DLR testet KWK auf vier Rädern

Wasserstoff-Autos können mehr als nur fahren: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erprobt aktuell ihren Einsatz als mobile Kraftwerke. Die Brennstoffzellen der Fahrzeuge können hohe elektrische und thermische Leistungen liefern. Außer für den Antrieb der Fahrzeuge lassen sie sich als unabhängige Aggregate einsetzen oder an Stromnetze anschließen. So können Wasserstoffautos als dezentrale Energiespeicher dazu beitragen, Schwankungen erneuerbarer Energien auszugleichen und die Verteilernetze zu stabilisieren.

Das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart entwickelt Verfahren, wie sich die Energieflüsse zwischen Fahrzeugen, Verbraucherinnen und Verbrauchern sowie Verteilernetzen koordinieren lassen. Die Forscherinnen und Forscher erproben dies mithilfe eines umgebauten Wasserstoffautos. Dafür haben sie die Brennstoffzelle des Fahrzeugs mit externen Anschlüssen ausgestattet.

Die Brennstoffzelle besitzt einen 230-Volt-Anschluss mit einer Leistung von zwei Kilowatt. An das Auto lassen sich damit handelsübliche Elektrogeräte oder Werkzeuge anschließen. Ein weiterer Stromanschluss mit 400 Volt Gleichspannung am Hochvoltsystem ist für höhere elektrische Leistungen vorgesehen.

Mit seinem Tankinhalt von 6,3 Kilogramm Wasserstoff kann das Fahrzeug rund 100 Kilowattstunden Strom erzeugen. Das entspricht ungefähr dem durchschnittlichen Verbrauch eines Einpersonenhaushalts pro Monat. In den Brennstoffzellen entsteht dabei Abwärme. Mit aktuell 20 Kilowatt Wärme- und elektrischer Leistung der Brennstoffzelle ließe sich mit dem Fahrzeug bereits ein modernes Haus beheizen.

Datenaustausch steuert Energieflüsse

„Die Brennstoffzellen von Wasserstoffautos können die Sektorenkopplung unterstützen, indem sie bei Bedarf Strom und Wärme in stationäre Verteilernetze einspeisen. Wir forschen daran, wie sich diese Energieflüsse aufeinander abstimmen lassen. Entscheidend sind die vorhandene Energiemenge und die momentane Leistung des Verteilernetzes. Im Idealfall laufen Angebot und Nachfrage synchron“, erklärt Tobias Schneider, der das Projekt Sektorenkopplung am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte leitet.

Dazu müssen Energielieferant und Energieverbraucher Daten und Informationen austauschen. Die DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler entwickeln hierfür geeignete Datenformate und Schnittstellen. Herausfordernd ist, welche Daten relevant sind und wie diese sich übertragen lassen. Vernetzte Ladestationen für E-Pkw benötigen andere Informationen als Wasserstoff-Tankstellen. Für den Wärmeaustausch gibt es noch keine Standards.

Wasserstoffauto mit Steckdose und Warmwasser

Um diesen Energieaustausch in der Praxis zu erproben, haben die DLR-Forschenden die Brennstoffzelle eines Wasserstoffautos mit zusätzlichen Stromanschlüssen und einem Wärmetauscher ausgestattet. So lassen sich die Energieflüsse zwischen Versuchsfahrzeug, angeschlossenen Verbrauchern und Verteilernetzen in alltäglichen Situationen untersuchen. Sensoren und Steuergeräte messen und protokollieren die Strom- und Wärmeabgabe. Daraus kann das Team um Tobias Schneider Rückschlüsse ziehen, wie sich die Energieflüsse bei der Sektorenkopplung im großen Maßstab optimal steuern lassen.

„Mit grünem Wasserstoff wird unser Wasserstoffauto zum klimaneutralen Mini-Kraftwerk“, erklärt Schneider. „Solche Fahrzeuge können auch als mobile Stromquelle oder Heizung dienen, beispielsweise auf Campingplätzen oder bei Veranstaltungen. In Notfällen, nach Erdbeben oder Überschwemmungen lässt sich damit eine lokale Stromversorgung herstellen.“

Die DLR-Forscherinnen und -Forscher haben Brennstoffzellenfahrzeuge zudem als dezentrale Wasserstoffspeicher im Blick. In Privathaushalten lässt sich beispielsweise mit Solarstrom und Elektrolyse lokal Wasserstoff gewinnen. „Mit diesem lassen sich die Wasserstoffautos klimaneutral an der heimischen Zapfsäule wieder auftanken“, so Schneider.