.-Ing. Marco Braun
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie
Prof. Dr. Karsten Pinkwart
KVVH Karlsruher Versorgungs-, Verkehrs- und Hafen GmbH Geschäftsbereich Rheinhäfen
Dipl.-Betriebsw. Jens-Jochen Roth
TechnologieRegion Karlsruhe GmbH
Markus Wexel