Teststände zur dezentralen wasserstoffbasierten Sektorenkopplung

Das Institut für Vernetzte Energiesysteme verfügt über Testplattformen, die einen realitätsnahen und reproduzierbaren thermischen und elektrischen Betrieb von Energieerzeugungs-Anlagen wie KWK-Systemen oder Wärmepumpen erlauben.

Die einzelnen Subsysteme werden hydraulisch und elektrisch angekoppelt. Mittels Sensoren und Messtechnik werden Energieflüsse, Temperaturniveaus und Gas-Zusammensetzungen hochaufgelöst erfasst. Somit lassen sich die Anlagenperformance sowie die Wirk- bzw. Nutzungsgrade ermitteln und Betriebsführungsstrategien validieren und optimieren.

Mittels eigenentwickelter Modelle und Methoden werden projektspezifische Testzyklen zur Gewinnung von Performance-Kennzahlen oder Jahresnutzungsgrade mittels Zeitraffertests mit deutlich reduzierter Messzeit erstellt.

Der vollautomatisierte Teststand und die dazu gehörige Aktorik ermöglicht die Emulation von Gebäudelasten sowie anwendungs- und klimaspezifische Temperaturniveaus. Der Gesamtaufbau und die TeststandsProgrammierung sind modular aufgebaut und können je nach Testobjekt angepasst werden. Aufbau und Verrohrungen werden hierbei so gewählt, dass sie realen Installationen inklusive Wärmespeicher und Zapfstationen entsprechen.

Der Teststand „Fahrzeugkopplung“ ermöglicht die bidirektionale physikalische und kommunikationstechnische Kopplung von Brennstoffzellen- und batterieelektrischen Fahrzeugen für Strom, Wärme und Wasserstoff mit einem Gebäudeenergiesystem. Dieses wird im Teststand flexibel durch die Möglichkeit emuliert, verschiedene thermische Lastprofile für Ein- und Mehrfamilienhäuser mit einer Leistung von bis zu 30 kW und einer Speicherfähigkeit von ca. 50 kWh Wärme abbilden zu können. Durch den Einsatz von Strom-Quellen/Senken lassen sich ebenso elektrische Gebäude-Lastgänge mit Leistungen bis zu 11 kW bidirektional verarbeiten. Zusätzlich ist der Teststand mit elektrischen Schnittstellen für CCS, ChaDEMo und Type2-AC-Ladestandards ausgestattet, um künftig bidirektionale elektrische Leistungsflüsse auf Basis gängiger Ladestandards abbilden zu können.

Die Reinheitsanforderungen an Wasserstoff für die Brennstoffzellenmobilität sind extrem hoch. Mit Hilfe einer speziellen Spurengas-Analytik auf Basis eines Ionen-Molekül-Reaktions-Massenspektrometers können diese Verunreinigungen bis in den ppb-Bereich nachgewiesen werden. Kombiniert mit sogenannten Hochdrucktestreaktoren lassen sich vielfältige Umgebungsbedingungen, zum Beispiel in einer H2-Salzkaverne, nachbilden. Druck, Temperatur und Wasserstoffatmosphäre können einen Einfluss auf wasserstoffführende Komponenten haben, beispielsweise Metalle oder Dichtungsstoffe. Lösen sich hieraus Stoffe, können sie zusätzlich den gespeicherten Wasserstoff verunreinigen. In den Reaktoren lassen sich in Kombination mit der Spurengas-Analytik so die Reaktion vieler Materialen prüfen, die zum Beispiel unter Tage oder in Tankstellen eingesetzt werden. Mit einem speziellen Betankungsmodul lassen sich auch Wasserstoffproben aus Tankstellen ohne ein zusätzliches Fahrzeug bei bis zu 700 bar entnehmen und im Labor analysieren.

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