H2Wind - Röhrenspeicher: Teststandentwicklung, Demonstratorherstellung und Testdurchführung mit H2

Auf See herrschen beste Bedingungen zur Erzeugung erneuerbaren Stroms. Die direkte Herstellung von grünem Wasserstoff ohne Netzanbindung kann die Kosten gegenüber der Erzeugung an Land deutlich senken. Das Leitprojekt H2Mare erforscht daher die Offshore-Erzeugung von grünem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten. Das Teilprojekt H2Wind konzentriert sich hierin auf den Elektrolyseur, der mit einer Windenergieanlage direkt gekoppelt werden soll.

Das Bindeglied zwischen der Offshore-Elektrolyse und dem Transport und der Verteilung des grünen Wasserstoffgases sind Speichersysteme zum Ausgleich von Fluktuationen und Flauten. Als Speicherform werden in diesem Vorhaben Röhrenspeicher aus Stahlrohren betrachtet, da sie sich für andere Medien bereits als geeignet erwiesen haben und bei widrigen Umweltbedingungen mit hoher Langlebigkeit gestaltet werden können. 

Im beteiligten Projektkonsortium wird für die Röhrenspeicher eine sichere Auslegung auf Basis verschiedener Konzepte berechnet. Die notwendigen Materialparameter und Oberflächenbeschaffenheiten der Materialien, werden im Labor ermittelt und fließen in Simulationsmodelle und eine konkretisierte Auslegung ein. In einzelne Rohrstücke werden definierte Kerben zur Risswachstumsermittlung sowie verschiedene Innenbeschichtungen zur Permeationsmessung eingebracht.

Die Berechnungen und Erkenntnisse sollen an einem Demonstrator-Röhrenspeicherteststand im realen Maßstab erprobt und validiert werden, um Anforderungen für zukünftige Anwendungen von Röhrenspeichern aus Stahlrohren für die Wasserstoffspeicherung abzuleiten.

Hierzu wird am IWU ein geeigneter Teststand zur Durchführung von zyklischen Druckwechselversuchen an Wasserstoff-Röhrenspeichern entwickelt und konstruiert. Dieser ermöglicht die Abbildung realistischer Belastungsszenarien im Druckbereich zwischen 10 - 200 bar. Parallel dazu erfolgt die Herstellung von 4 Stück zu testenden großvolumigen Demonstratoren aus Rohrstücken, Klöpperböden und Anschlüssen durch Verschweißen. Die Testkörper weisen eine Länge zwischen 1,8 - 2,2 m auf. Abschließend erfolgt die Testdurchführung mit Hochdruckwasserstoff sowie die messtechnische Aufzeichnung aller Betriebs- und Forschungsdaten, insb. zur Permeation und zum Risswachstum. 

Die Herausforderung in der Umsetzung liegen insb. in der Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanten Aspekte im Umgang mit gasförmigen Hochdruckwasserstoff sowie dem großen Röhrenspeichervolumen.