H2 Village – Integriertes, wasserstoffbasiertes Energiesystem Obertrum

Ziel des Projektes ist die Transformation des kommunalen Energiesystems der Gemeinde Obertrum in Richtung Nutzung von erneuerbaren Energien. Es soll eine hohe Dichte an Photovoltaik-Anlagen in Obertrum ermöglicht werden. Die elektrische Energie von dezentralen Photovoltaik-Anlagen soll dabei in Form von Wasserstoff zwischengespeichert und mittels intelligenter Steuerung effizient und bedarfsgerecht, dezentral und autark für die Energieversorgung von Gebäuden, Industrieanlagen und Mobilität genutzt werden. Basierend auf einer Bestandserhebung der Energiesituation und Potentialermittlung für erneuerbare Energieträger durch einen kommunalen Energienutzungsplan, wird ein integriertes, wasserstoffbasiertes Energiesystem konzipiert und dimensioniert. Es folgt eine Untersuchung der Stabilität des elektrischen Netzes. Die Beurteilung der technischen Machbarkeit schließt das Projekt ab.

Ausgangssituation

Der Photovoltaik kommt bei der Umstellung auf erneuerbare Energien eine Schlüsselrolle zu. In Österreich ist hier ein Ausbau von 15 Gigawatt bis 2030 und 30 Gigawatt bis 2050 geplant. Durch den zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien (EE) unterliegt das Energiesystem in Österreich einem grundlegenden Wandel. Die gewünschte verstärkte Nutzung erneuerbarer Energiequellen führt zu einer zunehmenden Dezentralisierung der Stromerzeugung und stellt damit völlig neue Anforderungen an die Versorgungsnetze. Die witterungsabhängige Einspeisung erneuerbaren Stroms aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen dazu, dass die Stromerzeugung zeitlich und räumlich unabhängig vom Bedarf erfolgt. Langfristig werden aber mit zunehmendem Anteil an Photovoltaik- und Windstrom zusätzlich neben Kurzzeitspeichern wie Pumpspeichern oder stationären Batterien auch solche Energiespeicher benötigt, die in der Lage sind, große Energiemengen über längere Zeiträume von mehreren Tagen, Wochen und gegebenenfalls auch Monaten zu speichern.

Ziele & Ergebnisse

Die wesentlichen Projektziele lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Erstellung eines kommunalen Energienutzungsplanes • Potentialermittlung für PV-Anlagen • Ermittlung einer geeigneten Brennstoffzellentechnologie (Nieder- oder Hochtemperatur) • Erstellung eines technischen Anlagenkonzeptes • Dimensionierung der einzelnen Komponenten des wasserstoffbasierten Energiesystems • Modellierung des elektrischen Verteilnetzes des Zentrums der Ortschaft Obertrum • Analyse der Auswirkungen der dezentralen Einspeisung von fluktuierender erneuerbarer Energie auf das elektrische Netz • Potentiale einer wasserstoffbasierten Mobilität • Beurteilung der technischen Machbarkeit

Innovation

In diesem Projekt wird erstmals die Umsetzung eines integrierten, quartiersbezogenen, wasserstoffbasierten Energiesystems für eine konkrete Ortschaft in Österreich untersucht. Um eine möglichst hohe Dichte an PV-Anlagen in der Ortschaft Obertrum zu ermöglichen, wird ein Wasserstoffspeicher eingesetzt, der in einem Microgrid zu Stabilisierung des Netzes sorgen soll. Der eingesetzte Wasserstoffspeicher soll die erforderliche Ausgleichsenergie der Ortschaft möglichst reduzieren. Denn die PV-Anlagen werden ansonsten zu einer starken Auslastung des Nieder- und Mittelspannungsnetzes führen. Der Wasserstoff soll ausschließlich durch PV-Anlagen, die in der Ortschaft installiert werden, produziert werden. Alleine auf den Dachflächen der Trumer Brauerei können PV-Anlagen mit mehreren 100 kWPeak installiert werden. Der somit erneuerbar erzeugte Wasserstoff, kann außerdem einer stofflichen Nutzung, wie der Beheizung von Gebäuden, Bereitstellung für Prozessenergie in der Trumer Privatbrauerei sowie für Mobilität, zugeführt werden. So soll die LKW-Flotte der Brauerei auf Wasserstoff umgestellt werden. Außerdem ist eine öffentliche Wasserstoff-Tankstelle im Zentrum der Ortschaft Obertrum geplant, die den Gemeindebürgern und Mitarbeitern der Brauerei zur Verfügung steht. Somit wird der mit erneuerbarer Energie erzeugte Wasserstoff auf Elektrolysebasis für eine aktive Sektorkopplung genutzt.

