Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPAufgrund des Klimawandels besteht ein akuter Handlungsbedarf, der eine Wendung von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energiequellen ausgelöst hat. Offshore-Windparks bieten die Möglichkeit, große Mengen an Strom aus regenerativen Energiequellen bereitzustellen. Allerdings treten bei der Stromproduktion periodische Schwankungen auf, die in den dynamischen Umgebungsbedingungen begründet sind. Der verwendete Prozess zur Herstellung des Wasserstoffes wird als Elektrolyse bezeichnet und ermöglicht die Zwischenspeicherung der Energie. Somit ist es möglich, die Produktion und den Verbrauch zeitlich zu entkoppeln.
Problemstellung
Offshore-Windparks mit integrierter Wasserstoffinfrastruktur sind ein neuartiges System und haben bisher nur ein geringes Technology Readiness Level. In der Gestaltung und Planung sowie der Projektdurchführung fehlt das Erfahrungswissen. Es werden flexible Planungsverfahren benötigt, da das Spektrum an Konfigurationsmöglichkeiten breit ist. So müssen die verschiedenen Arten der Elektrolyse sowie die Transporttechnologien mit den Stärken und Schwächen betrachtet werden. Zudem sind die Systemkosten und die Energieproduktion von den Umgebungsparametern abhängig, welche für jedes Szenario variieren können. Diese Einflussgrößen wirken zudem aufeinander ein, wodurch die Komplexität der Planung des Gesamtsystems sich erhöht und eine Einschätzung der Durchführbarkeit anhand wirtschaftlicher Kennzahlen im Augenblick nicht realisierbar ist.
Zielstellung und Lösungsweg
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erstellung einer Planungsmethodik sowie die Entwicklung eines Werkzeuges für die 3D-Struktur- sowie Kostenplanung von Offshore-Windparks mit integrierter Wasserstoffinfrastruktur. Zusätzlich wird ein systemdynamisches Modell erstellt, mit dem die Zusammenhänge von Einflussfaktoren dargestellt werden. In dem Projekt werden verschiedene Möglichkeiten der Systemstruktur betrachtet, wobei der Fokus auf einer zentralen Offshore-Elektrolyse liegt, bei der die Wasserstoffproduktionsanlagen auf einer Plattform im Meer installiert wird. Mithilfe von konfigurierbaren Parametern (technisch, ozeanografisch etc.) können Kennzahlen für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erstellt werden, wodurch eine szenarioanalytische Betrachtungsweise umgesetzt wird. Als Datengrundlage für die Umgebungsparametern werden Geoinformationssystem-Daten (GIS-Daten) in das System integriert, um Umgebungsparameter und standorttypische Faktoren in den Planungsprozess einzubeziehen (Entfernung zur Küste, Wassertiefe etc.). Anhand dieser Parameter kann der produzierte Wasserstoff kalkuliert und mit den Systemkosten verrechnet werden. Weitere Strategien zur Wasserstoffherstellung sollen in dem System abgebildet werden, wodurch eine optimale Systemauslegung anhand der Konfigurationen des Anwenders ausgegeben wird.
Nutzen
Das Planungswerkzeug unterstützt die Unternehmen der Offshore-Windindustrie bei der ganzheitlichen Planung und kostentechnischen Bewertung von Offshore-Windparks mit einer Wasserstoffinfrastruktur. Mittels einer interaktiven Umgebung können individuelle Szenarien dargestellt und wirtschaftlich bewertet werden. Es verringert somit den Planungsaufwand dieser Großprojekte und unterstützt bei der Entscheidungsfindung in der Planungsphase.
