Energieversorgung für Gebäude: Komplettlösung auf Wasserstoffbasis

Im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Hochschule Fulda ist ein in seiner Art bislang einzigartiges System für die Energieversorgung von Gebäuden in den Forschungsbetrieb gegangen.

Es handelt sich um eine schlüsselfertige Komplettlösung im Container. Die Neuentwicklung wurde nach Vorgaben des Forscherteams um Professor Dr.-Ing. Ulf Schwalbe durch die Münchner Firma Ostermeier H2ydrogen Solutions umgesetzt. Der Container enthält die gesamte Gebäudetechnik für eine ganzheitliche, umweltfreundliche Energieversorgung mit Wärme und Strom auf Wasserstoffbasis. Die Fuldaer Forscher wollen damit ihr eigens für die Komplettlösung entwickeltes Energiemanagementsystem an verschiedene Anwendungsszenarien anpassen und die Energiemanagementlösungen so für den bestmöglichen Einsatz regenerativer Energien optimieren – ein wichtiger Schritt in Richtung energieoptimierter Gebäudelösungen.

Ostermeier H2ydrogen Solutions (kurz OHS) hat für die anstehenden Entwicklungen an der Hochschule Fulda eigens eine kompakte Lösung zur Energieerzeugung und -speicherung umgesetzt, die in einen Schiffscontainer passt. Ziel ist es, die Energieversorgung nicht nur CO2-emissionsarm, sondern auch netzdienlich zu gestalten. Dabei wird überschüssige Energie aus regenerativen Quellen wie Wind oder Sonne in dem Gebäudeenergiesystem gespeichert und nach Bedarf wieder abgeben. Somit lassen sich die natürlichen Schwankungen erneuerbarer Quellen ausgleichen. Wenn im Sommer zu viel Strom im Netz ist, kann man die Energie speichern. Im Winter hingegen, wenn zu wenig Energie vorhanden ist, wird keine Energie aus dem Netz gezogen. Somit ist ganzjährig eine zuverlässige Energieversorgung gewährleistet. Zudem lässt sich Energie aus fossilen Trägern wie Kohle, Erdöl und Erdgas ersetzen.

Welche Technik steckt drin?

Der Container enthält alle Komponenten, die für eine autarke Energieversorgung notwendig sind: Photovoltaik-Wechselrichter, Batterie, Wärmepumpe, Wärme- und Kältepufferspeicher, Wasserstoff-Elektrolyseeinheit und -speicher, Kompressor und Brennstoffzelle. Die Hochschule Fulda arbeitet an einer Energiemanagementlösung, die regenerative Energieerzeugung, Energiespeicherung, Elektromobilität und Gebäudeenergie für Heizung und Kühlung energieoptimal kombiniert und regelt. Da ihr Forschungsschwerpunkt auf der technischen Funktion und Ortsflexibilität liegt, hat man für Fulda die praktisch-robuste Containerform gewählt. Die von OHS weiterentwickelte Bauform, der "EcoreOne", soll für den Einsatz im Wohnumfeld ein äußerlich ansprechendes Design erhalten.

Forschung für die praktische Anwendung

Das Team um Professor Schwalbe, der am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Hochschule Fulda die Forschungsgruppe Elektromobilität und erneuerbare Energien leitet, wird mit dem System nun die verschiedensten Anwendungsszenarien im Bereich der Gebäudeenergieversorgung durchspielen.

„Ziel unserer Forschung ist es, die Algorithmen unseres Energiemanagementsystems weiterzuentwickeln und einen ganzjährigen energieoptimierten Betrieb zu realisieren. Die Technik für die Energiewende ist vorhanden, aber es gibt noch viel zu tun, um sie für die breite Gesellschaft verständlich, anwendungsfreundlich und kostengünstig in die Praxis zu bringen. Das ist unser zentrales Anliegen.“ In seinem Fachgebiet entstehen zukunftsweisende Arbeiten, die sich mit wirtschaftlichen und technischen Fragen der regenerativen Energietechnik und der Energiespeicherung beschäftigen. Sein besonderes Augenmerk hat er auf den Einsatz von gebrauchten Fahrzeugbatterien für stationäre Batteriespeicher zum Laden von Elektrofahrzeugen beziehungsweise zur Unterstützung des Energieversorgungsnetzes gerichtet. Diese Anwendungen haben den Grundstein für die Entwicklung eigener Energiemanagementlösungen gelegt. 

„Aus meiner Sicht kann in unseren Breiten schon viel mit regenerativen Energiequellen geleistet werden“, so Schwalbe. „Wir könnten mit dem konsequenten Ausbau viel Wirkung erzielen, auch beim Thema Heizung. Fehlende Langzeiterfahrungen, Bezahlbarkeit und zuverlässige Planbarkeit sind aktuell die entscheidenden Hinderungsgründe für die Umsetzung. Daran wollen wir etwas ändern.“

Dezentrale Lösungen für autonome Energieversorgung

OHS-Geschäftsführer Dr. Markus Ostermeier betont, dass der Klimakrise mit mehr Geschwindigkeit begegnet werden müsse. „Ein wichtiger Baustein ist Wasserstoff. Mit seinen idealen Speicher- und Transporteigenschaften hat er großes Potenzial für den Klimaschutz vor Ort.“ OHS hat ein modulares Baukastensystem an dezentralen Speicherlösungen für größere Industrie- und Wohngebäudekomplexe entwickelt, mit einem Fokus auf der Langzeitspeicherung von erneuerbarem Strom. „Der Container für die Hochschule Fulda ist in der Zusammenstellung für uns eine Weltneuheit. Ich bin sehr gespannt auf die praktischen Erkenntnisse, die das Forscherteam mit ihm gewinnen wird.“

Weiterentwicklung von Energiemanagementlösungen

Nachdem der Container seit März zunächst im Testbetrieb auf dem OHS-Firmengelände in Schweitenkirchen in der Nähe von München lief, ist er nun an seinem Bestimmungsort Fulda angeschlossen worden. Die Erkenntnissen aus den anstehenden Forschungsarbeiten sollen unter anderem dazu beitragen, die Lebensdauer von Wärmepumpen zu verlängern. Außerdem sollen die Energiemanagementlösungen für die optimale Versorgung von Wohn- und Industriegebäuden weiterentwickelt werden. Es soll eine Energiemanagementlösung im Baukastensystem entstehen, die flexibel einsetzbar ist. Und schließlich sollen Tests für das sinnvolle Ankoppeln an den Energiemarkt sowie Zwischenspeicher für Wärme, Kälte und Elektroenergie bei unterschiedlichen Klima- und Wetterbedingungen erfolgen. Das Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (Next Generation EU) sowie vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst gefördert.

Bild: Vogelperspektive -- Verladung des Containers auf dem OHS-Firmengelände in Schweitenkirchen. Bildquelle: Ostermeier H2ydrogen Solutions

Weitere Informationen: https://www.hs-fulda.de/elektrotechnik-und-informationstechnik/lehrgebiete/erneuerbare-energien-und-elektromobilitaet und https://ohs.energy/

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