Foto: StMW i /E. Neureuther
AMBERG / WEIDEN / MÜNCHEN. Das Wasserstoff-Blockheizkraftwerk in Haßfurt ist „BHKW des Jahres 2019“. Die Anlage wurde von einer Fachjury des Bundesverbands Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (B.KWK) und der Zeitung Energie & Management (E&M) aus elf eingereichten Vorschlägen einstimmig ausgewählt. Das BHKW wurde in einem Vorhaben der Städtische Betriebe Haßfurt GmbH mit Förderung durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) installiert. Projektpartner sind die Stadtwerk Haßfurt GmbH, die 2G Energy AG aus Heek und das Institut für Energietechnik (IfE) an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden. Für das IfE an der OTH Amberg-Weiden ist es nach dem Projekt bei der Firma Ponnath im Jahr 2017 bereits die zweite Auszeichnung als BHKW des Jahres.
Die hervorragende Kooperation von Betreiber, Hersteller und Wissenschaft überzeugte die Jury. Laut Begründung könne das Energieversorgungskonzept zur Erweiterung und Umgestaltung einer vorhandenen Elektrolyseanlage eine Vorbildwirkung für Anlagen zur Energiewende entfalten. Zugleich biete dieses Anlagenkonzept auch vorbildliche Lösungsansätze für die Planung neuer KWK-Anlagen nach den wissenschaftlichen Erkenntnissen aus der Testanlage.
Im Rahmen einer Feierstunde im Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie in München am 22. Juni 2020 überreichte Staatsminister Hubert Aiwanger die Urkunde an die drei Projektpartner. Diese wurden repräsentiert durch Norbert Zösch, Geschäftsführer der Stadtwerk Haßfurt GmbH, Günther Werner, 1. Bürgermeister der Stadt Haßfurt, Frank Grewe, Entwicklungsleiter und Prokurist der 2G Energy AG sowie Prof. Dr.-Ing. Markus Brautsch, Geschäftsführer und Raphael Lechner, Forschungsleiter am Institut für Energietechnik IfE an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden. Die Laudatio hielten Claus-Heinrich Stahl, Präsident des Bundesverbands Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (B.KWK) als Vorsitzender der Fachjury und Stefan Sagmeister, Chefredakteur der Zeitung Energie & Management, die diese Auszeichnung ausgelobt hatte.
„Die Kraft-Wärme-Kopplung hat viele Vorteile: Sie kann gesicherte Leistung dezentral und flexibel zur Verfügung stellen. Durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme ist die KWK hocheffizient und damit besonders klimafreundlich. Das Beispiel hier bei den Städtischen Betrieben Haßfurt ist noch aus einem weiteren Grund zukunftsweisend: überschüssiger Windstrom wird mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und die Energie so gespeichert. Das Blockheizkraftwerk verwandelt diesen grünen Wasserstoff wieder in Strom zurück. Das ist ein sinnvoller Einsatz von überschüssiger regenerativer Energie vor Ort, ohne lange Transportwege“, betonte Staatsminister Hubert Aiwanger.
Power-to-Gas-Anlage mit Rückverstromung des Wasserstoffs
Das neue Blockheizkraftwerk ermöglicht einen Betrieb mit reinem Wasserstoff ohne fossile Brennstoffanteile. Damit wurde erstmals in der kommunalen Praxis eine wasserstoffbasierte und CO2-freie Speicherkette für regenerativen Strom umgesetzt, die von der Stromerzeugung aus Windenergie über die Umwandlung in Wasserstoff mittels Elektrolyse und Speicherung in Drucktanks bis zur Rückverstromung über Kraft-Wärme-Kopplung führt.
Die Power-to-Gas Anlage in Haßfurt wurde in Kooperation mit Greenpeace Energy (Hamburg) als eine der ersten ihrer Art in Deutschland bereits 2016 in Betrieb genommen. Der Elektrolyseur vom Typ Siemens Silyzer 200 verfügt über eine elektrische Leistungsaufnahme von 1.250 Kilowatt und kann bis zu 225 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde bereitstellen. Der Strom für die Wasserstofferzeugung stammt aus Erneuerbaren-Energien-Anlagen im Haßfurter Stromnetz, v. a. aus dem Windpark Sailershäuser Wald. Der Elektrolyseur arbeitet nach dem PEM-Prinzip (Proton Exchange Membrane) und kann aufgrund der guten Regelbarkeit zur Erbringung von Systemdienstleistungen im Stromnetz eingesetzt werden, u.a. zur Frequenzstabilisierung über die sogenannte Regelenergie. Der erzeugte Wasserstoff wird mit einem Druck von bis zu 35 bar in einem Speicher mit 50 Kubikmeter Volumen zwischengespeichert. Je nach Bedarf wird der Wasserstoff dann mit einem Anteil von bis zu 5 Volumenprozent in das Haßfurter Erdgasnetz eingespeist oder über eine gesonderte Leitung mit Anteilen von bis zu 10 Volumenprozent an die benachbarte Mälzerei Weyermann geliefert, die dort Blockheizkraftwerke zur Strom- und Wärmeversorgung betreibt.
