Haus oder Unternehmen mit selbsterzeugtem Strom ganzjährig und wetterunabhängig betreiben. Das ist der Wunsch vieler Haushalte und Betriebe in Deutschland. In der smarten Betriebsstätte in Metelen, einer kleinen Gemeinde im nordrheinwestfälischen Kreis Steinfurt, ist das schon Realität.
Dort betreibt die Westenergie-Tochter Westnetz GmbH ihre Bürogebäude fast vollständig stromautark. Und sie gewinnt wichtige Erkenntnisse für alle, die in Zukunft Strom selbst produzieren und intelligent nutzen möchten. Bei dem Modellprojekt untersucht die Westnetz, welche Technologien und Materialien smarte Einrichtungen benötigen. Dieses Know-how fließt in die Produkte und Dienstleistungen der Westenergie-Gruppe ein. Die Unternehmenstochter Netzservice verkauft die technischen Produkte auch für den Eigenbedarf und berät Unternehmen, die sich zukünftig selbst mit Strom und Wärme versorgen möchten: sicher, grün und bezahlbar.
Und so funktioniert die smarte Betriebsstätte
Über den Dächern von Metelen – hier wandeln zwei Photovoltaik-Anlagen Sonnenlicht zu grünem Strom. Der kann dann direkt im Gebäude genutzt werden.
Für den Bedarf an sonnenarmen Tagen oder in der Nacht wird der Strom kurzfristig und in kleineren Mengen in Batterien gespeichert.
Um selbsterzeugte Energieüberschüsse langfristig und in großen Mengen speichern zu können, kommt ein Elektrolyseur zum Einsatz. Mithilfe des grünen Stroms produziert er Wasserstoff.
Der Wasserstoff kann langfristig und in großen Mengen in diesen Flaschen gespeichert werden, um ihn in sonnenarmen Perioden, vor allem im Winter, zu nutzen.
In einer Brennstoffzelle wird der Wasserstoff dann wieder zu elektrischer Energie, sprich: Strom, gewandelt.
Et voilà. Nun kann die Betriebsstätte wetterunabhängig und ganzjährig mit grünem Strom betrieben werden.
Hochspannend: der Weg zur Stromautarkie
Grünen Strom erzeugen – wie man zum „Prosumer“ wird
Hier wird der grüne Strom erzeugt: Diese Solarzellen auf den beiden Dächern verteilt, produzieren mit Sonnenlicht sauberen Strom – bis zu 30 Kilowattstunden pro Stunde. Die Photovoltaik-Anlage erzeugt insgesamt mehr Strom, als die Betriebsstätte im Jahr benötigt. Doch die Erzeugung schwankt mit dem Wetter und der Jahreszeit: Mal ist zu viel Strom vorhanden, Mal zu wenig. Die Herausforderung liegt also darin, elektrische Energie immer passend zur Verfügung zu haben. Hierfür hat die Westenergie Lösungen in Form von Stromspeichern parat.
Batterien als Kurzzeitspeicher
Im Keller der Betriebsstätte stehen drei Lithium-Ionen-Batterien. Wenn die Sonne strahlt und die Solarmodule auf Hochtouren arbeiten, fließt überschüssiger Strom in die Batterien. Bis zu 30 Kilowattstunden lassen sich so für sonnenarme Stunden einlagern. Mithilfe der Batterien kann der Strombedarf an einzelnen Regentagen und bei kurzfristige Lastspitzen gedeckt werden. Die können etwa durch den Einsatz energieintensiver Maschinen entstehen.
Aber der Strom hat einen Nachteil: Er lässt sich nur begrenzt speichern. Wenn die PV-Anlage also sehr viel Strom erzeugt, kommen die Batterien an ihre Grenze. Und da kommt der Elektrolyseur ins Spiel.
