Klimaneutrales und energiewendedienliches Stadtquartier mit grünem Wasserstoff

Gastautor Portrait

Felix Mayer

Projektleiter, Green Hydrogen Esslingen GmbH

Felix Mayer hat seinen Bachelor im Ingenieursstudiengang KlimaEngineering abgeschlossen. Danach besuchte er den Masterstudiengang Sustainable Energy Competence, welchen er 2019 beendete. Seine Bachelor- und Masterarbeit hat er über das Klimaquartier Esslingen geschrieben, bei dessen Umsetzung er seit 2016 involviert ist. Anfangs war er beim Gesamtkoordinator des Forschungsprojektes tätig, dem SIZ energieplus. Seit 2019 ist er Projektleiter bei der Betreibergesellschaft, Green Hydrogen Esslingen GmbH. Seit 2021 ist Felix Mayer Dozent für Smart Grid und Sektorenkopplung an der HFT-Stuttgart.

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16. Februar 2022
Foto: Maximilian Kamps, Stuttgart und Agentur Blumberg GmbH

Der für die Energiewende erforderliche Ausbau an Erneuerbaren Energien, führt zu einem großen Bedarf an flexiblen Stromverbrauchern und Stromspeichern. In Zeiten von viel Sonne und Wind, wird es zu massiven Stromüberschüssen kommen, welche unser jetziges Stromsystem nicht aufnehmen kann. Um Dunkelflauten zu überbrücken, werden flexible Stromspeicher oder grüne Stromerzeuger benötigt.

Im neuen Esslinger Klimaquartier wollen wir diese Flexibilität für den Strommarkt bereitstellen und mit verschiedenen Sektoren koppeln. Wir speichern Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien in Form von grünem Wasserstoff. Dieser lässt sich Zwischenspeichern und bei Bedarf auch wieder rückverstromen. Die Abwärme von beiden Prozessen wird dabei direkt im Quartier genutzt, um Heizwärme und Warmwasser bereitzustellen. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad und ermöglicht nebenbei eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Der erneuerbare Wasserstoff wird zudem ins Erdgasnetz eingespeist und trägt somit auch zur Dekarbonisierung der Haushalte außerhalb des Klimaquartiers bei.

Klimaquartier Neue Weststadt

Ziel des Klimaquartiers ist es, einen CO2-Fußabdruck von unter einer Tonne pro Bewohner und Jahr zu erreichen.

Felix Mayer

Das Klimaquartier in der neuen Weststadt Esslingen wurde auf einem ehemaligen Güterbahnhof gebaut. Seit 2016 wurden hier schon mehr als 400 Wohnungen und Gewerbeflächen errichtet. Zwei Gebäudeblöcke sind noch in Planung, ein Erweiterungsbau der Hochschule Esslingen befindet sich aktuell im Bau. Ziel des Klimaquartiers ist es, einen CO2-Fußabdruck der Bewohner von unter einer Tonne pro Jahr und Nutzer zu erreichen.

Dafür wurde das Forschungsprojekt „Neue Weststadt – Klimaquartier” mit dem Akronym Es_West_P2G2P ins Leben gerufen, welches vom BMWi und BMBF gefördert wird. Seit 2017 beschäftigen sich die Projektpartner mit der Realisierung der klimaneutralen Energieversorgung, einer emissionsfreien Mobilität und nicht zuletzt mit der Zufriedenheit und Akzeptanz der Nutzer. Die Green Hydrogen Esslingen ist einer dieser Partner und unter anderem für den Betrieb der Kernkomponente zuständig, dem Elektrolyseur.

Energiekonzept

In der unterirdischen Energiezentrale steht ein 1 MW leistungsstarker Elektrolyseur, welcher erneuerbare Stromüberschüsse vom PV-Dach vor Ort, aber auch aus dem überregionalen Stromnetz aufnimmt und in Form von grünem Wasserstoff speichert. Diese Umwandlung hat einen Wirkungsgrad von etwa 60 %, bezogen auf den Heizwert. Durch die Nutzung der Abwärme kann der Gesamtwirkungsgrad aber auf etwa 90 % erhöht werden. Die Abwärme wird direkt in den Wohnungen, Büros, Gewerbeflächen oder der Hochschule genutzt. Der Wasserstoff wird zwischengespeichert und kann bei Bedarf in einem H2-BHKW rückverstromt werden. Dies ist ein wichtiger Beitrag zu einem stabilen, 100 % erneuerbarem Stromsystem. Indem Stromüberschüsse aus volatilen Erneuerbaren Energien zwischengespeichert werden, können Dunkelflauten überbrückt werden. Neben der Rückverstromung ist auch eine Langzeitspeicherung des Wasserstoffs im Erdgasnetz möglich. Durch die Einspeisung wird das fossile Erdgas verdrängt und dadurch dessen Bedarf reduziert. Weitere Verwertungspfade, welche einen großen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten können, wären in der Industrie oder der Mobilität. Konzepte hierfür werden aktuell ausgearbeitet.

Schematische Darstellung Energiekonzept

Grafik: Agentur Blumberg GmbH

Regelstrategie

Elektrolyseur in der unterirdischen Energiezentrale

Quelle: F.Mayer

Die Elektrolyse und das BHKW werden mit vielen weiteren Komponenten im Smart Grid verknüpft und von einem Energiemanagementsystem geregelt. Aus Verbrauchsdaten und Erzeugungsprognosen werden mittels künstlicher Intelligenz Fahrpläne für die einzelnen Komponenten erstellt. Dadurch wird eine effiziente Kopplung der verschiedenen Sektoren ermöglicht und die Flexibilität der Komponenten bestmöglich genutzt. Regelziele sind es die CO2-Emissionen zu minimieren, die Eigenversorgung zu maximieren, das Stromsystem zu entlasten und die Wirtschaftlichkeit zu optimieren.

In den letzten zwei Jahren wurde die Energiezentrale gebaut. Mittlerweile steht die Anlagentechnik und die Tests sind weitestgehend abgeschlossen. Dieses Jahr wollen wir mit dem Regelbetrieb starten. Mit dem Projekt wollen wir die Energiewende voranbringen und zeigen, dass auch urbane Quartiere aktiv dazu beitragen können. Die Elektrolyse ist eine der Schlüsseltechnologien der Energiewende, welche eine Sektorenkopplung im großen Stil ermöglicht. Für die nächsten Jahre ist in Deutschland ein massiver Ausbau der Elektrolyseleistung geplant. Es sollte dabei unbedingt an einen stromsystemdienlichen Betrieb und an ein Nutzungskonzept für die Abwärme gedacht werden.

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie unter https://neue-weststadt.de/ oder https://green-hydrogen-esslingen.de/

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