Wasserstoffspeicher
Technologie: Speicher
Stichworte: Energiespeicher, Speicher, MFH, EFH, , Wärmesektor, Sektorenkopplung, Flexibilisierung, Wasserstoff, PtX, Industrie, Gewerbe, Quartier, Mobilität
Kurzbeschreibung: Wasserstoffspeicher sind ein wichtiger Bestandteil der Prozesskette für die Nutzung von Wasserstoff. In Verbindung mit Elektrolyseur und Brennstoffzelle übernehmen sie bereits wichtige Funktionen im Energie- und Verkehrssektor. Die Gasdruckbehälter der Typen I-IV sind mit Drücken von 200 - 1.000 bar die gängigste Speicherungsart im Anwendungsbereich Transport und Mobilität [1]EnergieAgentur.NRW GmbH, 2018: Wasserstoff - Schlüssel zur Energiewende: Beispiele aus Nordrhein-Westfalen von der Herstellung bis zur Nutzung., während für Industrieanwendungen meist größere Niederdruckspeicher im Bereich von 45 bar verwendet werden. Individuelle Speicherlösungen, abhängig von der Anwendung sind darüber hinaus denkbar. So wurde als Wasserstoffquartierspeicher in der neuen Weststadt Esslingen ein Druckspeicher mit 10 bar installiert. Unterirdische Kavernen bieten bei geeigneten geografischen Bedingungen eine Möglichkeit für die Speicherung von großen Mengen Wasserstoff. Neben der Druckgasspeicherung kann Wasserstoff auch flüssig mithilfe von Kryotanks bei extrem niedrigen Temperaturen gespeichert werden, dies wird sich jedoch aufgrund von Sicherheitsstandards nicht in absehbarer Zeit in Form von Heimlösungen etablieren können. Eine weitere Alternative für die Langzeitspeicherung ist die Einlagerung des Wasserstoffs in Metallen (Metallhydridspeicher). Diese Art der Speicherung befindet sich derzeit in der Entwicklung [1]EnergieAgentur.NRW GmbH, 2018: Wasserstoff - Schlüssel zur Energiewende: Beispiele aus Nordrhein-Westfalen von der Herstellung bis zur Nutzung..
| gasförmig | fest | |||
|---|---|---|---|---|
| Technische Parameter | ||||
| Anwendung | Drucktanks | Kavernen | Metallhybridspeicher | |
| Druck | [bar] | bis 1.000 [2]e-mobil BW GmbH - Landesagentur für Elektromobilität und Brennstoffzellentechnologie, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Ministerium für Verkehr und Infrastruktur Baden-Württemberd: Wasserstoff-Infrastruktur für eine nachhaltige Mobilität: Entwicklungsstand und Forschungsbedarf. | bis zu 200 [3]Sterner, M., Stadler, I. (Hrsg.): Energiespeicher - Bedarf, Technologien, Integration. Berlin: Springer Vieweg, 2. Aufl., 2017. | Umgebungsdruck Beim Einspeichern muss ein Druck von 50-100bar aufgewendet werden |
| Temperatur | [°C] | Umgebungstemperatur | Erdschichttemperatur | Umgebungstemperatur Beim Einspeichern wird Wärme frei (80-350°C), beim Ausspeichern muss Wärme aufgewendet werden |
| Selbstentladung | [%/x] | 0,1 %/d [4]Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. München: Hanser, 10. Aufl., 2019. | 3 %/a [4]Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. München: Han-ser, 10. Aufl., 2019. | - |
| Speichervolumen | [m³] | 0,1 - 32.000 [5]Detlef Stolten and Bernd Emonts: Hydrogen Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology. | bis zu 1 Mio. [6]Töpler, J., Lehmann, J. (Hrsg.): Wasserstoff und Brennstoffzelle: Technologien und Marktperspektiven. Berlin: Springer Vieweg, 2. Aufl., 2017. | beliebig |
