28. September 2021
Sektorenkopplung

Fah­ren und hei­zen mit Was­ser­stof­f­au­tos

Wasserstoffautos als mobile Kraftwerke
Was­ser­stof­f­au­tos als mo­bi­le Kraft­wer­ke
Bild 1/2, Credit: DLR / Eppler

Wasserstoffautos als mobile Kraftwerke

Die Brenn­stoff­zel­len der Fahr­zeu­ge kön­nen bei Be­darf Strom und Wär­me in Ver­sor­gungs­net­ze ein­spei­sen.
Kraftwerke für unterwegs
Kraft­wer­ke für un­ter­wegs
Bild 2/2, Credit: DLR / Eppler

Kraftwerke für unterwegs

Die Brenn­stoff­zel­len in Was­ser­stof­f­au­tos las­sen sich als mo­bi­le Ag­gre­ga­te nut­zen. Sie lie­fern meh­re­re Ki­lo­watt Strom und Wär­me.
  • Das DLR erprobt Wasserstoffautos als mobile Kraftwerke für Strom und Wärme.
  • Bei Bedarf können die Fahrzeuge Energie in Verteilernetze einspeisen oder lassen sich flexibel als Aggregate nutzen.
  • Die DLR-Forschenden entwickeln Verfahren, wie sich Energieflüsse zwischen den Sektoren Energie und Verkehr steuern lassen.
  • Schwerpunkte: Energie, Energiespeicher, Verkehr, Klimawandel, Digitalisierung

Wasserstoffautos können mehr als nur fahren: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erprobt ihren Einsatz als mobile Kraftwerke. Die Brennstoffzellen der Fahrzeuge können hohe Leistungen an Strom und Wärme liefern. Außer für den Antrieb der Fahrzeuge lassen sich die Zellen als unabhängige Aggregate einsetzen oder an Stromnetze anschließen. So können Wasserstoffautos als dezentrale Energiespeicher dazu beitragen, Schwankungen erneuerbarer Energien auszugleichen und die Verteilernetze zu stabilisieren.

Das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart und das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme in Oldenburg entwickeln Verfahren, wie sich die Energieflüsse zwischen Fahrzeugen, Verbrauchern und Verteilernetzen koordinieren lassen. Die DLR-Forscherinnen und -Forscher erproben dies mit Hilfe eines umgebauten Wasserstoffautos. Dafür wurde am DLR Stuttgart die Brennstoffzelle des Fahrzeugs mit externen Anschlüssen ausgestattet

Die Brennstoffzelle besitzt einen 230-Volt-Anschluss mit einer Leistung von zwei Kilowatt. An das Auto lassen sich damit handelsübliche Elektrogeräte oder Werkzeuge anschließen. Ein weiterer Stromanschluss mit 400 Volt Gleichspannung am Hochvoltsystem ist für höhere elektrische Leistungen vorgesehen.

Mit seinem Tankinhalt von 6,3 Kilogramm Wasserstoff kann das Fahrzeug rund 100 Kilowattstunden Strom erzeugen. Das entspricht ungefähr dem durchschnittlichen Verbrauch eines Einpersonenhaushalts pro Monat. In den Brennstoffzellen entsteht dabei Abwärme. Mit aktuell 20 Kilowatt Wärme- und elektrischer Leistung lässt sich mit dem Fahrzeug bereits ein modernes Haus beheizen.

Datenaustausch steuert Energieflüsse

Die Sektorenkopplung ist ein Schlüssel für eine erfolgreiche Energiewende. Je mehr Bereiche regenerative Energien gewinnen, austauschen oder speichern, desto sicherer und flexibler lässt sich eine nachhaltige Energieversorgung mit erneuerbaren Energien umsetzen.

„Die Brennstoffzellen von Wasserstoffautos können die Sektorenkopplung unterstützen, indem sie bei Bedarf Strom und Wärme in stationäre Verteilernetze einspeisen. Wir forschen daran, wie sich diese Energieflüsse aufeinander abstimmen lassen. Entscheidend sind die vorhandene Energiemenge und die momentane Leistung des Verteilernetzes. Im Idealfall laufen Angebot und Nachfrage synchron“, erklärt Tobias Schneider, der das Projekt Sektorenkopplung am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte leitet.

„Hierzu müssen Energielieferant und Energieverbraucher Daten und Informationen austauschen. Das gilt für Batterie- und Wasserstoffautos ebenso wie für mobile und stationäre Verbraucher“, so Schneider. Die DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler entwickeln hierfür geeignete Datenformate und Schnittstellen. Herausfordernd ist, welche Daten relevant sind und wie diese sich übertragen lassen. Vernetzte Ladestationen für E-Pkw benötigen andere Informationen als Wasserstofftankstellen. Für den Wärmeaustausch gibt es noch keine Standards.

Wasserstoffauto mit Steckdose und Warmwasser

Um diesen Energieaustausch in der Praxis zu erproben, haben die DLR-Forscherinnen und -Forscher die Brennstoffzelle eines Wasserstoffautos mit zusätzlichen Stromanschlüssen und einem Wärmetauscher ausgestattet. Dafür hat das DLR in Oldenburg einen Teststand entwickelt, der die Gebäude- und Stromnetz-Anbindung realitätsnah im Labor nachstellt. „Hierdurch lassen sich die Brennstoffzellenfahrzeuge als mobile Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen flexibel in die Gebäudeenergieversorgung integrieren. Ein Verbund von vielen Fahrzeugen in einem zukünftigen virtuellen Kraftwerk wäre somit gleichzeitig in der Lage, sowohl den bisherigen Backup-Kraftwerkspark zu ersetzen als auch Mobilitäts- und Wärmebedarfe zu decken“, sagt Michael Kröner, Abteilung Stadt- und Gebäudetechnologien am Institut für Vernetzte Energiesysteme.

Sowohl im Fahrzeug als auch am Teststand messen und protokollieren Sensoren und Steuergeräte die Strom- und Wärmeabgabe. Daraus können die DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler Rückschlüsse ziehen, wie sich die Energieflüsse bei der Sektorenkopplung im großen Maßstab optimal steuern lassen. „Mit grünem Wasserstoff wird unser Wasserstoffauto zum klimaneutralen Mini-Kraftwerk“, erklärt Schneider. „Solche Fahrzeuge können auch als mobile Stromquelle oder Heizung dienen, beispielsweise auf Campingplätzen oder bei Veranstaltungen. In Notfällen, nach Erdbeben oder Überschwemmungen lässt sich damit eine lokale Stromversorgung herstellen."

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    In­sti­tut für Fahr­zeug­kon­zep­te
    Telefon: 0711 6862-8024
    Pfaffenwaldring 38-40
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  • Dr. Michael Kröner
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Ver­netz­te Ener­gie­sys­te­me
    Carl-von-Ossietzky-Straße 15
    26129 Oldenburg
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