Langzeitspeicherung durch Elektrolyse
Um größere Energiemengen speicherbar zu machen, steht vor dem Firmengebäude dieser Elektrolyseur. Er stellt die zweite Speicherlösung dar und sorgt dafür, dass der Standort Metelen größtenteils stromautark ist. Der Elektrolyseur ist eine Anlage, die Wasser in seine zwei Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Dazu benötigt der Elektrolyseur Strom. Wenn also mehr Solarstrom erzeugt wird, als man aktuell benötigt oder in Batterien gespeichert werden kann, lässt er sich zur Herstellung von Wasserstoff nutzen.
Viel Wasserstoff auf wenig Raum durch Kompression
Wasserstoff ist ein Gas und lässt sich viel besser speichern als Strom. Das geruchlose Gas fungiert also als Speicher für Ökostrom. Den Wasserstoff einzulagern, ist kein Problem. Um möglichst große Mengen an Wasserstoff auf derselben Fläche speichern zu können, wird er mit diesem Kompressor verdichtet. Das heißt: Das Volumen des Gases wird verringert, indem es zusammengedrückt wird. Der Kompressor im Bild erhöht den Druck des Wasserstoffs von 15 auf 200 bar.
H2-Speicher für Wintertage
Der verdichtete Wasserstoff wird anschließend in diesen knapp 200 Flaschen gespeichert. Hier lagern bis zu 200 Kilogramm Wasserstoff, die 16.650 Kilowattstunden Energie enthalten. Das entspricht dem durchschnittlichen Jahresstrombedarf von drei Zweipersonenhaushalten. Der Wasserstoff kann hier gelagert werden, bis er für den Betrieb des Standortes in sonnenarmen Zeiten benötigt wird.
Strom-Rückgewinnung über die Brennstoffzelle
Es ist dunkel oder bedeckt draußen und die Stromreserven in den Batterien sind aufgebraucht? Dann schalten die Kolleg*innen in Metelen diese Brennstoffzelle an und wandeln damit den Wasserstoff zurück in elektrische Energie. Das Ganze wird als Rückverstromung bezeichnet. Damit die Brennstoffzelle den Wasserstoff verwenden kann, reduziert eine Regelanlage den Druck des Wasserstoffs von 200 bar auf die für die Brennstoffzelle notwendigen 7 bar. Alle elektrischen Geräte laufen so weiterhin mit Strom aus eigener Herstellung.
Unabhängige Stromversorgung erreichen
Mit diesem Kreislauf aus Sonnenstrom, Batteriespeichern, Elektrolyseur und Rückverstromung erreicht die Betriebsstätte Metelen einen Strom-Autarkiegrad von etwa 90 Prozent. Strom aus dem Netz wird hier nur noch in Ausnahmefällen bezogen. Und das Prozedere hat noch einen weiteren Vorteil: Bei dem Brennstoffzellenprozess entsteht neben dem Strom auch Wärme, die sogenannte Abwärme. Sie lässt sich in den Heizkreislauf des Gebäudes integrieren. Dadurch wird der Erdgasverbrauch für die Heizung im Gebäude reduziert.
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Vorteile und Nutzen der Betriebsstätte Metelen
Nachhaltig
Mit grünem Strom und Wasserstoff die eigene Energieversorgung sichern – und das klimaneutral. Die smarte Betriebsstätte ist ein Modellprojekt für Nachhaltigkeit.
Digital
Ob für Wetterprognosen oder zur Berechnung des Energiebedarfs – für den smarten Betrieb nutzt die Westnetz digitale Technologie.
Wirtschaftlich
Die Projektmitarbeitenden erproben neue Technologien für verschiedene Energieträger und analysieren deren Wirtschaftlichkeit.
Projektleiter Jens Kleine Vennekate zu den Vorteilen von Wasserstoff als Energieträger
Ihre Ansprechpartner und Experten für Wasserstoff
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Dietmar Ewering
Innovationsmanager
Jens Kleine Vennekate
Projektleiter