Leitprojekt

Wie kommt der grüne Wasserstoff vom Offshore Windpark zur Großindustrie?

05. Mai 2021

Im Leitprojekt „Offshore Windenergiesysteme für die Wasserstoffversorgung“ arbeitet das Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP aus Rostock gemeinsam mit der Hochschule Stralsund, der Universität Hannover, der TU Hamburg-Harburg und dem Fraunhofer CML aus Hamburg daran grünen Wasserstoff mit Hilfe von schwimmenden Windparks zu erzeugen, zu speichern und zu transportieren.

© Fraunhofer IGP

Das Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Energiebereitstellung durch Offshore-Windenergieanlagen und erforscht Lagerung und Transport von Energieträgern in Form von Gasen oder Flüssigkeiten. Die Wissenschaftler*innen suchen Antworten darauf wie Energie sicher transportiert werden kann und wie, wann und in welchem Umfang die Transformation der Energie in zum Beispiel Wasserstoff erfolgen kann. Die so gewonnene Energie soll dann der Großindustrie an Land oder der Schifffahrt zur Verfügung gestellt werden. Die Komplexität des Forschungsvorhabens zeigt sich in der großen fachlichen Bandbreite der vier Teilprojekte. Die Herausforderung besteht darin, Offshore-Windsysteme außerhalb der Reichweite bestehender Energienetze an diese anzubinden.

Die Gestaltungskonzepte von Windparks werden nicht nur durch technische Faktoren vielfältiger. Das Institut für Regenerative Energie Systeme der Hochschule Stralsund und das Fraunhofer IGP bearbeiten das Teilprojekt „Integrierte Planungstools für die Kosten- und 3D-Strukturplanung für Offshore-Windparks“. Die Vielzahl der Gestaltungsmöglichkeiten erhöhen die Komplexität beim Bau eines Windparks. Das soll ein Planungstool in Zukunft vereinfachen. Das Werkzeug soll eine ganzheitliche Bewertung von Offshore-Windparkalternativen ermöglichen. Im Mittelpunkt steht hierbei ein holistisches Kostenmodell für die Installation von Offshore-Windparks zur H2-Erzeugung. Standortfaktoren, Systemfaktoren und Investitionskosten sollen in diesem Modell vereint und potenzielle technische Systeme modelliert werden. Außerdem werden Kostenparameter hinterlegt. Die Planer der Windparks spielen ganz unterschiedliche Szenarien durch und treffen dann auf Grund dieser Berechnungen ihre Entscheidungen. So können sie zum Beispiel die Offshore-Stromerzeugung und Onshore-Wasserstofferzeugung am landseitigen Netzanschlusspunkt oder die periphere Offshore-Wasserstofferzeugung in Windparknähe prüfen.

Der „Einfluss korrosiver Medien auf die Schwingfestigkeit von Offshore-Windenergie-Tragstrukturen“ (Teilprojekt 2) wird vom Institut für Stahlbau Leibniz der Universität Hannover und vom Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen der TU Hamburg-Harburg erforscht. Die Wissenschaftler*innen gehen hierbei den konstruktiven Besonderheiten der Auslegung von Tragstrukturen von Offshore-Windenergiesystemen auf den Grund. Sie prüfen wie durch den Einsatz moderner Schwingfestigkeitskonzepte Kosten gespart werden können, denn das Interesse der Windparkbauer an einer (Kosten-) optimierten Auslegung der Tragstrukturen der Offshore-Windenergieanlagen steigt.

Mit dem Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen CML bearbeitet das Fraunhofer IGP die „Modellierung und Bewertung von Logistikketten für den Wasserstofftransport“ (Teilprojekt 3). In diesem Projekt werden Produktionsstandorte, Speichertechnologien, Transportmöglichkeiten und Produktions- und Verbrauchsmengen dynamisch und diskret simuliert. Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Modellierung und Bewertung der Logistikkette unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Ausgangspunkt ist der durch Offshore-Windstrom erzeugte Wasserstoff, welcher über die verschiedenen Umschlags- und Lagerstufen zu industriellen Großverbrauchern gelangt. Die Simulation untersucht die wirtschaftlichen Auswirkungen durch Ladungs- und Energieverluste bei Speicherung, Transport und Umschlag.

Das Fraunhofer IGP betreut das vierte Teilprojekt „Erhöhung der Speicher- und Transporteffizienz für Flüssigwasserstoff in Stahl-Faserverbundtanks durch thermisch gespritzte TBC-Schichten“, welches innovative technische Ansätze für die Offshore-Lagerung und den Transport flüssigen Wasserstoffs (LH2) unter kryogenen Bedingungen untersucht. Dabei werden ebenfalls ganzheitliche Transportketten betrachtet. Die Rostocker Wissenschaftler*innen untersuchen die Erhöhung der Isolationswirkung zur Reduktion der aktuell hohen Verdampfungsverluste bei gleichzeitiger Erhöhung des Verschleißschutzes gegen hydrodynamische Wellenbildung (Sloshing) in LH2-Tanks durch Thermal Barrier Coatings (TBC). Da sich die mittels thermischen Spritzens aufgetragenen Schichten sich aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit, hohen Verschleißschutzes und vorteilhafter thermischer Längenausdehnung im Hochtemperaturbereich bewährt haben, wird nun diese Vorgehensweise auf kryogene Anwendungen übertragen.

Das Leitprojekt wurde im Rahmen des Sonderaufrufes der AiF zu Energiewende als Leitprojekt mit einem Gesamtvolumen von 1,5 Millionen Euro aus Mitteln des BMWi und einer Laufzeit von drei Jahren genehmigt. Als koordinierende Forschungsvereinigung hat die FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. die Verantwortung übernommen und unterstützt zusammen mit der Forschungsvereinigung DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. und der Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. die Abwicklung des Projektes.