Forschungsergebnisse in die Praxis überleiten

Durch dieses Projekt werden die Vorbereitungen für eine Umsetzung eines wasserstoffbasierten Energiesystems in der Ortschaft Obertrum geschaffen. Bisherige theoretische Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Wasserstofftechnologie werden durch eine Demonstrationsanlage in die Praxis übergeleitet. Aber bereits dieses Sondierungsprojekt baut auf Vorleistungen und Ergebnissen von diversen Forschungsprojekten auf.

Stadt als Testbed nutzen

Das wasserstoffbasierte Energiesystem wird in der Ortschaft Obertrum geplant. Durch die Umsetzung dieses Projektes wird ein Experimentierraum für ein wasserstoffbasiertes Energiesystem und einem Microgrid-Testbed in der Ortschaft Obertrum geschaffen. Im Praxisbetrieb werden unterschiedliche Tests und Optimierungen am Energiesystem vorgenommen. Mit dem entstehenden Testbed in Obertrum besteht zukünftig die Möglichkeit, diese zur Beantwortung weiterer Forschungsfragen zu nutzen.

Kommunalen Mehrwert erzeugen

Durch die unterschiedliche Nutzung des erneuerbar erzeugten Wasserstoffs für die Energieversorgung von Gebäuden, Industrieanlagen und Mobilität wird ein kommunaler Mehrwert geschaffen. Außerdem ist durch den Wasserstoffspeicher ein intensiver Ausbau der Photovoltaik in der Gemeinde möglich, dass jedem Bürger zugutekommt.

Summary

The containment of the anthropogenic climate change and the related expansion of renewable energy can only succeed, if appropriate storage capacities are available in the energy system and if the coupling of the sectors electric power, heat and mobility takes place. The technology which fulfills these criteria is the storage technology Power-to-Gas Hydrogen (PtG-H2). Thereby, the hydrogen will be produced by the electrolysis of water. The produced hydrogen is present in a storable form and can be stored in gas cylinders and transformed into electrical energy with a fuel cell (PEM fuel cell), if required. Although, there is intensive research going since years in the field of hydrogen technology, no sector crossing hydrogen based energy system was realized in Austria. The essential innovation of this project is therefore the fact, that for the first time the implementation of a hydrogen based energy system, which will be exclusively sourced by renewable energy, for a specific village will be investigated. The aim of the project is the transformation of the municipal energy system of the village Obertrum in Salzburg towards the use of renewable energy. It is expected to achieve a high concentration of photovoltaic plants in Obertrum. The electrical energy of photovoltaic plants is supposed to be stored in the form of hydrogen and not in batteries and with an intelligent control it is supposed to be used efficiently and demand driven, decentral and self-sufficient for the energy supply of buildings, industrial plants and mobility. Based on a stocktaking of the energy situation of buildings and a potential evaluation of renewable energy in the community of Obertrum by a municipal energy use plan, a hydrogen based energy system is going to be designed and dimensioned. For this purpose, the local electrical grid will be modelled und simulated. The evaluation of the technical feasibility completes this project.

Zuletzt aktualisiert am 02/27/2021