Das Projekt RefLau.

Kern des Reallabors Referenzkraftwerk Lausitz (RefLau) ist die Errichtung eines modernen Kraftwerks am Standort Spremberg im Industriepark Schwarze Pumpe, in dem ausschließlich erneuerbare Energien genutzt, Möglichkeiten der Sektorenkopplung erschlossen und neue Wertschöpfungspotentiale durch Systemdienstleistungen im elektrischen Netz der öffentlichen Versorgung aufgezeigt werden. 


Notwendigkeit & Zweck

In Vorbereitung auf den geplanten Ausstieg aus der Kohleverstromung und eines steigenden Anteils regenerativer Energieerzeuger im Stromnetz ist eine deutliche Erhöhung der Flexibilität der Stromnetze und künftiger Kraftwerksanlagen nötig.

Am Standort Industriepark Schwarze Pumpe sollen hierfür im Rahmen des Projektes Referenzkraftwerk Lausitz, die Möglichkeiten eines neuartigen Speicherkraftwerks demonstriert werden. Die Aufgabe des Speicherkraftwerks ist es, netzdienliche Regelleistung anzubieten sowie mittels Wasserstoff eine Sektorenkopplung zu ermöglichen, um:

  • Positive sowie Negative Regelleistung für das Stromnetz anzubieten
  • Überschüssigen Strom in Form von Wasserstoff zu speichern
  • Eine Sektorenkopplung zu erzielen vom Stromnetz hinzu:
  • Verkehrssektor über eine Wasserstofftankstelle für PKW und LKW
  • Industrie über eine Abfüllanlage von Wasserstoff in Transportbehälter
  • Industrie über eine direkte Wasserstoffleitung am Industriepark Schwarze Pumpe
  • Wärmesektor über eine Einspeisung in das Erdgasnetz



Prinzipskizze des tech. Konzeptes

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Im Projektteil 1 wird begonnen mit der Errichtung der Wasserstofferzeugung, Speicherung und -verteilung (Sektorenkopplung). 

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Im Projektteil 2 sollen im Rahmen eines F&E-Vorhabens alle relevanten Systemdienstleistungen für das Stromnetz (positive bzw. negative Regelleistung) wie bei einem konventionellen Kraftwerk bereitgestellt werden. 


Gesamtvorhaben

Kernziel ist die Gesamtintegration aller Elemente in einer Anlage. Darüber hinaus sind die Elektrolyseure in der Leistung höher dimensioniert, um entsprechend dem zukünftigen sektorengekoppelten Zielsystem die Dekarbonisierung auch von anderen Systemen (Verkehr, Industrie, Wärme) zu ermöglichen.

Kernkomponenten und Funktionen

Elektrolyseur

Die Aufgabe der Elektrolyseanlage besteht in der Aufnahme von erneuerbar erzeugtem Strom und dessen Umwandlung in Wasserstoff, welcher anschließend gespeichert oder weiter genutzt werden kann. Die Elektrolyseanlage besteht aus verschiedenen Einzelkomponenten. Das Herzstück bildet der Elektrolyse-Stack. Einzelne Stacks werden zu sogenannten Modulen zusammengefasst, deren Leistungsgröße mehrere MW betragen kann.

Momentanreserve (Teilvorhaben Forschung und Entwicklung F&E)

Momentanreserve bezeichnet die kurzfristig abrufbare Leistungsreserve innerhalb des Stromnetzes. Diese wird genutzt, um hochfrequente Schwankungen in der Energienachfrage bedienen zu können und trägt damit wesentlich zum Aufrechterhalten des Energiegleichgewichts im Stromnetz bei.

Im RefLau Projekt werden verschiedene Speichertechnologien auf ihre Eignung als Momentanreservespeicher untersucht und im Referenzkraftwerk implementiert. Dazu zählen beispielsweise Supercaps und mechanische Flywheels.


