Der Bereich Power-to-X wird mit den Aspekten Wasserstoffherstellung und Methanisierung seit über 10 Jahren intensiv am ZSW bearbeitet. Neben der Komponenten- und Anlagen-Entwicklung stehen auch Themen wie das Basic Engineering von Gesamtanlagen für den längerfristigen Versuchsbetrieb, Standort-Entwicklung, Aufstellungskonzept, Zertifizierung und Betriebszulassung im Fokus.

Das ZSW-Team hat sich das notwendige Basis-Knowhow erarbeitet, so dass es diese Aufgaben für Kundenprojekte übernehmen sowie beratend begleiten kann.

 

Contact

Dipl.-Ing. Andreas Brinner
+49 711 78 70-338
Anlagenkonzepte und Basic Engineering

Aufbauend auf den Erfahrungen mit den eigenen Methanisierungs-, Elektrolyse- und P2X-Testanlagen wurden in Förderprojekten oder im Kundenauftrag spezifische Systemkonzepte erarbeitet, die oft auf spezielle Randbedingungen abgestimmt sind. Dazu gehörten bisher die Berücksichtigung spezieller Produktgaseigenschaften in Druck, Temperatur und Reinheit, die Berücksichtigung von Aufstellungsbedingungen, wie vorgegebene Flächenformen, unterirdische Aufstellung, die Beachtung besonderer Sicherheitsbedingungen und die Aufstellung im Verbund mit anderen Anlagen.

Quelle: ZSW adaptiert nach 2013_e-mobil_Wasserstoff Infrastruktur für eine nachhaltige Mobilität

Über das grundsätzliche Anlagenkonzept in Form von detailliertem Funktions-Blockschaltbild, Verrohrungs- und Instrumentierungs-Fließbildern, Subsystemaufteilung und Verfahrensbeschreibung hinaus, werden je nach Auftrag im Rahmen des Basic Engineering auch Aufstellungsplan, Gebäude-, Container-, Aufbaugestell-Vorschlag, Sicherheitskonzept und Lastenhefte für den internen Systembau und Ausschreibungen erarbeitet.

In öffentlichen Förderprojekten wie in den BMWi-geförderten Power-to-X-Verbundprojekten, PtG250 (FKZ 0325275) PtG250-II (FKZ 0325709), P2G-Elektrolyse (FKZ 0325524), ecoPtG (FKZ 03ET6066), sowie dem durch das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg geförderten „Leuchtturmprojekt Power-to-Gas Baden Württemberg“ wurden u.a. ein Methanisierungs-Anlagenkonzept für ein Doppel-Reaktorsystem und drei alkalische Elektrolyseanlagenkonzepte eigenständig entwickelt, umgesetzt und für den Betrieb zugelassen. Weitere fünf kundenspezifische Elektrolyseanlagenkonzepte und ein verbessertes Methanisierungs-Plattenreaktorkonzept werden in laufenden, teilweise industriefinanzierten Projekten bearbeitet, wovon zwei Elektrolysesysteme bereits umgesetzt und in Betrieb sind.

Genehmigungsprozess

Bei der Errichtung einer P2X-Anlage ist im Anschluss an die Konzeptphase und das Basic Engineering die Beantragung der Errichtungs- und Betriebserlaubnis nach Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) der formal aufwändigste und langwierigste Schritt des gesamten Planungsprozesses. Vor der Inbetriebnahme und der damit einhergehenden Erteilung der offiziellen Betriebserlaubnis erfolgt eine Abnahme der Anlage nach Betriebs-Sicherheits-Verordnung (BetrSichV).

Die Antragsbearbeitung sowie der Genehmigungsprozess erstreckt sich i.d.R. über mehrere Monate und umfasst u.a. Schritte wie die sicherheitstechnische Bewertung, die Erstellung eines übergeordneten Sicherheitskonzepts, die Beschaffung von Fachgutachten und die formalen Absprachen mit den Genehmigungsbehörden.

Kommerzielle Power-to-Gas Anlage der Energiedienst AG in Wyhlen am Hochrhein mit angeschlossener F&E Anlage des ZSW.