Als dritte Option zur Wasserstoffnutzung wurde 2019 ein innovatives Blockheizkraftwerk (BHKW) installiert, das von der 2G Energy AG aus Heek entwickelt wurde. Im Gegensatz zu bisherigen BHKWs ermöglicht das Modul vom Typ agenitor 406 H2 einen Betrieb mit reinem Wasserstoff. Wahlweise kann das BHKW auch konventionell mit Erdgas betrieben werden und erlaubt so eine maximale Flexibilität. Die elektrische Leistung beträgt bis zu 200 Kilowatt. Als Basis dient ein turboaufgeladener 6-Zylinder Industriegasmotor mit einem Hubraum von 12 Litern, der von der Fa. 2G für den Betrieb mit Wasserstoff modifiziert wurde.
Frank Grewe, Entwicklungsleiter der 2G Energy AG, erwartet einen zunehmenden Bedarf an H2-BHKW: „Nach der ersten Installation eines H2-BHKW bereits in 2012 am Flughafen BER in Berlin haben wir in Haßfurt den nächsten Schritt mit einem Standard-BHKW der agenitor-Baureihe gemacht, das für die wahlweise Nutzung von reinem Wasserstoff, einem Wasserstoff/Erdgas-Gemisch oder Erdgas angepasst wurde. Der sichere und flexible Betrieb im Rahmen einer zukünftigen breiten Nutzung von PtG-Konzepten mit BHKW ist ein wichtiger Eckpunkt für die Entwicklungsarbeit bei 2G.“
Keine CO2-Emissionen und nur geringe Emissionen an Stickstoffoxiden
Dank der intensiven Entwicklungsarbeit können im Wasserstoffbetrieb mittlerweile ähnlich hohe Leistungen und Wirkungsgrade erreicht werden wie bei konventionellen BHKW-Modulen. Darüber hinaus weist der Betrieb mit Wasserstoff eine Reihe von spezifischen Vorteilen auf: aufgrund der stabilen und schnellen Verbrennung kann der Motor mit hohem Luftüberschuss und extrem geringen Emissionen an Stickstoffoxiden betrieben werden. Andere Schadstoffe treten im Abgas nicht auf. Hauptprodukt der Verbrennung ist Wasser, es wird kein CO2 emittiert. Das Wasserstoff-Brennverfahren ermöglicht eine sehr gute Regelbarkeit und ein schnelles Ansprechverhalten des Motors, was die Anlage für Regelaufgaben im elektrischen Netz qualifiziert. Im Gesamtsystem Elektrolyseur–Speicher–BHKW können so Stromüberschüsse und Unterdeckungen aus der erneuerbaren Stromerzeugung lokal ausgeglichen werden.
„Aus Sicht der Gemeinwohlökonomie ist die in diesem Projekt bewiesenen wasserstoffbasierte Energieumwandlungskette schon heute technisch und wirtschaftlich unschlagbar,“ betont Norbert Zösch, Geschäftsführer Stadtwerk Haßfurt GmbH.
Das Projekt wird wissenschaftlich-technisch durch das Institut für Energietechnik an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden (IfE) und das Kompetenzzentrum für Kraft-Wärme-Kopplung der Hochschule begleitet. Die Forscher unterstützten die Arbeiten in Haßfurt mit Messungen vor Ort und Simulationsrechnungen. Dabei dient das BHKW-Modul im Konsortium als Forschungsplattform für die Weiterentwicklung und Erprobung der Wasserstoff-BHKW-Technologie.
Das Vorhaben wird vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie im Rahmen des Bayerischen Energieforschungsprogramms über einen Zeitraum von drei Jahren gefördert.
Bericht: OTH Amberg-Weiden
