Wasserstoffbasierte Bereitstellung von flexibler Primärregelleistung in thermischen Kraftwerken

Um die Klimaziele von Paris zu erreichen, müssen die erneuerbaren Energien massiv ausgebaut werden. Die Volatilität von Wind- und Solarenergie führt zu einer fluktuierenden Einspeisung in das Stromnetz, weshalb der Bedarf an Primärregelleistung (PRL) steigt. Gleichzeitig entfallen durch das Abschalten von Kohle- und Kernkraftwerken die derzeitigen Hauptanbieter von PRL. Es müssen daher neue Konzepte und Technologien erarbeitet werden, um dem großen Bedarf an PRL decken zu können.

Das Projekt Wasserstoffbasierte Bereitstellung von flexibler Primärregelleistung in thermischen Kraftwerken verfolgt den Ansatz, Wasserstoff mit Sauerstoff direkt im Wasser-Dampf-Kreislauf eines GuD-Kraftwerks zu verbrennen, um die Leistung kurzfristig zu erhöhen (PriO₂H₂ - Primary Control by Oxigen and Hydrogen Combustion). Dies stellt eine hochwertige Form der Nutzung von Wasserstoff dar und bildet ein Speichersystem, bei dem mit Wasserstoff und Sauerstoff beide Produkte der Elektrolyse verwendet werden. Das Projekt wird vom ITV, dem Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung (IKW) sowie der Jade Hochschule Wilhelmshaven bearbeitet und als Teil des Innovationslabors Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte durch das niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur mit Mitteln des niedersächsischen Vorab der VolkswagenStiftung gefördert.

Bei der PriO₂H₂ wird die Verbrennungswärme dazu genutzt, zusätzlich zugeführtes Wasser zu verdampfen. Die Leistungserhöhung erfolgt damit durch eine Erhöhung des Dampfmassenstroms durch die Turbine bei gleichbleibender Dampftemperatur. Am ITV wird deshalb die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff  in einer Dampfatmosphäre untersucht. Dazu muss zunächst die Kinetik der chemischen Reaktionen unter diesen Bedingungen erforscht werden. Darauf aufbauend wird mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen ein Modell entwickelt, mit dem die Interaktion der Verbrennung mit der Wassereindüsung beschrieben wird. In Zusammenarbeit mit der Jade Hochschule Wilhelmshaven werden die Ergebnisse mit Blick auf die spätere Anwendung skaliert.