Beschreibung

Kurzfassung:

Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung zur CO₂-Neutralität sowie die Notwendigkeit mit Blick auf den Klimaschutz aus Eigeninitiative CO₂ zu reduzieren, erfordern ein Umdenken auf alternative Energieträger. Zudem kommen beim Einsatz fossiler Brennstoffe aktuell geopolitische Spannungen hinzu, die zum einen die Versorgungssicherheit gefährden und zum anderen Abhängigkeiten schaffen. Im Rahmen dieses Projektes soll ein erster Schritt zur Umstellung von Erdgas auf H₂ im Bereich des Freiformschmiedens geleistet werden. Ziel ist es bei der Rosswag GmbH eine skalierbare dezentrale H₂-Versorgung zur Ofenbefeuerung und H₂-Bereitstellung im Technikumsmaßstab zu entwickeln und aufzubauen. Hierbei werden zu Beginn, basierend auf einem Modellofen, die notwendigen Stoffströme und Lastfälle definiert. Die Daten werden dann zur Modellierung der Prozesskette genutzt, um technisch und wirtschaftlich geeignete H₂-Aggregate zu identifizieren. Für das Gesamtmodell bildet das Fraunhofer ICT das Elektrolysesystem ab. Mit Hilfe des Teil-Modells wird daraufhin ein auf die Gesamtfirma skaliertes Modell erstellt, das zur Bewertung der Herausforderungen bei der Umstellung auf Wasserstoff herangezogen wird. Das Modell wird dazu durch eine eigens entwickelte dynamische Regelung gesteuert, die aktiv auf die Preise auf den Energiemärkten reagiert und somit ein Systemdienliches verhalten aufweist. Zum Ende des Projekts wird die im Modell erprobte Regelung im Realbetrieb implementiert, um alle Vor- und Nachteile der am Energiemarkt Wasserstoff betriebenen Ofenbefeuerung zu sammeln und die erhaltenen Realwerte zur weiteren Auswertung für etwaige Ausweitungen der Teststrecke zu nutzen.

 

Herausforderung:

Die Herausforderungen im Projekt liegen im Besonderen in der Betriebsweise der Elektrolyse unter den Einsatzbedingungen beim Freiformschmieden. Der Ofenbetrieb ist hier üblicherweise nicht als kontinuierlich einzustufen. Zwar lassen sich durch Puffer am Elektrolyseur ggf. Extrema abmildern, jedoch wird die gesamte Prozesskette dynamisch bis hin zu batchweisem Betrieb gefahren. Eine weitere Herausforderung liegt in der intelligenten Kopplung der Elektrolyse zum Spotmarkt zum Energieerwerb. So soll die Wasserstofferzeugung vornehmlich (jedoch nicht ausschließlich) bei günstigen Marktbedingungen erfolgen, was ebenfalls zu einer erhöhten Dynamik des Systems führt.

Projektziel:

Das Projektziel ist eine intelligent geregelte betriebsbereite Wasserstoffinfrastruktur, mit der ein erster Ofen betriebsbereit verbunden ist.

Vorgehensweise:

Im Rahmen des Projektes werden, auf Basis eines ersten Testofens, Aggregate zur Wasserstofferzeugung ermittelt und eine H₂-Teststrecke zur Versorgung aufgebaut. Parallel dazu werden anhand von Lastprofilen und ermittelten Stoffströmen ein digitaler Zwilling der Prozesskette erzeugt. Dieser Zwilling dient zur Erstellung einer intelligenten Regelstrategie die zum einen die notwendigen Betriebsbedingungen berücksichtigt und zum anderen die aktueller Energiemarktsituation in die Wasserstoffgewinnung mit einfließen lässt. Im Anschluss daran wird das Gesamtsystem in Betrieb genommen in Kombination mit dem Testofen validiert.

Verwertung:

Die erzielten Ergebnisse lassen sich auf unterschiedlichste Art verwerten. Für Rosswag liegt ein Schwerpunkt in der Verwertung darin die bisher mit Erdgas befeuerten Schmiedeöfen, die zum Vorwärmen und zur Wärmebehandlung beim Freiformschmieden eingesetzt werden, auf eine Mischung aus Wasserstoff und Erdgas als Brenngas umzustellen. Mittel bis langfristig sollen weitere Schritte unternommen werden, um eine reine Sauerstoff-Wasserstoff-Verbrennung in den Öfen zu erzielen. Daraus ergibt sich mittel- bis langfristig zudem das Potential CO₂-Neutralität zu erreichen, und mit Hilfe von EEG-Systemen die Abhängigkeit vom Energiemarkt zu senken. Weiterhin will sich Rosswag als zukünftiger Satellit in einer lokalen Wasserstoffinfrastruktur positionieren um als Versorger H₂ anbieten zu können. Die Lösungen zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit und zur Steuerung der Elektrolyseprozesse können zukünftig als wissenschaftliche Dienstleistung seitens der Projektpartner angeboten werden.