Von der Idee bis zu einem funktionierenden Tool zur Optimierung, Bewertung und Dimensionierung von Wasserstoffsystemen

Egal ob für Investoren, Projektentwickler oder zukünftige Betreiber – ich hatte es immer wieder mit ähnlichen Fragestellungen unserer Kunden zu tun: „Wie sollte ein Elektrolyseur ausgelegt und betrieben werden? Was ist die optimale H2-Speicherkapazität? Wie hoch sind die Wasserstoffgestehungskosten? Lohnt sich das Ganze wirtschaftlich?“ Vor rund einem Jahr reifte schließlich mein Entschluss heran, ein Modellierungstool zu entwickeln, welches solche Fragen auf hohem Niveau und gleichsam effizient beantworten kann, ohne für jedes individuelle Wasserstoffprojekt ein eigenes Optimierungsmodell von Null an aufzubauen. Die Grundidee für den Fichtner-H2-Opitimizer war geboren.

Theorie und Praxis

Mein Ziel war es, ein allgemeingültiges Modellierungswerkzeug für Wasserstoffsysteme zu schaffen. Die Grundkonfiguration sollte möglichst viele Anlagen typischer Wasserstoffsysteme enthalten, wie zum Beispiel Elektrolyseur, Verdichter, Nebenanlagen, Batterie und Speicher, aber auch die Stromversorgung aus Erneuerbaren-Energien-Anlagen oder aus dem Stromnetz. Natürlich sollten auch unterschiedliche Wasserstoff-Märkte abgebildet werden, beispielsweise die Rückverstromung von H2 zu Strom, die Einspeisung ins Erdgasnetz, die Nutzung von Wasserstoff in der Industrie als Rohstoff, in der Mobilität oder die Weiterverarbeitung zu „Green Chemicals“. Auf Basis dieser Zielvorstellung ging ich meiner Vision nach und inkludierte eine Vielzahl von Systemen und Optionen der Wasserstoff-Wirtschaft in ein universales Modell, um Systeme, Bezugsoptionen und Märkte kundenspezifisch zu- oder abschalten zu können. Zudem wollte ich für zentrale Komponenten eine optional auswählbare, automatisierte Dimensionierung unter Berücksichtigung des CAPEX implementieren. Soweit die Theorie…

Die klar formulierte Zielvorstellung erwies sich in der Entwicklung dann aber als deutlich arbeitsintensiver als erwartet. Auch wenn ich schon seit fast vier Jahren sehr intensiv mit der Optimierungssoftware BoFiT arbeite, haben mir meine selbst gesteckten Ziele alles abverlangt und die ein oder andere Nachtschicht gefordert. Jedoch, was lange währt, wird endlich gut!

Der H2-Optimizer wurde zum Erfolg, entspricht den Anforderungen unserer Kunden und hat uns zu zahlreichen Aufträgen verholfen. Voller Stolz können wir mitteilen: Der erprobte H2-Optimizer übertrifft unsere Erwartungen und geht allumfassend auf die in der Einleitung stehenden Fragen ein.

Was kann das leistungsstarke Optimierungstool?

Der H2-Optimizer verschafft einen umfangreichen Überblick auf ein Wasserstoffprojekt. Mit seiner Hilfe können sowohl Kennwerte wie die Wasserstoffgestehungskosten berechnet als auch einzelne komplexe Komponenten (zum Beispiel Elektrolyseur, Speicher und Stromerzeugungskapazitäten) technisch dimensioniert werden. Wir ermöglichen obendrein die Abbildung verschiedener Absatzmärkte. Dabei greift das Tool auf Bedarfs-, Stromerzeugungs- und Preisprofile zurück und errechnet auf der Grundlage von Modellierungen verschiedenster technischer Optionen die bestmögliche Kombination an Technologien für das Wasserstoffprojekt. All dies findet unter Berücksichtigung geltender Rahmenbedingungen des jeweiligen Wasserstoffsystems und der dahinterliegenden Wertschöpfungskette statt. Die projektspezifischen Modellierungen werden dabei stets durch Wasserstoff-Fachexperten von Fichtner betreut.

Weltweit im Einsatz

Ich freue mich sehr darüber, dass der H2-Optimizer weltweit für Wasserstoffprojekte eingesetzt wird. Dabei sind mir besonders die beiden folgenden Projekte im Gedächtnis geblieben, zu welchen ich gerne einen näheren Einblick geben möchte, um das breite Aufgabengebiet unseres H2-Optimizers zu veranschaulichen:

Innovatives Projekt zur Sektorkopplung mit H2

Bei diesem Projekt ist Fichtner als Generalplaner von dem Kunden TIWAG mit der Auslegung und Planung einer innovativen Power-to-X Anlage in Kufstein beauftragt, welche sowohl Wasserstoff als auch Wärme erzeugt. Dies geschieht mithilfe von Strom, welcher aus dem TIWAG-eigenen Laufwasserkraftwerk Langkampfen, aus der eigenen Solaranlage und aus dem Netz bezogen wird. Neben der Abwärme der Elektrolyse aus der Power-to-Gas-Anlage soll auch die zusätzliche Wärme der Power-to-Heat-Anlage in das Fernwärmenetz der Stadt Kufstein eingespeist werden. Der erzeugte Wasserstoff wird an der zugehörigen Wasserstofftankstelle an den Endkunden oder mittels Trailer oder Direktleitung an Großkunden abgegeben. Auch bei diesem Projekt gibt es vielzählige Variablen zu berücksichtigen – auf Seite der Stromerzeugung und der Wärmeabnahme sowie auf der Seite des prognostizierten Wasserstoffabsatzes.
Durch den Einsatz des H2-Optimizers hat es unser Wasserstoffteam geschafft, das Anlagenkonzept für TIWAG in der Entwurfsphase mit dem H2-Optimizer abzubilden und zu optimieren.

Machbarkeitsanalyse für die Produktion von grünem Wasserstoff in Indien und seine Weiterverarbeitung zu grünem Methanol und Ammoniak

Grüne Chemikalien wie Methanol und Ammoniak herzustellen wird aufgrund des steigenden Anteils erneuerbarer Energiequellen und der internationalen Bemühungen um eine Dekarbonisierung auch in Indien immer wichtiger. Ein Machbarkeitsbericht in Zusammenarbeit mit Fichtner India für einen großen indischen Energieversorger und einen internationalen Technologielieferanten diente aus diesem Grund dazu, die Herstellung von grünem Wasserstoff aus der Einspeisung einer schwimmenden PV-Anlage des örtlichen Energieversorgers in Ramagundam aufzuzeigen. Dabei begleitete der H2-Optimizer das Projekt zielführend. Es wurden viele Möglichkeiten des Strombezugs abgewogen und anhand der Ergebnisse das optimale Anlagenlayout ausgewählt. Schließlich kann der gewonnene Wasserstoff für die Ammoniak- und Methanol-Produktion weiterverwendet werden.

Gespannt schaue ich darauf, welche zukünftigen Projekte vom H2-Optimizer begleitet werden dürfen, um die Dekarbonisierung der Wirtschaft voranzutreiben. Falls Sie sich weitere Informationen zum H2-Optimizer wünschen, möchte ich Sie auf den H2-Optimizer Flyer aufmerksam machen. Besuchen Sie auch gerne unsere neue Fichtner Hydrogen Microsite. Natürlich können Sie mich und das Wasserstoffteam stets kontaktieren. Wir freuen uns immer darauf unsere Kunden individuell und zielführend bei ihren Vorhaben zu unterstützen.

April 2021