Die Uniper Kraftwerke GmbH beabsichtigt mit Strom aus Wind- und Solarparks, aus reinem Wasser (Deionat) Wasserstoff herzustellen. Mit einer Leistung von 1 GW sollen ca. 1,32 Milliarden Nm³ Wasserstoff pro Jahr auf dem firmeneigenen Gelände der Uniper Kraftwerke GmbH im Rüstersieler Groden in Wilhelmshaven produziert werden. Zunächst soll Trinkwasser zur Gewinnung des Dionats eingesetzt werden. In den weiteren Ausbaustufen soll Wasser aus der Jade entnommen und in einer Meerwasserentsalzungsanlage aufbereitet werden. Der produzierte Wasserstoff soll in das deutsche Wasserstoff-Kernnetz eingeleitet werden.
Um die Umweltauswirkungen unserer energiehungrigen Gesellschaft zu reduzieren, müssen erneuerbare Energien weiter ausgebaut werden. Erneuerbare Energien unterliegen jedoch erheblichen Schwankungen und Unsicherheiten bedingt durch Meteorologie und Hydrologie. Diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden - entweder durch hochdynamische konventionelle Kraftwerke oder durch Energiespeichersysteme (ESS).Vor allem ESS bieten ein breites Spektrum an Dienstleistungen (Energieverschiebung, Flexibilität gegenüber Unsicherheiten, Netzstabilität, Engpassmanagement). Da es kein ideales einzelnes ESS gibt, gilt: das Stromsystem und ein entsprechender Mix aus ESS muss fein aufeinander abgestimmt sein, um kostenoptimal eine umweltverträgliche und robuste Stromversorgung sicherzustellen. Diesen Mix zu bestimmen stellt ein herausforderndes Optimierungsproblem dar und fordert neue Lösungstechniken um die Rechenzeiten zu bewältigen.Das beantragte Projekt zielt darauf ab, die optimale Kombination von ESS mit Schwerpunkt auf Wasserkraft zu finden. Wir verfolgen folgende Hypothesen: (1) eine systematische Analyse der Modellierungsdetails von Wasserkrafttechnologien und ESS ist notwendig um die vielen Systemdienstleistungen abbilden zu können; (2) das existierende Stromsystem muss um einen robusten und gezielt zusammengestellten Mix aus Wasserkraft und ESS ergänzt werden; (3) der Wassersektor kann mit weiterer Flexibilität zur Energiewende beitragen, aber dazu müssen dessen Randbedingungen (Trinkwasser, Flussökologie) modelliert werden; und (4) dieser Mix kann durch Optimierung gefunden werden, es müssen aber die Rechenzeiten erheblich reduziert werden.Unser Ansatz bietet vier Neuheiten: (1) die Optimierung um den Mix zu finden wird die verschiedenen ESS-Dienstleistungen berücksichtigen; (2) die Fähigkeit der ESS in der Handhabung von Unsicherheiten der Energieträger (Wasser-, Wind- und Sonnenkraft) in Wetterprognosen und Klimawandel wird abgebildet; (3) im Lichte zukünftiger Energiesysteme werden sektorielle Interaktionen relevanter. Daher werden wir die Wechselwirkungen zwischen dem Wasser- und Energiesektor in unserem Modell abbilden, z.B. wie Infrastruktur in der Wasserversorgung (z.B. Pumpwerke, Trinkwasserspeicher, Entsalzungsanlagen) und Mehrzweckstauseen zur Energiewende beitragen können, oder wie Abflussspitzen im Unterlauf von Wasserkraftwerken vermieden werden können; (4) die Rechenzeit des Ansatzes reduzieren wir durch eine gezielte Kombination von Heuristiken und Modellreduktionen um eine gute Startlösung zu finden und den Suchraum der Optimierung einzuschränken.Unser Optimierungsansatz ermöglicht sowohl die Rolle der einzelnen ESS als auch die Synergien zwischen den ESS, einschließlich Flexibilitäten aus dem Wassersektor und Wasserkraft, zu identifizieren. Solche Ansätze tragen zu einer transparenten Entscheidungsunterstützung in Energiebehörden bei, um unterschiedliche Energiepolitiken zu untersuchen.
Der Mangel an Trinkwasser gehört zu den Hauptproblemen weltweit. Die Wasserversorgung in vielen Ländern Südostasiens wie z.B. in Vietnam, Kambodscha, Myanmar wird aber immer mehr durch den Klimawandel und die stark ansteigenden Bevölkerungszahlen bedroht. Die Verhältnisse in Vietnam können als repräsentativ für viele Länder insbesondere in Südostasien angesehen werden. Das Ziel des Projekts ist es einen kombinierten modularen Prozess zur Entsalzung von Meerwasser und von salinem Grundwasser zu entwickeln und vor Ort in Vietnam zu pilotieren. Durch eine innovative Kombination von kapazitiver Entionisierung und Umkehrosmose soll der Energieverbrauch deutlich verringert und die Wasserausbeute erhöht werden. Neben der Entfernung von typischen Salzionen wie NaCl wird auch die Entfernung von toxischen Arsensalzen untersucht, welche im südostasiatischen Raum ein großes Problem im Grundwasser darstellen. Die kombinierte Entsalzungsanlage wird autonom mittels regenerativer Energie (Photovoltaik, Wind) betrieben. Im Projekt wird begleitend eine wissenschaftliche Bewertungsmethodik entwickelt, so dass der Kombinationsprozess am in der letzten Projektphase ökologisch-ökonomisch bewertet werden kann. Auf Grundlage der Projektergebnisse wird nach Projektende durch die im Projekt beteiligten Firmen ein marktfähiger Prototyp entwickelt. Zunächst für den südostasiatischen Raum und später für den weltweiten Vertrieb. Arbeitsplanung: AP1: Pilotversuche (CDI, UO) im Labormaßstab mit Modellwässern (HsKA); AP2: Computerbasierte Systemanalyse des modularen Kombinationsprozesses hinsichtlich Energieoptimierung (HsKA); AP3: Entwicklung eines Konzepts zur autarken Versorgung der Prozesse mit regenerativer Energie (ISI); AP4: Pilotversuche des Kombinationsprozesses in Vietnam (SDVICO, SPIEGL, WINKEM); AP5: Ausarbeitung einer angepassten Methodik (ISI) ; AP6: Durchführung einer gesamthaften multidimensionalen Nachhaltigkeitsbewertung der Kombinationsprozesse (ISI); AP7: Projektmanagement(HsKA).