Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung und experimentelle Validierung von Modellen zur verfahrenstechnischen Auslegung und techno-ökonomischen Bewertung von Wasserstofftankstellen (HRS-Modell)

Wasserstofftankstellen (hydrogen refueling station, HRS) bieten erhebliches Entwicklungs- und Optimierungspotenzial. Damit Komponentenhersteller und Anlagenbauer verlässliche Lastenhefte für die Systemkomponenten und die Prozessregelung erhalten, muss die Komplexität der Zusammenhänge über geeignete Berechnungsverfahren und Modelle abgebildet werden. Das vorliegende Forschungsprojekt hat zum Ziel, Einzelmodelle der wichtigsten Komponenten und ein darauf basierendes Gesamtmodell einer HRS mit der Simulationssoftware OpenModelica zu entwickeln. Hier stehen die thermodynamischen Kenngrößen wie Arbeit, Leistung, Druck und Temperatur im Vordergrund, mit denen Kompressionsvorgänge, sich einstellende Druckniveaus in den Speichern, Druckverluste sowie benötigte Kühlleistungen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen bestimmt werden können.

Die Modelle werden anhand des Wasserstofftestfeldes am ZBT validiert. Zusätzlich werden für den ökonomischen Vergleich unterschiedlicher Tankstellenkonzepte und Auslastungen spezifische Wasserstoffbereitstellungskosten errechnet.

Mit der Modellumgebung erfolgen Simulationen, Sensitivitätsanalysen und Szenarienrechnungen, deren Ergebnisse die verfahrenstechnische Auslegung, Weiterentwicklung und energetische Optimierung von HRS die Betankung von PKW, LKW und Busse ermöglichen. Zudem werden die Modelle interessierten Unternehmen zur Verfügung gestellt, die so flexibel eigene Produkte und Dienstleistungen technisch und wirtschaftlich optimieren können. Gerade KMU, die sich häufig nur mit Teilbereichen einer HRS befassen, haben so die Möglichkeit, neue Entwicklungen von Komponenten und Bauteilen sehr spezifisch und zielgerichtet an den simulierten Anforderungen auszurichten.

Unternehmen oder Konsortien, die gesamte Tankstellen planen und errichten, können energetisch optimierte Tankstellen-Konfigurationen ermitteln und diese hinsichtlich der voraussichtlichen Investitions- und der Betriebskosten vergleichend bewerten.