Zielsetzung und Durchführung

Diese Studie untersucht das dynamische Verhalten von Elektrolyseuren in Direkterbindung mit einem Windpark.

Ergebnisse

Für die Erzeugung von Wasserstoff aus Windenergie über eine Direktverbindung zwischen Windpark und Elektrolyseur sind technischen Systemanpassungen erforderlich. Alternativ wäre eine Verstetigung der Energieeinspeisung in das Stromnetz durch einen Elektrolyseur denkbar.

Untersuchungen zeigen, dass der Leistungsverlauf einer Windenergieanlage der schwankenden Windgeschwindigkeit annähernd direkt folgt. Da die Leistungsaufnahme von Elektrolyseuren stark begrenzt ist, gehen große Leistungsgradienten nahezu ungedämpft in das Netz über.

Mit Hilfe der in dieser Studie gewonnenen Ergebnisse wird untersucht, wie der Betrieb des Elektrolyseurs durch einen reaktionsschnellen Zwischenspeicher optimiert werden kann. Dadurch können hohe Leistungsgradienten, die der Elektrolyseur sonst nicht aufnehmen könnte, geglättet und anschließend zur Wasserstoffherstellung verwendet werden.

Fazit und Ausblick

Die Nutzung eines Zwischenspeichers kann die Effektivität der Kombination aus Windpark und Elektrolyseur stark verbessern. Außerdem stellt sich durch die geglättete Leistungseinspeisung ein netzdienlicher Betrieb des Systems ein.

Zielsetzung und Durchführung

Diese Studie untersucht, welche Rahmenbedingungen notwendig sind, damit Windkraftanlagen in Kombination mit Elektrolyseuren zu einem stabilen Netzbetrieb beitragen. Dazu wird zunächst geprüft, welche Teilbereiche der Frequenzhaltung in naher Zukunft wirtschaftlich besonders interessant sind.

Anschließend wird untersucht, welche Auswirkungen Windkraftanlagen auf den lokalen Netzbetrieb haben und welche Parameter durch Elektrolyseure beeinflusst werden können. Dazu werden anhand von real gemessenen Wirkleistungsdaten die Leistungsschwankungen von zwei einzelnen Windenergieanlagen sowie eines Windparks quantifiziert. Mittels der Ergebnisse der Datenuntersuchung und einer spezifisch ausgewählten Windkraftanlage, die besonders wenige Teillaststunden mit großen Leistungsschwankungen aufweist, wird ein Elektrolyseur dimensioniert.

Ergebnisse

Diese Studie zeigt, dass die technischen Rahmenbedingungen bereits heute erfüllt sind, um Windkraftanlagen und Elektrolyseure auf dem Regelleistungsmarkt an der Frequenzhaltung zu beteiligen. Die derzeitigen Präqualifikationsbedingungen lassen Windkraftanlagen auf diesem Markt jedoch bisher nicht zu. Um die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen auf dem Regelleistungsmarkt bei einer zukünftigen Marktöffnung für Windkraftanlagen zu prüfen, wird eine Marktuntersuchung für das Jahr 2014 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Markt für Sekundärregelleistung besonders gute Voraussetzungen bietet, um in Zukunft mit Windkraftanlagen und Elektrolyseuren daran teilzunehmen. Sowohl die Leistungs- als auch die Arbeitspreise und dazugehörigen Marktvolumina sowie die abgerufene Energie weisen hohe Kennwerte auf. Die Minutenreserve ist aufgrund von niedrigen Leistungspreisen und einer geringen abgerufenen Energie weniger interessant. Kann ein Anbieter die hohen Anforderungen der Primärregelleistung garantieren, sind auf diesem Feld besonders hohe Leistungspreise zu erwarten. Die bereitgestellte Arbeit wird jedoch nicht vergütet.

Der Elektrolyseur kann so dimensioniert werden, dass er die Leistungsschwankungen eines Beispiel-Windparks glättet und somit eine regelmäßige Stromlieferung garantiert. Um 80 % der Leistungsschwankungen des Beispielwindparks mit 14,4 MW Gesamtleistung in Wasserstoff umsetzen zu können, muss der Elektrolyseur eine Leistung von 2 MW aufweisen. Die Berechnungen sind dabei auf Basis von 1-Sekunden-Messwerten durchgeführt. Eine Wirtschaftlichkeit allein aus den Einnahmen des Verkaufs von Wasserstoff zu marktüblichen Preisen kann jedoch nicht garantiert werden. Eine finanzielle Beteiligung der Netzbetreiber oder Förderbeitrag für den Wasserstoff aus Windstrom sind notwendig, um die Technologie zu etablieren.

Fazit und Ausblick

Insgesamt zeigt diese Untersuchung, dass Windkraftanlagen in Kombination mit Elektrolyseuren sowohl technisch als auch wirtschaftlich in der Lage sind, einen Beitrag zur Frequenzhaltung zu leisten. Die zukünftigen Rahmenbedingungen müssen dazu allerdings noch an die fluktuierenden Erzeuger angepasst werden.