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Modell einer Sektorenkopplung im Landkreis Barnim anhand von Grünem…
Modell einer Sektorenkopplung im Landkreis Barnim anhand von Grünem Wasserstoff
EE-Erzeuger
Infrage kommende EE
:check: PV
:check: Windenergie
:red_cross: Biogas
Kriterien zur Auswahl
geeigneter EE
Ü20-Anlagen (Ende der
EEG-Vergütung bis Ende 2025)
WEA: ca. 100 MW :check:
PV: 123 kW :red_cross:
Niedrige Stromgestehungskosten in ct/kWh
Regional im LK Barnim
perspektivisch bis 2030:
WEA: 13,8 MW
PV: wurde ausgeschlossen (räumliche Nähe) :red_cross:
Nennleistungsdichte hoch
Repoweringmöglichkeit (Windeignungsgebiet: ja/nein)
Möglicher Weiterbetrieb: Tendenz 10 Jahre
Entfernung zum Wasserstoffverbraucher
Finale Auswahl
WP Klosterfelde/Stolzenhagen: 10,8 MW
WP Ladeburg: 4,2 MW
Optional: WP Parsteinsee: 22,5 MW
H2-Erzeugung und -Transport
Standort des
Elektrolyseurs
Beim Verbraucher :red_cross:
Haupvorteile:
Siehe Nachteile beim EE-Erzeuger
Trinkwasseranschluss vorhanden (18 l Trinkwasser pro kg H2)
Hauptnachteile:
Siehe Vorteile beim EE-Erzeuger
Vermeidung von von Umlagen, Abgaben, Steuern etc.
Platzbedarf
Beim EE-Erzeuger :check:
Hauptvorteile:
Physische Nutzung des Stroms
Unabhängigkeit von Wasserstoffverbraucher
Chance auf Einleitung des Abwassers ins Grundwasser
Chance auf geringere Betriebsauflagen
Hauptnachteile:
Längere Transportwege und zusätzliche Komponenten notwendig
Häufig keine Abnehmer von Wärme und Sauerstoff
Transport
Trailer
Gasförmig: :check:
bei geringen Mengen von Wasserstoff und kurzen Transpotwegen die wirtschaftlichste Methode
Flüssig: :red_cross:
Höhere Energiedichte -> platzsparend und weniger Lieferzyklen
Hohe Verluste bei der Verflüssigung
Anforderung:
Kompressor und Abfüllstation am Elektrolyseur
Min. 1 Trailer immer am Elektrolyseur
Sinnvole Trailer-Kapazität in Abhängigkeit zur Wasserstoffherstellung und -nachfrage
Pipeline: :red_cross:
große Investition
hoher Genehmigungsaufwand
Erzeugungstechnologien von Grünem Wasserstoff
Dampfreformierung mit Biogas :red_cross:
Wasserelektrolyse
Polymer Elektrolyt Membran (PEM) - Elektrolyse :check:
Alkali-Elektrolyse :red_cross:
Hochtemperaturelektrolyse :red_cross:
Anforderung an
die Elektrolyse
Kurze Reaktionszeiten auf EE-Dargebot
Große Lastbandbreit
Hohe Wirkungsgrade über den Lastbereich
Dimensionierung
Dimensionierung: ca. 5:1 P(WEA:Elektrolyseur) (Mit Ladeburg 3 MW, ohne Ladeburg 2 MW Elektrolyseur)
Angebotsseitige Dimensionierung :check:
Bedarfsseite Dimensionierung :check:
Übrige EE-Kapazitäten sollten aus Gesamtwirtschaftlicher Sicht ebenfalls vermarktet werden (Linde -> bilanzielle Wasserstofferzeugung, Speicher für Regelenergie oder Wasserstofferzeugung bei geringem EE-Dargebot, PPA etc.)
