H2-SMORE: H2-Stacktest im Megawattmaßstab für Offshore-Elektrolyse

Auf einen Blick

• Test eines von Schaeffler bereitgestellten PEM-Elektrolyse-Stacks im Megawattmaßstab am Hydrogen Lab Leuna
• Nutzung der 2-MW-Stacktestinfrastruktur des Fraunhofer IWES für PEM- und alkalische Elektrolyse-Stacks im industriellen Maßstab
• Rund 3.000 Betriebsstunden mit dynamischen Testprofilen, die aus Leistungsdaten von Windenergieanlagen abgeleitet werden
• Untersuchung von Betriebsverhalten, Effizienz, Dynamik und Alterung unter realitätsnahen Bedingungen für die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Windenergie
• Fraunhofer IWES ist zuständig für Datenerfassung, Gas- und Wasseranalytik, Inbetriebnahme und Betrieb des Teststandes, Erstellung Testprofil sowie Auswertung der Testergebnisse. Konzepte, Testprofile und Betriebserfahrungen aus H2Mare und H2Wind werden weitergeführt. Somit entsteht ein Beitrag zur Weiterentwicklung von Testmethoden, Betriebsstrategien und Technologietransfer für zukünftige Offshore-Elektrolyseprojekte 

Herausforderung

Für PEM-Elektrolyse-Stacks im industriellen Leistungsbereich existieren bislang nur begrenzt öffentlich zugängliche und reproduzierbare Betriebsdaten. Insbesondere für dynamische Lastprofile, wie sie bei der Kopplung mit Windenergieanlagen auftreten, fehlen belastbare Langzeituntersuchungen im Megawattmaßstab.

Viele verfügbare Untersuchungen stammen aus kleineren Leistungsklassen oder aus herstellerinternen Systemtests. Dadurch sind die Ergebnisse nur eingeschränkt auf zukünftige Offshore-Elektrolyseanlagen übertragbar. Gleichzeitig fehlen standardisierte Testprofile und Bewertungsmethoden, mit denen das Betriebs- und Alterungsverhalten von Stacks unter realitätsnahen dynamischen Bedingungen systematisch untersucht werden kann.

Diese Datenlücke erschwert die Auslegung, Bewertung und Betriebsplanung zukünftiger Offshore-Wasserstoffsysteme und erhöht technologische sowie wirtschaftliche Risiken.

Lösung

H2-SMORE adressiert diese Datenlücke durch eine reproduzierbare Testkampagne im Megawattmaßstab. Dazu wird ein von Schaeffler bereitgestellter PEM-Elektrolyse-Stack in die 2-MW-Stacktestinfrastruktur des Fraunhofer IWES am Hydrogen Lab Leuna integriert und unter realitätsnahen dynamischen Betriebsbedingungen untersucht.

Die Testprofile werden aus Leistungsdaten von Windenergieanlagen abgeleitet und für den Betrieb am Prüfstand aufbereitet. Damit können Lastwechsel, Teillastphasen und dynamische Betriebszustände, wie sie bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff aus fluktuierender Windenergie auftreten, gezielt und wiederholbar im industriellen Maßstab abgebildet werden.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Bewertung des Alterungsverhaltens unter diesen dynamischen Betriebsbedingungen. Die Alterung des Stacks wird dabei nicht isoliert betrachtet, sondern im Zusammenhang mit dem fluktuierenden Lastverhalten der Windenergieerzeugung bewertet. Dadurch sollen belastbare Aussagen dazu ermöglicht werden, wie sich realitätsnahe Lastwechsel langfristig auf Effizienz, Betriebsverhalten und Lebensdauer des Stacks auswirken.

Während der rund 3.000 Betriebsstunden erfasst das Fraunhofer IWES kontinuierlich Prozess- und Betriebsdaten und ergänzt diese durch Gas- und Wasseranalytik. Die gewonnenen Daten werden strukturiert ausgewertet, um Betriebsverhalten, Regelbarkeit, Effizienzänderungen und Alterungsindikatoren unter dynamischer Belastung zu bewerten. Ergänzend führt Schaeffler nach Abschluss der Testphase weiterführende Analysen am Stack durch.

Mehrwert

Das Projekt generiert erstmals herstellerneutrale Langzeitdaten zum dynamischen Betrieb von PEM-Stacks im Megawattmaßstab unter realitätsnahen Offshore-Bedingungen. Dadurch werden Degradationsmechanismen, zulässige Rampenraten, Effizienzverluste und Betriebsgrenzen belastbar quantifiziert. Dies reduziert Unsicherheiten bei Auslegung und Betrieb kommender Offshore-Elektrolyseprojekte, senkt technologische Risiken und unterstützt Standardisierung und Normung. Die dauerhaft verfügbare MW-Testinfrastruktur des Fraunhofer IWES bildet zudem eine skalierbare Plattform für weitere Industrie- und Forschungsprojekte und stärkt so den Technologie- und Innovationstransfer in Richtung großskaliger, wirtschaftlicher Offshore-Wasserstoffproduktion.