Batterie (Teilvorhaben Forschung und Entwicklung F&E)

Die Batterieanlage im Referenzkraftwerk kann überschüssige Energie aus regenerativen Quellen speichern und verfügt über die folgenden wesentlichen Funktionen:

- Zwischenspeicherung elektrischer Energie

- Lieferung von Primärregelleistung

- Energiebereitstellung für den Schwarzstartbetrieb

- Versorgung des Notstromnetzes der Eigenbedarfsversorgung


Speichertanks und Brennstoffzelle

Der mittels der Elektrolyseanlage produzierte Wasserstoff wird entweder direkt der Vermarktung zugeführt oder zur späteren Nutzung in der Hauptspeicheranlage gespeichert. Die Hauptspeicheranlage ist damit zentrales Element der Speicherfunktion des Kraftwerks. 


Die Aufgabe der Brennstoffzellenanlage im Gesamtsystem besteht in der Rückverstromung von Wasserstoff. Dadurch kann die Brennstoffzellenanlage elektrische Energie in Zeiten geringer Stromproduktion aus regenerativen Quellen bereitstellen. Darüber hinaus stellt die Brennstoffzellenanlage für den Schwarzstart Strom zur Aufladung des Batteriesystems zur Verfügung. Des Weiteren ist sie im Rahmen des dynamischen Regelungskonzeptes des Referenzkraftwerks verantwortlich für das Nachlademangagement der Batterie, wenn deren Speicherinhalt einen kritischen Punkt unterschreitet. 

Anwendungsbereiche H2

Wasserstoff kann in das bestehende Gasnetz eingespeist und zu gewissen Anteilen dem Erdgas beigemischt werden, ohne dadurch technische Probleme zu verursachen. Die bestehende Gasnetzinfrastruktur ist folglich für eine Wasserstoffeinspeisung in gewissem Umfang geeignet. Dadurch kann der Wasserstoff auch überregional zur Dekarbonisierung verschiedener Sektoren beitragen ohne, dass hierfür aufwändiger Transport per Wasserstoff-Trailer oder eine eigene Wasserstoffgasleitung notwendig wäre.

Der Industriesektor ist Hersteller und zugleich bislang der größte Nutzer von Wasserstoff. Wasserstoff wird zum Beispiel als chemischer Grundstoff zur Erzeugung, Weiterverarbeitung oder Veredelung von Zwischen- und/oder Endprodukten eingesetzt. 

Neben den Einsatzmöglichkeiten in der Stahl- und Chemie-Industrie kann erneuerbar erzeugter Wasserstoff in vielen anderen Bereichen eine wichtige Rolle spielen. So z. B. in der sehr energieintensiven Glasschmelze als Ersatz von Erdgas, aber auch über alle Branchen hinweg für die Erzeugung von Prozessdampf auf Temperaturniveaus, die z. B. über Wärmepumpen nicht erreichbar sind.

Ein weiterer Anwendungsbereich von Wasserstoff in der Industrie sind brennstoff-zellenbetriebene Flurförderzeuge. In der Regel handelt es sich dabei um Gabelstapler und Schlepper, die in der Intralogistik, also zur Bewältigung innerbetrieblicher Materialflüsse im Rahmen des Material Handlings eingesetzt werden. 


Durch übergreifende Maßnahmen wie der Clean Vehicles Directive (CVD) und der CO2-Bepreisung sind Abnehmer besonders im Omnibus- und Schwerlastverkehr sowie in Entsorgungsbetrieben zu erwarten. Das Referenzkraftwerk Lausitz wird in diesem Kontext lokale H2 Tankstellen beliefern.

Ziele

  • Erneuerbare Energie

    Zentrales Ziel ist die Herstellung von grünem Wasserstoff, welcher im regulatorischen Kontext einen besonderen Stellenwert hat und zur Belieferung des Speicherkraftwerks wie auch für die Vermarktung in anderen Sektoren genutzt werden soll. Die Eigenschaften des grünen Wasserstoffs unterscheiden sich nicht von denen gewöhnlichen Wasserstoffs. Deren Herstellung ist im Wesentlichen an die Herstellung durch Elektrolyse mittels erneuerbarer Energien gekoppelt.