Max. 1 Standort
Am leistungsstärkeren WP Klosterfelde/Stolzenhagen
Wasserstoffverbraucher
Barnimer Busgesellschaft:
ÖPNV mit Bussen
Fahrzeugtyp
:red_cross: Range Extender -> keine Option wegen zusätzlich notwendiger Ladeinfrastruktur
:check: 6 reine BZ-Busse (12 - 13 m Länge) (zukünftig auch als Gelenkbus erhältlich)
:red_cross: Prototypen
Erneuerung der Brennstoffzelle nach ca. 8 Jahren
Betrachtungsszenarien
Betriebsstandort
:red_cross: Eberswalde
:check: Bernau
Werkstatterweiterung bzw.
-neubau für BZ-Fahrzeuge
Fahrzeugbedingte Anpassungen
Dacharbeitsstand
Deckenkran
Hochvolt-Komponenten
Kraftstoffbedingte Anpassungen
Lüftungseinrichtungen
Gaswarnanlage
Busumläufe
Keine festen Linienverläufe
Fahrleistungsanforderung: 300 km/d an 7 Tagen die Woche
Betankungszeit: < 20 min
Reichweite bzw. Wasserstoffbedarf (8 kg H2/ 100 km) anhand von SORT 2 (Verkehrsaufkommen einer Kleinstadt)
Berücksichtigung von Stau, Topographie, Klimaanlage & Heizung im H2-Verbrauch
Tagesbedarf an Wasserstoff pro Bus: 24 kg H2/d
Bushersteller
Caetano
van Hool
Solaris
Auswahl in Abhängigkeit von Servicestandorten bzw. konzentrierter Auslieferungsgebiete der Hersteller, um die Verfügbarkeit der Fahrzeuge zu erhöhen
Generelle Anforderungen
Hohe Reichweite der Busse
Kurze Betankungszeiten der Busse
Möglichst geringe Infrastrukturkosten
Flexibler Einsatz der Busse
Eigene Tankstelle mit Zugang für KWB bevorzugt
Kreiswerke Barnim:
Abfallsammelfahrzeuge
Fahrzeugtyp
2 BZ-Hausmüllfahrzeug
2 BZ-Sperrmüllfahrzeuge
Tankkapazität: je 6 x 2,1 kg H2
Erneuerung der Brennstoffzelle nach ca. 8 Jahren
Anforderungen an
Fahrzeugumläufe
Tagesbedarf an Wasserstoff:
je Hausmüllfahrzeug: 7 kg H2/d (5 d/week, ca. 260 d/a)
je Sperrmüllfahrzeug: 5 kg H2/d (4 d/week, ca. 208 d/a)
Betankungszeit: < 20 min
Feste Linienverläufe
Infrastruktur
Möglichkeit: Nutzung der Tankstelle der BBG
Nutzung der Werkstatt der BBG
Stadtwerke Bernau:
Wärmeversorgung in Bernau
Wärmeversorgungstechnologien
BZ-BHKW :red_cross:
Brennwertkessel :red_cross:
H2-BHKW :check:
Anwendungsgebiet
Stadt Bernau :red_cross:
Spezifisches BHKW aus dem Bestand :red_cross:
Neubauquartier "Schwanebecker Chaussee" :check:
Betrieb des
H2-BHKW
100% H2-fähig
Abdeckung des Gundlastwärmebedarfs und Versorgung mit dem dabei entstehenden Stroms
Nutzung des abzüglich der H2-Bedarfe aus dem Verkehrssektor zur Verfügung stehenden Wasserstoffs unter Beimischung von Erdgas, um den Grundlastbedarf abzudecken (Erdgas 3 ct/kWh) :check:
Grundlastbedarf mit 100% Grünem H2 durch Zukauf von H2 oder
durch Netzstrombezugs des Elekrolyseurs zur Erhöhung der Auslastung an windschwächeren Tagen :red_cross:
Beimischung des Wasserstoffs ins Erdgasnetz (Limitierung des Wasserstoffbeimischungsverhältnisses und nur bilanzielle H2-Nutzung) :red_cross:
Traileranlieferung und Speicherung des Wasserstoffs am BHKW und Mischung mit Erdgas innerhalb der BHKW-Anlagentechnik (Verringert die Reglungszeit der Anlagen hinsichtlich des Gasmischungsverhältnisses auf 10 min) :check:
Errichtung eines separaten Wasserstofftransportnetzes :red_cross:
Mobiler Speicher (dreifach höheres Invest) :red_cross:
Fester Niederdruckspeicher
Vergütung der BHKW-Leistung nach EEG :green_cross:
Vergütung der BHKW-Leistung nach KWKG :check:
Dimensionierung und
Standort der BHKWs
Dimensionionierung
Grundlastbedarf:
Geringe Stillstandzeiten
KWKG/EEG konformer Betrieb auch während geringer Wärmebedarfszeiten
Passend zum Wasserstoffangebot aus dem regionalen Elektrolyseur
Benötigte Leistungs aufgeteilt auf min. 2 Kraftwerkseinheiten
Je nach zur Verfügung stehender WP/Elektrolyseur-Leistung
(Bei einem 3 MW Elektrolyseur: 2 x 371 kW(th),
bei einem 2 MW Elektrolyseur: 2 x 250 kW(th))
Standort
In der Umgebung zum Neubauquartier "Schwanebecker Chaussee" unter Berücksichtigung möglicher Betriebsauflagen und hinzukommender Maßnahmen (z. B. Einhausung)
Möglichst nah zum bestehenden Erdgasnetz, um die Ausbaukosten einer zeitlich beschränkten Energieform gering zu halten bzw. die Infrastruktur H2-ready auslegen zu müssen
Wasserstofftankstelle
Betankungszeiträume
BBG:
Regionallinie: nach 16 Uhr
Stadtlinie: zwischen 9 und 12 Uhr sowie nach 16 Uhr
Zwischen 22 und 6 Uhr ist kein Personal auf dem Betriebshof
KWB:
Werktags 14 - 17 Uhr (Ende der Umläufe)
Werkstags 10 - 12 Uhr (Zeit der Abladevorgänge)
Zwischen 17 und 6 Uhr ist kein Personal auf dem Betriebshof
Wasserstoffbedarf
BZ-Abfallsammelfahrzeuge:
5.720 kg H2/a (Gesamt)
BZ-Busse:
52.560 kg H2/a (Gesamt)
Maximaler Tagesbedarf: 168 kg H2/d
Anforderungen an
die Wasserstofftankstelle
Betankung von 350 bar- und 700 bar-Fahrzeugen möglich
Hohe technische Verfügbarkeit durch:
Redundante Komponenten :red_cross:
Back-up Dieselfahrzeugen :check:
Präventives Wartungskonzept :check:
Keine Prototypen
Gewährleistung der Betankung in den zur Verfügung stehenden Betankungszeiten durch H2-Anlieferungskonzept und
-Betankungskonzept:
Eichfähige Messeinrichtung bei externer Nutzung zur Abrechnung
Fernüberwachung
Sicherheit vor mechanischer Beschädigung, Erwärmung und Lekagen
Modular erweiterbare Tankstelle
Ausreichend Fläche für Wasserstoffanlieferung
Betankung in < 20 min
Parameter zur
Erstellung des H2-Anlieferungskonzepts
und -Betankungskonzepts
Auslegung der Tankstellenspeichergröße und -druckniveaus (Zwei-Tages-Bevorratung der Bedarfe unter Beachtung der volatilen Erzeugung: 500 kg H2-Speicher)
Auslegung der Tankstellenkompressorkapazität
Traileranzahl und -parameter (Druck & Kapazität) entsprechend des H2-Angebots und -Nachfrage
Gasförmig ca. 350 - 900 kg H2 pro Trailer :check:
Flüssig :red_cross:
Zur Verfügung stehende Tankzeiträume
Vorkühlung bei Betankung ja/nein
Tankstellenmodelle
:red_cross: Private stationäre Tankstelle ohne Wasserstoffvorkühlung und ohne Hochdruckspeicher
:check: Private stationäre Tankstelle
:red_cross: Öffentliche Tankstelle
:check: Private/Gemietete mobile Tankstelle mit mobiler Speicherlösung als Ersatz zu den H2-Trailern und dem stationärem Tankstellenspeicher (nur 350 bar Betankung)