THEWA

THEWA – Thermomanagement von Wasserstoff-Tankstellensystemen

Förderung: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Laufzeit: 2021 bis 2024

Projektbeschreibung

Das Projekt „THEWA“ ist ein durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur im Rahmen der Ausschreibung "Innovationslabore für Wasserstofftechnologien" gefördertes Verbundvorhaben, welches die Gestaltung von Wasserstoff-Tankstellensystemen adressiert und so zur Etablierung einer auf Wasserstoff basierenden nachhaltigen Mobilität im norddeutschen Raum beiträgt. Der Arbeitsschwerpunkt des AIP liegt in der modellbasierten Wirtschaftlichkeitsbewertung einzelner Wasserstoff-Tankstellensysteme sowie der Netzwerkplanung von Wasserstoff-Tankstellensystemen.

Verantwortliche

Dr. Christian Weckenborg

Projektpartner

  • Technische Universität Braunschweig
    • Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (AIP)
    • Institut für Thermodynamik (IfT)
    • Institut für Konstruktionstechnik (IK)
    • Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IVB)
  • Artelia GmbH
  • MAN Truck & Bus SE
  • Maximator GmbH
  • Shell Deutschland Oil GmbH
  • TLK-Thermo GmbH

Ausgangslage und Problemstellung

Wasserstoff-Tankstellen werden in den nächsten Jahren eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Der Einsatz von Wasserstoff in verschiedenen Verkehrsträgern, z. B. in Bussen, Lkw oder Zügen, sowie die steigende Nachfrage insgesamt führen zu neuen Anforderungen. Wasserstoff-Tankstellen müssen, je nach Fahrzeug und eingesetzter Wasserstoff-Speichertechnologie, sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Hierzu existieren vielfältige technische Lösungsmöglichkeiten, die u. a. die Energieeffizienz der Tankstelle und die realisierbare Betankungsgeschwindigkeit beeinflussen. Um die Erwartungen, z. B. geringe Kosten und hohe Zuverlässigkeit, bestmöglich erfüllen zu können, stellt das Thermomanagement ein zentrales Element in der Auslegung einer Wasserstoff-Tankstelle dar. Es besteht i. d. R. aus passiven und aktiven Komponenten verbunden mit Betriebs- und Regelungskonzepten, die individuell angepasst werden müssen. Insgesamt sind zahlreiche unterschiedliche Anforderungen und damit auch Tankstellenkonzepte denkbar, die sich zudem durch die derzeit schnell fortschreitende technologische Entwicklung stetig verändern. Insofern ist die Erstellung optimierter Thermomanagement-Konzepte für Wasserstoff-Tankstellen aktuell eine Herausforderung, zu deren Lösung das vorliegende Projektvorhaben einen Beitrag liefern soll.

Zielsetzung und Vorgehensweise

Übergeordnetes Ziel des Projektes ist es, optimierte Thermomanagement- und Gesamtsystemkonzepte für Wasserstoff-Tankstellen zu erforschen und für verschiedene exemplarische Anwendungsfälle bereitzustellen. Hierzu wird ein Ansatz nach dem sogenannten Integrated Model-Based Systems Engineering verfolgt und weiterentwickelt. Er soll sowohl deskriptive als auch analytische Modelle enthalten und diese nahtlos miteinander kombinieren können. Der neuartige Ansatz wird in Form eines Demonstrators für einen Software-Werkzeugverbund umgesetzt, der es erlaubt, anforderungsgerechte und zugleich in Bezug auf die Erwartungen möglichst vorteilhafte Wasserstoff-Tankstellensysteme an vorteilhaften Standorten schnell und flexibel zu entwerfen. Begleitend finden Untersuchungen zur Netzwerkplanung von Wasserstoff-Tankstellen im norddeutschen Raum sowie experimentelle Untersuchungen an Wasserstoff-Tankstellen und deren Teilsystemen statt. Die Ergebnisse fließen in die Gesamtsystemauslegung ein. Gleichzeitig können sie bestehende Lücken im Stand der Wissenschaft füllen.

Vier Institute der TU Braunschweig arbeiten gemeinsam, jedoch mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten, an dem Projekt: Das IfT übernimmt die Arbeiten zum Thermomanagement und Wasserstoffsystem, das IK das Systems Engineering mit Anforderungsmanagement, das IVB die Themenfelder Wasserstoff-Verdichter und -Expansionsmaschinen sowie Fahrzeug-Speichersysteme und das AIP fokussiert die Netzwerkplanung und Wirtschaftlichkeitsbewertung. Fünf Praxispartner wirken am Projekt mit: Shell (Anforderungen aus Betreibersicht, Tankstellenentwicklung), Artelia (Infrastrukturausbau Wasserstoff-Tankstellen), Maximator (Tankstellentechnik und -entwicklung), TLK (Software-Demonstrator, Model-Based Engineering und Thermomanagement-Demonstrator) sowie MAN (fahrzeugseitige Tankstellenanforderungen). Weiterhin wird das Projekt von der Clean Energy Partnership unterstützt.