HyDi.KWK: Wasserstoffbasierte und digitalisierte KWK-Konzepte für eine emissionsarme und resiliente Energieversorgung

Einführung

Mit der Novelle des Klimaschutzgesetzes ist der Handlungsdruck zur Erreichung der Treibhausgasneutralität bis 2045 in Deutschland und Nordrhein-Westfalen (NRW) deutlich gestiegen. Besonders der Energiesektor, verantwortlich für einen Großteil des Primärenergiebedarfs und der Emissionen, spielt eine zentrale Rolle bei der Erreichung dieses Ziels. Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist hierbei eine Schlüsseltechnologie, die durch die simultane Bereitstellung von Strom und Wärme die Effizienz erhöht und zur Netzstabilität beiträgt.

Das Projekt HyDi.KWK setzt darauf, KWK-Systeme für die Nutzung von Wasserstoff weiterzuentwickeln und ihre Integration in digitalisierte, resiliente Energiesysteme zu ermöglichen.

Herausforderung

Die Transformation des Energiesystems hin zu Klimaneutralität erfordert nicht nur den Umstieg auf erneuerbare Energien, sondern auch deren effiziente und zuverlässige Nutzung. KWK-Systeme müssen auf regenerative Gase wie Wasserstoff umgestellt werden, um ihre Rolle in einem volatilen Energiesystem erfüllen zu können. Derzeit gibt es jedoch nur begrenzte Betriebserfahrungen mit wasserstofffähigen KWK-Systemen. Besonders die Auswirkungen von Wasserstoffgemischen auf Systemkomponenten und Wirkungsgrade sind wenig untersucht. Ebenso ist die Digitalisierung dieser Systeme noch nicht weit genug vorangeschritten, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen. HyDi.KWK adressiert diese Herausforderungen durch die Kombination experimenteller Untersuchungen, simulativer Optimierungen, sowie deren Verknüpfung im Rahmen einer Hardware-in-the-Loop-Plattform.

Projektpartner und Ziele

HyDi.KWK wird im Rahmen des Virtuellen Instituts KWK.NRW durchgeführt. Neben zahlreichen assoziierten Partnern besteht die das an der Durchführung beteiligte Konsortium aus:

• 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 

Zentrales Ziel des Projekts ist die Erweiterung der Forschungsinfrastruktur des Virtuellen Instituts KWK.NRW. Am LEE wird in diesem Rahmen ein Teststand für SOFC-Einzelzellen aufgebaut, mit dem Erkenntnisse über die internen Vorgänge in SOFCs in verschiedenen Betriebszuständen gewonnen und damit dynamische Simulationsmodelle weiterentwickelt und validiert werden. Diese Modelle sollen genutzt werden, um in Zusammenarbeit mit den Partnern im Rahmen von Szenarioanalysen die Einsatzpotenziale u.a. von SOFC-basierten KWK-Konzepten mittel- und langfristig zu bewerten.

Wissenschaftliche und wirtschaftliche Bedeutung

Die in HyDi.KWK entwickelten und erprobten Modelle, Systemkomponenten und Konzepte ermöglichen die nachhaltige Integration hocheffizienter wasserstoffbasierter KWK-Systeme und moderner IKT. Das Projekt trägt dadurch zur Modernisierung und Resilienz des Energiesystems bei. Durch die gesamtsystemische und praxisnahe Methodik werden Synergieeffekte zur Weiterentwicklung der KWK geschaffen, welche zahlreichen Stakeholdern besonders im Wirtschaftsstandort NRW zugutekommen.

Unterstützung und Förderung

Das Projekt wird im Rahmen EFRE/JTF-Programms NRW 2021-2027 Forschungsinfrastrukturen.NRW mit Mitteln der EU und des Landes NRW gefördert. Darüber hinaus wird das Vorhaben von zahlreichen Institutionen und Firmen unterstützt und begleitet. Vielen Dank an alle Beteiligten!

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Kick-Off mit den Projektpartnern des HyDi.KWK
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