Wasserstofftankstellen
Gudrun unterhielt sich mit Meike Juliane Amtenbrink. Frau Amtenbrink hat von September 2017 bis Februar 2018 am Fraunhofer Institut f\xfcr Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg Wasserstofftankstellen modelliert. Die Niederschrift der Ergebnisse bilden ihre Masterarbeit im Studiengang Energietechnik am KIT . Gudrun hat die Arbeit von Seiten des KIT als Erstgutachterin betreut. Als kohlenstofffreier Energietr\xe4ger ist Wasserstoff im weltweiten Fokus der Forschung. Tanken mit Wasserstoff verspricht, den CO2-Aussto\xdf des Verkehrssektors zu reduzieren, zus\xe4tzlich erm\xf6glicht die Umwandlung \xfcbersch\xfcssiger Strommengen in Wasserstoff mittels Elektrolyse dringend ben\xf6tigte Flexibilit\xe4t f\xfcr die zuk\xfcnftige Energieversorgung. Daf\xfcr m\xfcssen Tankstellen zur Verf\xfcgung stehen. Auf dem noch jungen Markt hat sich auf der Kundenseite bereits ein Standard etabliert, sodass alle Besitzerinnen eines Brennstoffzellenfahrzeugs an jeder Wasserstofftankstelle nachtanken k\xf6nnen. Der technische Aufbau der Tankstellentechnologie ist dabei, je nach Anwendung, unterschiedlich. Teil der Arbeit war es einzusch\xe4tzen, welche Konzepte f\xfcr den zuk\xfcnftigen Markt eine Rolle spielen. Aufgrund der Vergleichbarkeit zwischen den relevanten Konzepten und dem in der ISE-eigenen Tankstelle umgesetzten Aufbau, wurde die institutseigene Tankstelle modelliert und die vorhandenen Messdaten genutzt, um die Plausibilit\xe4t der Ergebnisse zu \xfcberpr\xfcfen. Im Rahmen vorangegangener Abschlussarbeiten wurde am Fraunhofer ISE ein Simulationsmodell eines Power-to-Gas-Systems auf Basis der PEM-Elektrolyse erstellt. Dieses Modell hatte zum Ziel, das dynamische Systemverhalten nachzubilden, Aussagen/Vorhersagen zum realen Wirkungsgrad der Anlage zu geben und die tats\xe4chliche j\xe4hrliche Wasserstofferzeugung zu prognostizieren. Darauf konnte Frau Amtenbrink aufbauen. In ihrer Arbeit wurde ein nulldimensionales, thermodynamisches Realgasmodell einer Wasserstofftankstelle in MATLAB/Simulink erstellt. Daf\xfcr wurden f\xfcr die Einzelkomponenten einer Wasserstofftankstelle die Enthalpie- und Stoffbilanzen aufgestellt, in Simulink implementiert und \xfcber eine Steuerungslogik zu einem Gesamtsystem verbunden. Mit dem Tankstellenmodell k\xf6nnen das Stand-by-Verhalten der Tankstelle und der Betankungsvorgang sekundengenau simuliert werden. Ergebnis sind die Dr\xfccke, Temperaturen und Stoffstr\xf6me des Wasserstoffs an den relevanten Stellen im Gesamtsystem und der Energieverbrauch der Tankstelle, aufgeschl\xfcsselt nach den wichtigsten Einzelkomponenten. Das Speichermodell kann auf Grundlage der Erhaltungsgleichungen \xfcber die zu- und abflie\xdfenden Stoffstr\xf6me den sich ergebenden Druck und die Temperatur des Wasserstoffs im Speicher nachbilden, wobei die Realgasgleichung nach Redlich und Kwong benutzt wurde. Der W\xe4rmeaustausch mit der Umgebung durch Konvektion und W\xe4rmeleitung ist ber\xfccksichtigt. Das Modell ist auf verschiedene Speicher parametrisierbar und kann \xfcber die Anpassung der Geometrie- und Materialwerte sowohl f\xfcr die (...)