Beschreibung

Herausforderung:

Grüner Wasserstoff wird aus Kostengründen dort erzeugt werden, wo es ein hohes Angebot aus regenerativen Energien gibt. Um den stark ansteigenden Bedarf von Wirtschaft und Verbrauchern zu bedienen, bedarf es einer effizienten und verlässlichen Transport- und Verteillogistik. Die Versorgung mittels LKW wird nicht mehr wirtschaftlich sein und durch den Transport in Rohrleitungen ersetzt.
Aufgrund des geringen Molekulargewichts von Wasserstoff sind dabei neuartige und aufwendigere Verdichter-Architekturen erforderlich als im Erdgasbetrieb. Zudem erfordert die Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit spezielle Werkstoffe, die zusätzlich der Wasserstoffversprödung standhalten müssen. Eine Erhöhung der Anzahl der Kompressionsstufen führt zu komplexen und rotordynamisch ungünstigen Stranganordnungen mit aufwändigen Serviceprozeduren.

Eine Skalierung bestehender Lösungen ist daher nicht möglich und es werden neue Kompressionskonzepte benötigt, die eine zuverlässige und wirtschaftliche Transportmöglichkeit von Wasserstoff durch Pipelines ermöglichen.

Projektziel:

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen, skalierbaren und hochintegrierten Kompressionslösung, die durch Kombination von Mechanik und Elektrik einen maximalen Gesamtwirkungsgrad erzielen soll. Der Wasserstoff soll mit Hilfe dieser Lösung in pipelineüblichen Mengen im Fernleitungsnetz transportfähig gemacht werden und dabei ein variables Druckverhältnis von 1,4- 3 erreichen.

Vorgehensweise:

Zunächst werden ein Anforderungsprofil und eine Risikobewertung für den Antriebsstrang erstellt. Daraus folgt die Konzeption und technische Umsetzbarkeit des Systems, das durch ein modulares Plattformkonzept erforscht und die Zielbaureihe definiert wird. Das Plattformkonzept ist hinsichtlich Drehzahlen, Achsenabständen, Anzahl der Antriebswellen und Leistungen variabel gestaltet, so dass auftragsspezifische Anforderungen an die Druckvariabilität und die Erhöhung der Anzahl der Kompressionsstufen integriert werden können. Das gesamte elektro-mechanische System wird anschließend in einer Simulationsumgebung dargestellt und eine Fehler-Möglichkeits-Einflussanalyse (FMEA) durchgeführt. Danach wird eine zuvor festgelegte Baugröße auskonstruiert und entwickelt, Die Validierung der Entwicklungsergebnisse erfolgt im Anschluss durch Komponentenversuche. Zum Schluss wird ein Gesamtdemonstrator aufgebaut und die Erkenntnisse ausgiebiger Tests werden in mehreren Redesign-Schleifen in die Konstruktion eingearbeitet.

Verwertung:

Ziel des Projektes ist unter anderem die Erforschung eines modularen, effizienten und kompakten Kompressorantriebsstrangs, wie er in allen Wasserstoffpipelines benötigt werden wird. Der Antriebsstrang soll später am Voith Standort Crailsheim gefertigt werden und dazu beitragen, dass die Arbeitsplätze zukunftssicher weil weniger abhängig von fossilen Brennstoffen werden.