Berichtszeitraum der Bilanzen 2020 bis 2021; Factsheet, 1. Einleitung, 2. Ziele der Energiepolitik, 3. Umsetzung der Energiepolitik: u.a. Kommunale Klimaoffensive, Erneuerbare Ernergiequellen, Grüner Wasserstoff, Netzausbau und Entwicklung der Energieinfrastruktur, Energieeffizienz und Energieeinsparung, Flexibilisierung des Energieversorgungssystems, Mobilitätswende, Energieforschung, Förderprogramme, 4. Entwicklung von Energieerzeugung und - verbrauch, 5. Entwicklung der Treibhausgasemissionen 1990 bis 2021, 6. Entwicklung der energiebedingten Emissionen von SO2 und NOx; Anhang zum Bericht
Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindende Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Anwendung eines Model-Based Systems Engineering (MBSE)-Systemmodells zum Zweck der Neu- oder Umrüstungsentwicklung von wirtschaftlich konkurrenzfähigen Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieben (H2-BZ-Antrieb) für mobile Arbeitsmaschinen. Hybride H2-BZAntriebe für mobile Arbeitsmaschinen stoßen in der im Projekt angestrebten technischen Umsetzung im Betrieb lokal keine Luftschadstoffe und Treibhausgase aus und ermöglichen bei der Verwendung von grünem Wasserstoff Emissionsfreiheit. Die unmittelbare Verringerung von Luftschadstoff- und Treibhausgasemissionen gegenüber Dieselmotorantrieben adressiert die Klimaschutzziele der Bundesregierung, die im Klimaschutzplan festgelegt wurden. Mit Hilfe des MBSE werden die technische (Robustheit, Dynamik, Sicherheit, Betriebsführung) und technoökonomische (Lebenszykluskosten, Umfelddynamik) Sichtweise auf hybride H2-BZ-Antriebe in einem Systemmodell verknüpft. So werden technische Anforderungen erfüllt und die Systemkomplexität handhabbar. Die Sichtweisen werden durch geeignete domänenübergreifende Teilmodelle repräsentiert. Das MBSE schafft eine einheitliche Datengrundlage (single source of truth), formale Modellspezifikationen (Modellontologien) und Modellierungssprache (SysML). Die Komplexität wird handhabbar, die Modelldokumentation systematisch und transparent, was den Wissensaustausch begünstigt. Im Projekt wird dieser systemanalytische Ansatz angewendet und für FuE von H2-BZ-Antrieben weiterentwickelt. Damit trägt das Projekt weiterhin zum Ziel der Entwicklung systemanalytischer Werkzeuge mit fachdisziplinübergreifender Beteiligung im 7. EfP bei. Die methodische Entwicklung wird im Projekt dazu verwendet, einen hybriden H2-BZ-Antrieb für eine Materialumschlagmaschine zu entwickeln und zu integrieren. Mit der Erprobung im realen Einsatz soll eine TRL-Erhöhung von 6 auf 7 erfolgen.