Wasserstoff speichern - Warum?
Wasserstoff in großen Mengen speichern zu können bedeutet Erneuerbare Energiequellen flexibel verfügbar zu machen. Das ist wesentlich für ein dekarbonisiertes Energiesystem in der Zukunft und den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland.
Seit Jahrzehnten nutzen wir Großspeicher für die sichere Speicherung von Erdgas.
Mit dem Projekt HPC Krummhörn erproben wir, Wasserstoff untertage in Kavernen zu speichern.
Der Hintergrund
Der Hintergrund
Die Speicherung von Wasserstoff in Salzkavernen wird bisher nur vereinzelt in den USA und in UK angewendet. Insbesondere für den operativen Betrieb mit zyklischer Ein- und Ausspeicherung liegen in Deutschland noch keine ausreichenden Erfahrungen vor. Es gibt von Seiten der Hersteller keine ausreichenden Spezifikationen bezüglich Materialverträglichkeit sowie Zertifizierungen für den Betrieb mit Wasserstoff.
Aus diesem Grund untersuchen wir geologische Bedingungen, genauso wie sämtliche Anlagenteile auf ihre Verträglichkeit hinsichtlich Wasserstoffs in einer eigens dafür hergestellten Pilotkaverne.
Die hier gewonnenen Erfahrungen sollen dann die Basis für größer skalierte Projekte und die Grundlage für die Errichtung weiterer, dann kommerzieller, Wasserstoffkavernen an anderen Standorten bilden.
Projektbeschreibung
Projektbeschreibung
- Inbetriebnahme bis 2024 geplant
- Speichervolumen von mindestens 200.000 m³ Wasserstoff
- Testen des Betriebs und der Technologie der 100%igen H2-Speicherung in realer Umgebung
- Verständnis der Genehmigungsverfahren und -anforderungen
- Untersuchung von Materialien, unterirdischen und oberirdischen Installationen und der Funktionalität einzelner Komponenten im H2-Speicherbetrieb
- Entwicklung einer Speicherlösung für grünen Wasserstoff im kommerziellen Maßstab
Das Projekt HPC Krummhörn zielt darauf ab die Konstruktion und den Betrieb eines 100%-igen Wasserstoffspeichers unter realen Bedingungen zu testen. Dazu nutzen wir unseren seit 2017 nicht mehr kommerziell genutzten Salzkavernenspeicher im norddeutschen Krummhörn. Hier errichten wir eine neue Salzkaverne mit einem geometrischen Volumen von etwa 3.000 m³ unter Verwendung einer bestehenden Bohrung. Wir richten den Untersuchungsschwerpunkt auf die Bewertung von Neubau-Kavernen um Einschränkungen aus der bisherigen Nutzung mit Erdgas zu vermeiden.
Während des Testbetriebs überprüfen wir Equipment, Material und Werkstoffe auf H2-Verträglichkeit und sammeln Erfahrungen bezüglich Technologie und Betrieb bei der Speicherung von Wasserstoff. Die Demonstrationsanlage soll planmäßig bis 2024 in Betrieb gehen. In dieses grüne Zukunftsprojekt mit einem Speichervolumen von mindestens 200.000 m3 Wasserstoff investieren wir rund 10 Mio. €.
Das Niedersächsische Ministerium für Umwelt, Energie und Klimaschutz fördert das Projekt als Pilot- und Demonstrationsvorhaben der Wasserstoffwirtschaft (im Rahmen der Wasserstoffrichtlinie) mit 2,375 Mio. EUR.
1) Status der Bohrung
Bewertung des Status der Bohrung und Durchführung eines zweistufigen Gasdichtheitstests
Für die Erstellung der H2 Pilotkaverne nutzen wir die vorhandene Speicherbohrung K6. Vor Beginn der Arbeiten auf dem Kavernenplatz, untersuchen wir die bestehenden Komponenten der Bohrung in verschiedenen Materialtests auf ihre Eignung für einen Wasserstoff-Speicherbetrieb. Zunächst stellen wir mit einer Workover-Anlage den Zugang zum offenen Bohrloch wieder her und schaffen einen definierten durchgängigen Bohrlochdurchmesser in dem unverrohrten Bereich des Bohrlochs, der zum Testbereich gehört. Zusätzlich unterziehen wir die Bohrung einem zweistufigen Gasdichtheitstest mit den Testmedien Stickstoff und Wasserstoff.
2) Solphase
Schaffung einer Kaverne durch Aussolung
Während der Solphase erstellen wir eine Pilotkaverne mit einem geometrischen Hohlraumvolumen von ca. 3.000 m³ im unteren Bereich der Bohrung. Diese Konfiguration erlaubt eine mögliche spätere Nachsolung zur Vergrößerung der Kaverne, um die Kaverne nach der Pilotphase kommerziell für die Wasserstoffspeicherung nutzen zu können. Für die Phase der Aussolung werden die erforderlichen soltechnischen Installationen eingebaut und die Kaverne über das Feldleitungssystem an die Solstation angeschlossen. Um die Kavernenform gezielt zu entwickeln, verwenden wir Stickstoff als Blanket-Medium.
