Showcase zum neuen Edgar-Feature: Vergleich des Parallel- und Staffelbetriebs von Elektrolyseuren

Die Optimierung des Betriebs von Elektrolyseuren zur Wasserstoffproduktion erfordert eine sorgfältige Abstimmung der Betriebsstrategien, insbesondere wenn Photovoltaikanlagen (PV) als primäre Energiequelle genutzt werden. Der vorliegende Vergleich zwischen einem 3 MW PEM-Elektrolyseur, 3 MW AEL- und drei 1 MW AEL-Elektrolyseuren im Parallel- bzw. Staffelbetrieb verdeutlicht die Auswirkungen der verschiedenen Lastgrenzen, Betriebsstrategien und deren Einfluss auf Volllaststunden, Wasserstoffproduktion und Deckungsgrade bei den Verbrauchern.

Anlagenkonfigurationen

Im Vergleich stehen drei Elektrolyse-Konfigurationen:

• 3 MW PEM-Elektrolyseur mit einer minimalen Lastgrenze von 10%.

• 3 MW AEL-Elektrolyseur mit einer minimalen Lastgrenze von 25%.

• 3 x1 MW AEL-Elektrolyseure mit einer Lastgrenze von 20% (aufgrund eines anderen Herstellers).

Die Stromversorgung erfolgt über zwei PV-Anlagen mit einem typischen Erzeugungsprofil, unterstützt durch das Netz, das im Netzanschlusspunkt auf 1,5 MW Bezugsleistung begrenzt ist. Die Wasserstoffproduktion versorgt zwei Verbraucher, wobei die Regelstrategie den Betrieb im Wirkungsgradoptimum und nur gelegentliche Spitzenlasten zur notwendigen Bedarfsdeckung der H₂-Verbraucher (1 HRS, 2 Industriekunden) vorsieht.

2. Wichtige Kennzahlen im Vergleich

Die wesentlichen Betriebskennzahlen aus der Simulation für eine Beispielwoche zeigen deutliche Unterschiede:

• 3 MW PEM-Elektrolyseur:

  • 5.379 Volllaststunden

  • 262,22 Tonnen Wasserstoff pro Jahr

• 3 MW AEL-Elektrolyseur:

  • 5.010 Volllaststunden

  • 254,49 Tonnen Wasserstoff pro Jahr

• 3x 1 MW AEL-Elektrolyseure:

  • 5.152 Volllaststunden

  • 261,72 Tonnen Wasserstoff pro Jahr

Der 3 MW AEL-Elektrolyseur produziert bei gleichen Randbedingungen 8 Tonnen weniger Wasserstoff bei geringerer Betriebsdauer, insbesondere aufgrund der höheren minimalen Lastgrenze. Die PEM-Technologie hingegen ermöglichte längere Betriebszeiten und eine höhere Jahresproduktion, wohingegen der Staffelbetrieb keine signifikanten Unterschiede in den Ergebnissen erkennen lässt und vergleichbare Deckungsraten der H₂-Verbraucher aufweist.

3. Deckungsgrad bei den Verbrauchern

Die Deckungsraten der Wasserstoffverbraucher waren bei allen Systemen vergleichbar, wobei die AEL-Elektrolyseure aufgrund der höheren Effizienz bei Teillast in Phasen mit geringerer PV-Leistung im Vorteil waren. Der Unterschied in der produzierten Wasserstoffmenge und den Volllaststunden blieb im Fall ohne Staffelbetrieb jedoch signifikant, was auf die geringere Flexibilität der AEL-Systeme bei niedrigen Lasten zurückzuführen ist.

 4. Grafikvergleich und Simulationsergebnisse

In den gezeigten Grafiken wird der Unterschied im Betriebsverhalten der Elektrolyseure deutlich:

• Grafik 1: Elektrolyse-Einheit 1 und 2 laufen hauptsächlich im Wirkungsgradoptimum und schalten seltener ab, um den Betrieb im „Hot Standby“ zu vermeiden. Sie fahren nur auf Volllast, wenn dies durch den Wasserstoffbedarf erforderlich ist. Dadurch werden die Verluste durch Abschaltungen minimiert.

• Grafik 2: Die Betriebsdauer der Elektrolyseure zeigt, dass Einheit 1 und 2 vergleichbare Betriebsdauern wie der 3 MW PEM-Monoblock erreichen (circa 8.000 Betriebsstunden). Einheit 3 jedoch, die häufiger inaktiv ist, erreicht lediglich 3.000 Betriebsstunden.

5. Schlussfolgerungen

Der 3 MW PEM-Elektrolyseur weist aufgrund der niedrigeren Lastgrenze eine höhere Flexibilität auf und ermöglicht längere Volllaststunden sowie eine größere jährliche Wasserstoffproduktion. Allerdings können die AEL-Elektrolyseure in einem Staffelbetrieb durch die gezielte Nutzung des Wirkungsgradoptimums die Deckungsraten der Verbraucher vergleichbar hoch halten, insbesondere bei fluktuierenden Stromquellen wie PV-Anlagen. Die Betriebsstrategie muss jedoch auf den spezifischen Einsatzfall jedes Projekts abgestimmt werden, um Abschaltungen und damit verbundene Effizienzverluste zu minimieren.

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