    Zur Erzeugung von grünem Wasserstoff wird Strom aus erneuerbaren Energieanlagen benötigt. Das Konsortium plant deshalb überwiegend eigene neue Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen in der Region. Bis zum heutigen Zeitpunkt wurden geeignete Flächen für die Windenergienutzung identifiziert, größtenteils privatrechtlich gesichert und zur Erlangung des Planungsrechtes bei den dafür zuständigen Behörden beantragt. 


  • Dunkelflaute

    Das Wasserstoff-Speicherkraftwerk soll dabei nicht nur die Aufgaben der Netzregelung übernehmen, sondern soll auch in der Lage sein, eine zweiwöchige Dunkelflaute mit Volllast durchfahren sowie nach Black-Out den Wiederaufbau (Schwarzstart) des Netzes durchführen zu können. 

  • Schwarzstartfähigkeit

    Schwarzstartfähigkeit bezeichnet die Fähigkeit einer Stromerzeugungsanlage, worunter auch Speicher fallen, ggf. mit Hilfe einer eigenen Hilfsstromquelle und ohne Zufuhr elektrischer Energie von außen aus vollständig abgeschaltetem Zustand wieder hochzufahren.

  • Rückverstromung (Teilvorhaben Forschung und Entwicklung F&E)

    Die durch den F&E-Teil des Verbundvorhabens zu entwickelnden Möglichkeiten der Kombination aus Wasserstoffspeicherung, Rückverstromung und Stromspeicherung, ist nicht nur für sich betrachtet systemdienlich, sondern erschließt neue Wertschöpfungspotentiale durch Systemdienstleistungen. 

    Die Einzeltechnologien, die im RefLau eingesetzt werden, sind weitestgehend technisch erprobt und marktreif. Die Innovation ist in diesem Projekt somit nicht in den einzelnen Komponenten, sondern im Gesamtsystem, der Verzahnung der Komponenten zu einem flexiblen Wasserstofferzeugungs- und Bereitstellungssystem sowie der Integration mit Rückverstromung und Netzdienstleistungen im Stromnetz zu sehen.


  • Momentanreserve (Teilvorhaben Forschung und Entwicklung F&E)

    Das Reallabor „RefLau“ beinhaltet eine flexible Interaktion von Strom- und Gasmarkt, die Bereitstellung von Systemdienstleistungen (Momentanreserve, Regelleistung, Blindleistung) und die Kopplung mit weiteren Märkten (Mobilität, Wärme, Industrie).

  • Strukturwandel

    Zu diesen technischen Aspekten der Energiewende treten Fragen des Strukturwandels in Regionen, die derzeit besonders von der Wertschöpfung im Bereich der Kohleverstromung abhängig sind. Die Lausitz mit ihren Kraftwerks- und Industriestandorten, allen voran der Verbundstandort Schwarze Pumpe, muss sich insbesondere im Bereich der Energieversorgung den Herausforderungen stellen und grundlegend erneuern. Die besondere Herausforderung ist die Sicherung des gesamten Standortverbundkomplexes Schwarze Pumpe ohne technologische und soziale Brüche. Dies betrifft insbesondere den Erhalt des Energiestandortes und seiner Arbeitsplätze durch intelligenten technologischen Wandel.


    Das Referenzkraftwerk Lausitz (RefLau) ist eine hochinnovative Lösung, um den beiden oben genannten Herausforderungen zu begegnen. Technisch betrachtet stellt es ein Komplexvorhaben dar, das einerseits auf Grundlage eines wasserstoffbasierten Speicherkraftwerks in der Lage ist alle zukünftig relevanten Systemdienstleistungen im Stromsystem zu erbringen und andererseits die Integration Erneuerbarer Energien in die Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie ermöglicht.