3) Wasserstoff-Dichtheitstest
Wasserstoff-Dichtheitstest und Einbau einer Wasserstoffspeicher-Komplettierung
Nach Erstellung der Pilotkaverne werden die soltechnischen Installationen ausgebaut und die Kaverne einem erneuten Dichtheitstest mit dem Medium Wasserstoff unterzogen. Dabei entspricht der Testdruck dem späteren Speicherbetriebsdruck. Anschließend rüsten wir die Kaverne für den Wasserstoffbetrieb um. In diesem Zusammenhang installieren wir u.a. eine Wasserstoff-Förderrohrtour mit untertägigen Spezialkomponenten und einen Wasserstoff-Bohrlochkopf. Obertägig verbinden wir die Kaverne über das Feldleitungssystem mit der Speicherstation, wo die Wasserstoff-Speicherkomponenten aufgebaut werden.
4) Wasserstoff-Erstbefüllung
Wasserstoff-Erstbefüllung und anschließende Pilot-Speicherung
Zur Bewertung der verschiedenen geplanten Untersuchungen, der Betriebsbedingungen und der Wasserstofftauglichkeit der Komponenten, installieren wir entsprechende Messapparaturen. Nach Inbetriebnahme aller Komponenten, befüllen wir die Kaverne dann erstmalig mit Wasserstoff. Die zu diesem Zeitpunkt noch in der Kaverne befindliche Sole wird durch den Wasserstoff verdrängt und über einen Soleentleerungsstrang zutage gefördert. Nach vollständiger Befüllung wird der Soleentleerungsstrang mit einer sogenannten Snubbing-Anlage unter Druck aus der Kaverne ausgebaut. Anschließend beginnt die Betriebsphase der Wasserstoff Pilotkaverne.
Die Obertage-Anlage
Funktionen der Obertage-Anlage
In unsere H2-Testkaverne speichern wir vorzugsweise grünen Wasserstoff ein, der zum Beispiel mittels Elektrolyse aus grünem Strom von nahgelegenen Windrädern produziert wird. Möglich ist aber alternativ auch eine Anlieferung per LKW in flüssigem oder gasförmigem Aggregatzustand. Der Wasserstoff wird dabei zunächst auf einen maximalen Kavernendruck von 250 bar verdichtet und im Anschluss über die Feldleitung zur Kaverne befördert. Wir speichern den Wasserstoff für unsere Untersuchungen über einen Zeitraum von bis zu 2 Jahren in der Pilotkaverne.
Die H2-Aufbereitung hat mehrere Funktionen. Zu einem analysieren wir den Wasserstoff, um Veränderungen, die sich während der Speicherphase in der Kaverne ergeben haben, zu ermitteln. Des Weiteren wird dem Wasserstoff die Feuchtigkeit entzogen. Hierbei kommen zwei Verfahren zur Anwendung (Ad- und Absorption), die in der Testphase verglichen werden. Schließlich befreien wir den Wasserstoff von möglichen biologischen, schwefel- und kohlenwasserstoffhaltigen Rückständen und stellen ihn den Abnehmern zur Verfügung.
Wir planen den Wasserstoff nach der Aufbereitung verschiedenen Abnehmern zuzuführen:
- Zudosierung in das bestehende Erdgasfernleitungsnetz
- Gasförmige Abfüllung in H2-Trailer
- Erzeugung von Strom in einer Brennstoffzelle
- Nutzung in einer Wasserstofftankstelle
Da die Abnehmer in verschiedenen Druckbereichen arbeiten, wird der Gasdruck vor der Zuführung geregelt und jeweils angepasst.
Die Wasserstoff-Pilotkaverne ist über eine bestehende Erdgasfeldleitung mit der Speicherstation verbunden. Im Rahmen des geplanten Testbetriebs widmen wir die Feldleitung um und nutzen sie für den Betrieb mit Wasserstoff. Wir unterwerfen die Feldleitung während des Testbetriebs einem Test- und Inspektionsprogramm, um Erkenntnisse des Einflusses von Wasserstoff auf die verbauten Bauteile und Werkstoffe zu gewinnen.
Energy Transformation Hub Nordwest
Mit den Energy Transition Hubs hat Uniper Technologie- und Austauschplattformen geschaffen um die Energiewende gemeinschaftlich voranzutreiben. An diesem Hubs tauschen wir uns mit Stakeholdern aus der Politik aus und arbeiten eng mit unseren Partnern in Wirtschaft und Industrie zusammen, um die CO2-Emissionen zu senken, die Energieversorgung für die Zukunft zu sichern und die Sektorenkopplung voranzutreiben. An ausgewählten Standorten arbeiten wir zusammen mit unseren Partnern an innovativen Lösungen mit Fokus auf Wasserstoff und anderen klimafreundlichen Gasen.
Einer dieser Standorte ist Krummhörn, der zum Energy Transformation Hub Nordwest gehört. Der Energy Transformation Hub Nordwest bündelt Uniper‘s Großprojekte zur Versorgungssicherheit und zu Wasserstoff in Wilhelmshaven und Umgebung.
Unsere anderen Wasserstoff-Projekte
In unserem Forschungsprojekt HyStorage testen wir die Integrität von porösen Gesteinsspeichern für die Wasserstoffspeicherung. Am Standort Bierwang in Bayern untersuchen wir den Einfluss unterschiedlicher Wasserstoffkonzentrationen auf poröse Gesteinsschichten. Die gewonnenen Messdaten und Ergebnisse werden dazu beitragen, die Eignung des Speichers für die zukünftige Speicherung von Wasserstoff grundlegend zu beurteilen.