 

Das ZSW hat im Rahmen von zahlreichen Projekten mit eigenen sowie Kunden-Anlagen ausreichend Erfahrung in der Genehmigung von P2X-Anlagen, insbesondere von Wasserstofferzeugungsanlagen erworben.

Über die Konzeptphase und das Basic Engineering von P2X-Anlagen hinaus kann deshalb auch intensive Mithilfe bei der Durchführung des Genehmigungsprozesses für Fremdanlagen angeboten werden.

Technisches Monitoring

Das technische Monitoring ist die Grundlage für die Bilanzierung und (Betriebs-) Optimierung verfahrenstechnischer Anlagen (z.B. P2X-Elektrolyse oder P2X-Gesamtsysteme). Basis hierfür ist die Erfassung, Verarbeitung und Auswertung aller relevanten Messgrößen im Prozess und an den externen und internen Bilanzgrenzen (z.B. einzelner Anlagenteile).

Zu Beginn eines jeden Monitoring-Prozesses muss, abhängig von den zu bilanzierenden Messgrößen, ein individuelles Monitoring-Konzept für die jeweilige Anlage erarbeitet werden. Dies erfordert eine eingehende Anlagenanalyse und beinhaltet die Definition von prozess- und anlagenbeschreibenden Zielgrößen. Daraus lassen sich anschließend erforderliche Messpunkte ableiten und gegebenenfalls erforderliche zusätzliche Messtechnik ermitteln und auswählen. Im Idealfall erfolgt die Konzepterstellung bereits in der frühen Planungsphase der Anlage. Im nächsten Schritt wird das Monitoring-System an der Anlage installiert. Hierzu zählen der Einbau von Sensorik, die Umsetzung der Datenerfassung, die lokale Speicherung der Messdaten (z.B. in einem Datenbankserver) sowie die computerbasierte, automatisierte Weiterverarbeitung der Daten.

Technisches Monitoring eine PtG-Anlage mittels Datenfernübertragung.

 

In der anschließenden, aktiven Monitoring-Phase erfolgt die Auswertung der Messdaten und die Entwicklung einer individuellen, automatisierten Berichterstellung, die je nach Bedarf sowohl einen allgemeinen, integralen Überblick oder auch detailliert aufgelöste, zeitliche Verläufe einzelner Messgrößen der Anlage beinhalten kann. Aus der Analyse der Daten können Handlungsempfehlungen für den Anlagenbetrieb und Möglichkeiten der Prozessoptimierung erarbeitet werden. Das technische Monitoring kann Basis eines Anlagen-Energiemanagementsystems (EMS) nach DIN EN ISO 50001 (z.B. für die Teilbefreiung energieintensiver Unternehmen von der EEG-Umlage) sein.

Das ZSW verfügt über umfassendes, interdisziplinäres Know-how entlang der gesamten Prozesskette des technischen Monitorings in verschiedenen Leistungsklassen (von dezentralen Energieanlagen wie Kraft-Wärme-Kopplung in der Hausenergieversorgung bis hin zu zentral installierten Energieanlagen im industriellen Megawatt-Leistungsbereich) und unterstützt damit Partner und Kunden von der Konzepterstellung über die Umsetzung bis zur Anlagenoptimierung. Referenzen sind u. a. das technische Monitoring der 6-MW-Power-to-Gas-Anlage der Audi AG in Werlte (WOMBAT), das technische Monitoring der 1-MW-Wasserstofferzeugungsanlage der Energiedienst AG in Grenzach-Wyhlen (PtG-BW) sowie die wissenschaftliche Projektbegleitung des Leuchtturmprojekts Callux zur Marktvorbereitung von Brennstoffzellen-Heizgeräten.

Leistungsspektrum:
•    Erarbeitung Monitoring-Konzept und Detailed Engineering
•    Installation des Monitoringsystems (inkl. Begleitung Einbau Sensorik)
•    Bearbeitung aktive Monitoringphase mit
     o    Erfassung und Verarbeitung Messwerte
     o    Entwicklung individuelles, automatisiertes Reporting
     o    Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Prozessoptimierung