| Energiedichte | [kWh/m³] | bis ca. 1670 Eigene Berechnung basierend auf volumetrischer Speicherdichte und Heizwert | k.A. | bis ca. 2800Eigene Berechnung basierend auf volumetrischer Speicherdichte und Heizwert |
| [kWh/kg] | 33,33 (Heizwert)Gewicht des Tanks nicht berücksichtigt [4]Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. München: Hanser, 10. Aufl., 2019. | 1,83Eigene Berechnung basierend auf gravimetrischer Speicherdichte und Heizwert | ||
| Speicherdichte | [kgH2/x] | bis 50 kgH2/m³ [5]Detlef Stolten and Bernd Emonts: Hydrogen Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology. | k.A. | 42 - 84 kgH2/m³ [7]Andersson, J., Grönkvist, S.: Large-scale storage of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy 44 (2019), H. 23, S. 11901–11919. 0,015 - 0,055 kgH2/kg [1]EnergieAgentur.NRW GmbH, 2018: Wasserstoff - Schlüssel zur Energiewende: Beispiele aus Nordrhein-Westfalen von der Herstellung bis zur Nutzung. |
| Energieaufwand | [kWh/kgH2] | Einspeichern (el.) durch Verdichten: 1,2 - 1,6 [7]Andersson, J., Grönkvist, S.: Large-scale storage of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy 44 (2019), H. 23, S. 11901–11919. | 1 | Einspeichern (el.) durch Verdichten: 0,7 - 1 [7]Andersson, J., Grönkvist, S.: Large-scale storage of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy 44 (2019), H. 23, S. 11901–11919. |
| Ausspeichern: - | Ausspeichern (th.) durch Wärmezufuhr: 2 - 10,3 [7]Andersson, J., Grönkvist, S.: Large-scale storage of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy 44 (2019), H. 23, S. 11901–11919. | |||
| Technische Lebensdauer | [a] | ~ 20 [8]Ismar, M.: PED_500bar_20ft. | > 30 [6]Töpler, J., Lehmann, J. (Hrsg.): Wasserstoff und Brennstoffzelle: Technologien und Marktperspektiven. Berlin: Springer Vieweg, 2. Aufl., 2017. | k.A. |
| Zyklische Lebensdauer | [N] | unbegrenzt | unbegrenzt | 800 - 2000Die Zyklenfestigkeit von Metallhydridspeichern hängt stark von der Zusammensetzung der Hydride, der Temperaturen und Drücke sowie der Verwendung von Katalysatoren ab. Außerdem gibt es große Unter-schiede bei den Kapazitätseinbußen und bei der Auswirkung von Regenerierung. Für einige Mg-basierte Metallhydride wurden Zyklenfestigkeiten von 800-2000 Lade/Entlade-Zyklen nachgewiesen. [9]Saktintuna, B., Lamari-Darkrim, F., HIRSCHER, M.: Metal hydride materials for solid hydrogen storage: A review. International Journal of Hydrogen Energy 32 (2007), H. 9, S. 1121–1140. |
| Ökonom. Bilanz | ||||
| Investitionskosten | [€/m³] | 30 - 100 [5]Detlef Stolten and Bernd Emonts: Hydrogen Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology. | 20 - 500 [6]Töpler, J., Lehmann, J. (Hrsg.): Wasserstoff und Brennstoffzelle: Technologien und Marktperspektiven. Berlin: Springer Vieweg, 2. Aufl., 2017. | 150 - 500 [5]Detlef Stolten and Bernd Emonts: Hydrogen Science and Engineering: Materials, Processes, Systems and Technology. |
| Betriebsgebundene Kosten | [x] | 1% der Investitionskosten [10]Gorre, J., Ruoss, F., Karjunen, H., Schaffert, J., Tynjälä, T.: Cost benefits of optimizing hydrogen storage and methanation capacities for Power-to-Gas plants in dynamic operation. Applied Energy 257 (2020), S. 113967. | 1-15 €/kWhH2 [6]Töpler, J., Lehmann, J. (Hrsg.): Wasserstoff und Brennstoffzelle: Technologien und Marktperspektiven. Berlin: Springer Vieweg, 2. Aufl., 2017. | k.A. |