Wasserstoffbasierte und digitalisierte KWK-Konzepte für eine emissionsarme und resiliente Energieversorgung

Mit der Novellierung des Klimaschutzgesetzes hat sich der Handlungsdruck zur Erreichung der Treibhausgasneutralität bis zum Jahr 2045 in Deutschland und Nordrhein-Westfalen deutlich erhöht. Insbesondere dem Energiesektor kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu, da er einen wesentlichen Anteil am Primärenergieverbrauch und an den Treibhausgasemissionen hat. Einen wichtigen Beitrag zur Zielerreichung leistet die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die durch die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme eine besonders effiziente Energienutzung ermöglicht und zudem zur Stabilität der Energiesysteme beiträgt.

An diesem Punkt setzt das Projekt HyDi.KWK an, indem es KWK-Systeme mit dem Einsatz von Wasserstoff untersucht sowie deren Integration in zunehmend digitalisierte Energiesysteme vorantreibt. Die Transformation hin zu einem klimaneutralen Energiesystem erfordert nicht nur den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien, sondern auch deren effiziente, flexible und zuverlässige Nutzung. Hierbei spielt die Umstellung bestehender KWK-Systeme auf regenerative Energieträger wie Wasserstoff eine entscheidende Rolle. HyDi.KWK adressiert diese Herausforderungen durch die Kombination experimenteller Untersuchungen, simulativer Optimierungen, sowie deren Verknüpfung im Rahmen einer Co-Simulationsplattform.

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des Virtuellen Instituts KWK.NRW durchgeführt. Neben zahlreichen assoziierten Partnern besteht das durchführende Konsortium aus:

• Virtuelles Institut
• Gas- und Wärmeinstitut Essen e.V.
• Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik und Energiesysteme der Universität Duisburg-Essen 
• Lehrstuhl für Energietechnik der Universität Duisburg-Essen 
• Lehrstuhl für Energiewirtschaft der Universität Duisburg-Essen 
• WTZ Roßlau gGmbH 

Der Lehrstuhl für Energietechnik leistet in diesem Kontext einen wesentlichen Beitrag, indem er sich auf die modellbasierte Analyse und Weiterentwicklung von KWK-Systemen sowie deren Einbindung in übergeordnete Energiesysteme konzentriert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung vereinfachter, aber aussagekräftiger Modelle zur Beschreibung von Wasserstoff-basierten motorischen KWK-Anlagen, die eine flexible Anwendung und Integration in verschiedene Simulationsumgebungen ermöglichen. Die vom Projektpartner WTZ erhobenen Messdaten dienen hierbei zur Verifizierung der Modellierung. Darüber hinaus werden Energiesysteme auf Quartiersebene untersucht, um die Rolle von Wasserstoff im Zusammenspiel mit unterschiedlichen Technologien und Versorgungsstrukturen zu bewerten. Ziel ist es, belastbare Aussagen zur technischen und wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit solcher Systeme zu treffen und deren Einsatzmöglichkeiten im zukünftigen Energiesystem aufzuzeigen. Durch simulationsbasierte Analysen verschiedener Szenarien trägt der Lehrstuhl Energietechnik dazu bei, fundierte Entscheidungsgrundlagen für die Gestaltung einer nachhaltigen und resilienten Energieversorgung zu schaffen.