Leuchtturmprojekt „Power-to-Gas“ – Bereitstellung und Betrieb einer Anlage zur Herstellung von regenerativem Wasserstoff mittels alkalischer Elektrolyse (AEL) zu Forschungszwecken mit angebundener FuE-Plattform

Menge oder Umfang

Im Rahmen des durch das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg geförderten Leuchtturmprojektes „Power-to-Gas: Angewandte Forschung und Entwicklung für eine ökonomische Erzeugung des ökostrombasierten Kraftstoffs eH2“ will das ZSW den heutigen Technologiestand der Produktion von Wasserstoff im industriellen Maßstab mittels Alkalischer Elektrolyse (AEL) mit anschließender Verwendung im Bereich der CO2-neutralen Mobilität erproben und eingehend vermessen.Auftragsgegenstand ist der Betrieb einer an einem geeigneten Standort (maximal 250 km einfacher Anfahrtsweg vom Sitz des Auftraggebers in Stuttgart aus) nach aktuellem Stand der Technik errichteten Power-to-Gas-Anlage auf Basis eines AEL-Elektrolyseurs mit einer Aufnahmeleistung von mindestens 1 MWel für Forschungszwecke. Die Anlage muss über einen Zeitraum von bis zu 18 Monaten über insgesamt mindestens 4 000 h Betriebsdauer betrieben werden. Mit Hilfe eines Monitoring-Systems will das ZSW die Gesamtanlage und die darin verbauten Subsysteme und Komponenten vermessen, um Verbesserungspotentiale ableiten zu können. Die aus dem Anlagenbetrieb gewonnenen Informationen fließen nach entsprechender Aufbereitung und Auswertung durch das ZSW direkt in die angewandten FuE-Aktivitäten der Projektpartner ein. Solche Messtechnik, welche über die grundlegende Anlagensteuerung hinaus für das Monitoring-System erforderlich ist, wird separat finanziert, in Absprache durch das ZSW beschafft und in Abstimmung mit dem Anlagenbetreiber in die Anlage integriert.Der in der Power-to-Gas-Anlage mit erneuerbarer Energie erzeugte Wasserstoff (eH2) muss soweit möglich als regenerativer Kraftstoff der Mobilität zugeführt werden. Dazu kann der produzierte eH2 direkt an eine H2-Tankstelle vor Ort abgegeben werden oder mittels eines H2-Trailers an der Anlage abgeholt und über bestehende Distributionswege an sonstige H2-Tankstellen verteilt werden. Alternativ ist auch denkbar, den eH2 am Anlagenstandort in das Erdgasnetz einzuspeisen und mittels einer bilanziellen Verrechnung über die Versorgung von Erdgastankstellen ebenfalls in die Mobilität einfließen zu lassen.Infrastrukturell angebunden an die Power-to-Gas-Anlage muss zusätzlich eine FuE-Plattform bereitgestellt werden inkl. der hierfür notwendigen Betriebsmittel. Im Rahmen des Projektes wird dort ein neu entwickelter, optimierter AEL-Elektrolyseur mit einer DC-Aufnahmeleistung von ca. 300 kWel unter industriellen Bedingungen über bis zu 4 000 h erprobt. Für den Anbieter besteht die Möglichkeit, den in der FuE-Plattform zusätzlich erzeugten eH2 ebenfalls in seinen Distributionswegen zu verwerten und nach Ablauf der Projektdauer den optimierten 300 kWel AEL-Elektrolyseur in der FuE-Plattform weiter zu nutzen.Der Auftraggeber erstellt ein Lastenheft, das die geforderten Parameter an die Anlage (AEL-Elektrolyseur, Monitoring-System und Anbindung der FuE-Plattform) beinhaltet. Das Lastenheft wird den für das Verhandlungsverfahren ausgewählten Bietern mit der Aufforderung zur Angebotsabgabe zur