Optimierte Auslegung von Obertageanlagen für Kavernenspeicher
Technologietransfer
Optimierte Auslegung von Obertageanlagen für Kavernenspeicher
Ergebnisse aus DLR-Wasserstoffanalyse verringern Investitionsbedarf für zukünftige Gaskaverne der EWE GASSPEICHER GmbH am Standort in Rüdersdorf
Die EWE GASSPEICHER GmbH kann auf Basis der Ergebnisse mehrerer vom DLR durchgeführter Wasserstoff- (H2-) Analysen die Anzahl erforderlicher Komponenten zur Gas-Aufreinigung an Obertageanlagen von neu zu errichtenden Gaskavernen reduzieren und dadurch die Investitionskosten minimieren. Das Institut für Vernetzte Energiesysteme nahm die Untersuchungen in enger Abstimmung mit dem Unternehmen an einer Gaskaverne der EWE GASSPEICHER GmbH am Standort in Rüdersdorf vor, um mögliche Einflussfaktoren der Kavernenspeicherung auf die Wasserstoff-Qualität zu identifizieren. Zudem sollte die Wasserstoff-Qualität für die Anwendung in Brennstoffzellenfahrzeugen bewertet werden.
Das Institut für Vernetzte Energiesysteme hat im Rahmen des HyCAVmobil-Projekts Testprozeduren entwickelt, um Materialien auf ihre Eignung in Bezug auf Wasserstoff zu untersuchen und für die Nutzung in Wasserstoffkavernen zu bewerten.
Insbesondere stellt im Wasserstoff enthaltene Feuchtigkeit nach der Speicherung in der Kaverne sowohl für Wasserstoffsysteme in Brennstoffzellenfahrzeugen als auch für Pipelinesysteme eine Belastung dar. Hierzu haben die Messungen ergeben, dass der Wasserstoff nach der Lagerung in der Kaverne weiterhin eine Reinheit von 99,9 % aufweist und weniger als 0,01 % Wasser (100 ppm) enthält. Dieser Wert ist vor allem im Vergleich zur Ausspeicherung von Erdgas aus Kavernen relativ gering, sodass die EWE GASSPEICHER GmbH am Standort Rüdersdorf auf die Installation einer bisher eingesetzten Gastrocknungsanlage verzichten kann. Auch wenn die Analyseergebnisse die Eignung von Salzkavernen für die Speicherung von H2 bestätigen: Inwieweit sich die Erkenntnisse auf größere oder bereits zur Erdgasspeicherung genutzte Kavernen übertragen lassen, müssen weitere Untersuchungen zeigen.
Trotz der guten Ausspeicherqualität des Wasserstoffs reicht diese nach den hohen Anforderungen der DIN 17124 (Wasserstoff als Kraftstoff) nicht für die direkte Nutzung in der Brennstoffzellenmobilität aus. Insbesondere Stickstoff, welcher im Herstellungsprozess der Kaverne verwendet wurde, überschreitet die geforderten Grenzwerte im Testbetrieb. Es ist jedoch damit zu rechnen, dass sich dieser Wert relativ schnell durch Verdünnung im weiteren Betrieb verringern wird. Vor diesem Hintergrund dient das erlangte Wissen über die Wasserstoff-Zusammensetzung als Basis für die weitere Auslegung von obertägigen Trocknungs- und Reinigungsanlagen.
Materialuntersuchungen in einem Hochdrucktestreaktor haben zudem gezeigt, dass Wasserstoff an üblicherweise eingesetztem Stahl im Vergleich zu Erdgas eine höhere Korrosion verursacht. Neuere Entwicklungen von wasserstoffgeeignetem sogenannten „H2-ready-Stahl“ sind unter Wasserstoffatmosphäre hingegen korrosionsbeständiger als das klassische Material. Das lässt den Rückschluss zu, dass zukünftig entweder optimierte Materialien zum Einsatz kommen müssen oder verkürzte Inspektions- und Wartungszyklen einzuplanen sind.
„Mit diesen Erkenntnissen können wir insbesondere neue Speicheranlagen zukünftig bedarfsorientiert auslegen, was Investitionskosten und operativen Aufwand reduziert“, sagt Hayo Seeba, HyCAVmobil-Projektleiter bei der EWE GASSPEICHER GmbH. „Weil die Wasserstoff-Messungen während der kompletten Ein- und Ausspeicherzyklen vorgenommen wurden, kann diese Kaverne nun anhand der erlangten Erkenntnisse zum Beispiel in Druckbereichen betrieben werden, in denen der Wassergehalt beim Ausspeichern besonders niedrig ist. Dieses Vorgehen verringert die Kosten für die Trocknung“. Laut Seeba konnte durch die Zusammenarbeit mit dem DLR die Grundlage zur Etablierung einer kavernenbasierten Wasserstoff-Infrastruktur geschaffen werden. „Diese Erkenntnisse werden zukünftig auch in die Auslegung und den Betrieb von großskaligen Wasserstoff-Speichern einfließen, beispielsweise bei unserem Vorhaben am Gasspeicherstandort in Huntorf in der Wesermarsch. Dort bauen wir im Rahmen des großtechnischen IPCEI-Vorhabens ‚Clean Hydrogen Coastline‘ eine Erdgaskaverne für die Speicherung von Wasserstoff um.“
Obwohl weltweit bereits vereinzelt Kavernen als Wasserstoffspeicher in Betrieb genommen worden sind, gab es bislang keine Erkenntnisse darüber, inwieweit die hohen Reinheitsanforderungen aus der Brennstoffzellen-Mobilität und weiteren Industriebereichen beim Ausspeichern aus einer Salzkaverne erreichbar sind. Deshalb standen im Projekt HyCAVmobil neben möglichen Verunreinigungen aus der Salzkaverne selbst auch weitere Materialien, Prozesse und Systeme entlang des gesamten Bereitstellungsprozesses für Wasserstoff auf dem Prüfstand – zum Beispiel an Tankstellen und Elektrolyseuren oder bei der Hochdruckspeicherung. Hier hat das DLR die Art der Verunreinigungen analysiert, die durch die einzelnen Komponenten verursacht werden können. Dieses Verhalten wurde exemplarisch in den relevanten Umgebungsparametern wie Druck und Temperatur untersucht.
Hintergrund zum Thema
Im Rahmen des Forschungsprojektes HyCAVmobil ist erstmals in Deutschland eine Testkaverne mit Wasserstoff befüllt worden, um die Qualität des eingespeicherten bzw. ausgespeicherten Wasserstoffs untersuchen zu können und nachzuweisen, dass Wasserstoff sicher in unterirdischen Kavernenspeichern gelagert werden kann. Für die Qualitätsnachweise hat das Institut für Vernetzte Energiesysteme erstmals Forschungsergebnisse vorgelegt, die insbesondere für den Einsatz in der Mobilität von großer Bedeutung sind. Die wichtigsten Erkenntnisse: Die Wasserstoffspeicherung in Kavernen ist möglich, die H2-Qualität ist den bisherigen Ergebnissen zufolge gut. Damit sind wesentliche Voraussetzungen für die Mobilität mit wasserstoffbasierten Brennstoffzellenfahrzeugen erfüllt, weil Verunreinigungen und Feuchte nur in geringem Maße vor dem Weitertransport zur Tankstelle entfernt werden müssen oder die Reinigung sogar vor Ort an der Tankstelle erfolgen kann.
