Das Gesamtsystem zur Windenergiespeicherung in Wasserstoff und Süßwasser

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt an der Küste, wo in großen Teilen der Welt ein Mangel an Stromenergie und Trinkwasser besteht. Da an der Küste üblicher­weise höhere Windgeschwindigkeiten vorherrschen, bietet es sich an, Windenergie über Windkraftanlagen in Strom zu wandeln. Unsteter Wind ist in Strom schlecht zu speichern und dem­zufolge nicht bedarfsgerecht abrufbar. Überschüssiger Windstrom kann oft aus unterschiedlichen Gründen in die Netze nicht eingespeist werden. Eine Wandlung der Windenergie in "zwischenspeicherbaren" Wasserstoff und Trinkwasser bringt hier Abhilfe.

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Bild von Anlagenkomponenten von oben. © K. H. Vanselow, FTZ

Projektbeschreibung

Der Hintergrund

Strom aus Windenergie stellt eine umweltschonende Gewinnung dieser vielseitig einsetzbaren Energieressource dar. Ist Strom als Energieträger in den Industrienationen eine tragende Säule des Wirtschafts- und Lebensprozesses, so ist dies in vielen Regionen der Welt oft mit anderen Prioritäten belegt. Leben braucht Wasser um überhaupt gedeihen zu können. Allerdings kann Strom in Verbindung mit entsprechender Technik zur Schaffung von Trinkwasser (z.B. aus Meerwasser) wieder der Energieträger sein, der die Voraussetzungen für Leben schafft.

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt an der Küste. Hier herrscht in großen Teilen der Welt sowohl ein Mangel an Stromenergie wie auch an Trinkwasser. Da an der Küste üblicher­weise höhere Windgeschwindigkeiten vorherrschen, bietet es sich an, Windenergie über Windkraftanlagen in Strom zu wandeln. Die Unstetigkeit des Windes wird in Industrienatio­nen jedoch oft als negativer Punkt angesehen, da der Strom schlecht zu speichern und dem­zufolge nicht bedarfsgerecht abrufbar ist. Die Wandlung der Windenergie in Wasserstoff und Trinkwasser bringt hier Abhilfe. Beide Produkte können jederzeit erzeugt und für den späteren Bedarf gespeichert werden. Strom und Wasser aus Windenergie sind deshalb hervor­ragend geeignet, durch Nutzung entsprechender nachgeschalteter Techniken die Vorraus­setzung für Leben gerade bei Insellösungen in den Entwicklungsländern zu schaffen.

Das Projekt

Beabsichtigt war zusammen mit der Firma P&T Technology AG aus Hamburg die Realisierung eines modellhaften Gesamtkonzeptes zur Wandlung regenerativer Energie in Wasserstoff und Süßwasser (GeWinner).

Aufstellungsort einer solchen Anlage war das Forschungs- und Technologiezentrum (FTZ) Westküste der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel in Büsum. Dieses befasste sich bereits seit 10 Jahren mit Untersuchungen zur regenerativen Energienutzung. Eine entsprechende Infrastruk­tur war vorhanden, Fläche steht in Labor, Halle und Außengelände zur Verfügung.

Gesamtsystem-2-Windenergiespeicherung-Vanselow.jpgBild von Kompressor und Gasflaschen (mitte), dem Elektrolyseur (rechts) und dem Wasserstoffverbrennungsmotor (links). © K. H. Vanselow, FTZ

Eine WKA mit einer Leistung von 500-600 KW war für das Projekt erforderlich. Die Windver­hältnisse sind in Büsum optimal. Die Windenergie sollte in die in Container­bauweise aufgestellten Komponenten gefah­ren werden.

Die Komponenten bestanden zum Einen aus der Wandlung der Energie in speicherbaren Wasserstoff, der mit einem Elektrolyseur (ca. 10 Nm3/h) erzeugt wurde. Die Verdichtung des Wasserstoffs von 15 bar (nach dem Elektrolyseur) auf 200 bar in koventionelle Gasflaschen geschah über eine entsprechende Kompres­sionsanlage. Eine Rückverstromung der so gespeicherten Energie konnte bei Bedarf über einen Wasserstoff­verbrennungs­motor (Nennleistung 66 KW, 80 Nm3/h) erfolgen.

Gesamtsystem-3-Windenergiespeicherung-Vanselow.jpgBild einzelner Containerkomponenten. © K. H. Vanselow, FTZ

Zum Anderen fand die Süßwassergewinnung in einem anderen Container über eine Meerwasserentsalzungs- bzw. Abwasseraufbereitungs­anlage (ca. 3 m3/h über Umkehr­osmose) statt. Das Süßwasser war  ebenfalls speicherbar.

So konnte Wasserstoff, Strom und Süßwasser erzeugt und kontrolliert abgegeben werden. Die Komponenten sollten für die erforderliche Vernetzung projekt­bezogen weiterentwickelt und optimiert werden.

GeWinner-Schema.jpg  Schematische Zeichnung des ausgeführten Aufbaus, wie er auch den Fotos entspricht. © K. H. Vanselow, FTZ

Weitere Informationen in den Jahresberichten des FTZ 2001 und 2002/2003.

Projektierungszeitraum:

2000 bis 2003

Ansprechpartner:

Wilhelm Schmidt, Klaus Heinrich Vanselow, Wolfgang Voigt