Ein Ansatz im Rahmen der Energiewende besteht darin, in das vorhandene deutsche Netz für den Gastransport auch grünen Wasserstoff einzuspeisen. Um dies planen, steuern und analysieren zu können, müssen bisherige Simulationsmodelle so erweitert werden, dass sie Gasgemische mit einem hohen Wasserstoffanteil abbilden können. Zudem muss die Kopplung zu den relevanten Stromnetzen vorangetrieben werden. Dies sind die Ziele des Projekts TransHyDE-Sys, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.

Hintergrund: Ein wichtiges Element für das Gelingen der Energiewende ist die sogenannte Sektorkopplung. Darunter versteht man die Vernetzung der Energiesektoren Strom, Gas (inklusive Wasserstoff), Wärme- bzw. Kälteversorgung und Verkehr. Hierfür geeignet sind strombasierte Energieträger, denn mit Strom lassen sich – mit gewissen Umwandlungsverlusten – Energieträger in Form von Wasserstoff sowie gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen herstellen. Diese Energieträger können zum Teil in bestehenden Infrastrukturen und Verbrauchsanlagen weiter genutzt werden. Daher stellt sich die Frage, wie mögliche Transformationspfade für strombasierte Energieträger aussehen und mit welchen Kosten diese verbunden sind. [1]

Aufgaben von SCAI: Aufgabe von SCAI in TransHyDE-Sys ist die Modellierung des zukünftigen Wasserstoffnetzes und dessen Transformationspfaden. Dazu entwickelt und implementiert das Institut ein für alle im Projekt betrachteten Transformationspfade bzgl. Dynamik, Regelung und Gaszusammensetzung taugliches Detailsimulationsmodell. Gemeinsam mit den Projektpartnern werden Szenarien für diese Transformationspfade des H₂-Transportnetzes entwickelt, analysiert und simuliert, um die technische Umsetzbarkeit dieser Transformation zu belegen bzw. zu erwartende Probleme aufzuzeigen. Es wird dabei auch berücksichtigt, dass neben der Einspeisung von H₂ in das vorhandene Gasnetz auch ganze Teile des Netzes ausschließlich mit Wasserstoff gefüllt sein können.

Ergebnisse dieser Analysen finden Eingang in die dann folgenden Arbeitsschritte: Modellvergleich, Nachhaltigkeitsbewertung und Roadmapping. Hauptziel im technisch/wissenschaftlichen Bereich des Teilvorhabens ist die Erweiterung des von SCAI entwickelten Gasnetz-Modells, insbesondere:

• die Entwicklung von Netzmodellen für deutsche Gasnetze mit eingespeisten, variablen bzw. steigenden Mengen an Wasserstoff-dominanten Gasen unterschiedlicher Herkunft (Elektrolyse, Biogase) unter Berücksichtigung des europäischen Umlands,
• die Entwicklung eines Netzmodells für das europäische Gasnetz,
  
• die Entwicklung von Transformationspfaden für den Übergang einer Erdgas-dominanten Netzinfrastruktur auf eine Transportinfrastruktur für grünen Wasserstoff,
• die Mitentwicklung von Transformationspfaden der Gasverdichterstationen (von klassischen Turboverdichtern hin zu speziell auf Wasserstoff ausgerichteten Verdichtertypen)
• die Implementierung von Speichermodellen sowie von Schnittstellen zu prototypischen mechatronischen Komponentenmodellen, nämlich Elektrolyseanlagen, Brennstoffzellenkraftwerken, wasserstofffähigen Verdichter- und Reglermodellen sowie begleitender Modelle (Vorwärmer und Kühler).

Dabei müssen bisherige Modelle so erweitert bzw. ausgetauscht werden, dass sie Gasgemische mit einem Wasserstoffanteil zwischen 0 bis 100% sowie auch Anteile weiterer im Erdgas nicht prominent vorkommende Stoffe abbilden können. Zudem muss die Kopplung zu relevanten Stromnetzen vorangetrieben werden. Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff unterscheiden sich deutlich von den von Erdgas. Dies muss sowohl in der Modellierung als auch in den Berechnungsverfahren berücksichtigt werden.

Ein technisches Ziel des Vorhabens ist es zudem, den bereits für Industrieeinsatz geeigneten Gasnetz-Simulator MYNTS auch im H₂-Bereich (0 bis 100%) und dort auch in der dynamischen Berechnung voll einsatzfähig zu machen.

Das Projekt TransHyDE-Sys ist Teil des BMBF-Leitprojekts TransHyDE.

[1] Sven Kreidelmeyer, Hans Dambeck, Dr. Almut Kirchner, Marco Wünsch: Kosten und Transformationspfade für strombasierte Energieträger. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Endbericht zum Projekt „Transformationspfade und regulatorischer Rahmen für synthetische Brennstoffe “, Mai 2020. https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/Studien/transformationspfade-fuer-strombasierte-energietraeger.pdf

Laufzeit: 04/2021 – 03/2025