Verfügung gestellt und wird im Auftragsfall zum Vertragsbestandteil.1.1 Power-to-Gas-Anlage.Neu zu errichtende oder bereits vorhandene Power-to-Gas-Anlage zur Erzeugung von eH2 nach aktuellem Stand der Technik mit folgenden technischen Anlagenspezifikationen:— Eingesetzte Elektrolyse-Technologie: Alkalische Elektrolyse (AEL),— Elektrische Aufnahmeleistung: ≥ 1 MWel (dauerbetriebsfähige Nennlast),— spezifischer Energieverbrauch Elektrolyse-Block bei Nennlast (DC) ≤ 4,5 kWh/Nm3 H2,— spezifischer Energieverbrauch Elektrolyse-Block zzgl. Gleichrichter bei Nennlast (AC) ≤ 4,8 kWh/Nm3 H2,— Gasqualität Elektrolyse-Block im gesamten Lastbereich: < 0,2 Vol.% O2 in H2 (Kathode) sowie < 1 Vol.% H2 in O2 (Anode),— Möglichkeit einer dynamischen Betriebsweise (Lastbereich mindestens 20 %-100 % bezogen auf die dauerbetriebsfähige Nennlast; Lastwechselgeschwindigkeit: ≥ 20 %/s; Start-up-Zeit auf Nennlast aus Stand-by: < 300 s),— eH2-Abgabe der Power-to-Gas-Anlage mit für Brennstoffzellenfahrzeuge geeigneter Gasbeschaffenheit (Wasserstoff 5.0),— eH2-Verwertung durch H2-Tankstelle vor Ort, H2-Distribution per H2-Trailer oder H2-Einspeisung in das Erdgasnetz,— Die übrigen Leistungsdaten der Power-to-Gas-Anlage werden im Lastenheft beschrieben.1.2 Monitoring der Power-to-Gas-Anlage.Möglichkeit der detaillierten Aufnahme von Messdaten des Elektrolyseurs sowie der in der Power-to-Gas-Anlage verbauten Subsysteme und Komponenten mit der erforderlichen Transparenz, ohne hierdurch in den Anlagenbetrieb einzugreifen bzw. diesen zu stören. Solche Messtechnik, welche über die grundlegende Anlagensteuerung hinaus für das Monitoring-System erforderlich ist, wird separat finanziert, in Absprache durch das ZSW beschafft und in Abstimmung mit dem Anlagenbetreiber in die Anlage integriert. Prozessleitsystem auf Basis PCS-7 oder hierzu kompatibel, um die Möglichkeit der Anbindung des durch das ZSW bereitgestellten Monitoring-Systems sicherzustellen.Die weiteren Anforderungen hinsichtlich des Monitoring-Systems und der zu überwachenden Parameter werden im Lastenheft beschrieben.1.3 FuE-Plattform.Bereitstellung einer Testmöglichkeit für die Erprobung eines weiterentwickelten AEL-Elektrolyseurs mit einer DC-Aufnahmeleistung von ca. 300 kWel über insgesamt bis zu 4 000 h in Form einer sog. FuE-Plattform inkl. der hierfür notwendigen Betriebsmittel (inklusive Strom) mit folgenden technischen Spezifikationen:— Bereitstellung eines 550 kVA sowie eines 80 kVA Drehstromanschlusses (beide Niederspannung 400 V),— Stellfläche 8 m x 20 m zur Aufstellung eines Verfahrenstechnik- sowie eines Gleichrichter-Containers (Gesamtgewicht ca. 25 t, erforderliche freie lichte Höhe über den Containern: 2,5 m; auch Freiaufstellung möglich),— Medienversorgung: Kühlwasser, Druckluft, Stickstoff, VE-Wasser,— Die übrigen Leistungsdaten der FuE-Plattform werden im Lastenheft beschrieben.Die FuE-Plattform muss infrastrukturell an die eH2-Produktschiene der Power-to-Gas-Anlage angebunden sein, um einen industriellen Testcharakter zu gewährleisten, soll jedoch nicht in den Betrieb der Power-to-Gas-Anlage eingreifen bzw. diesen stören. Die Nutzung oder Entsorgung (Fackel) des in der FuE-Plattform zusätzliche erzeugten eH2 erfolgt im Ermessen des Anbieters bzw. Anlagenbetreibers.