Integration und Analyse von Power-to-Heat, Wärmespeichern und Carnot-Batterien in Hochtemperatur-Elektrolysesystemen

Abstract

Hochtemperatur-Elektrolyseure (SOEC) stellen Wasserstoff unter Einbringen von Wärme mit hoher elektrischer Effizienz her. Wärmespeicher und Carnot-Batterien können diese Wärme bereitstellen und zugleich die Flexibilität gegenüber volatilen Strompreisen erhöhen. Diese Arbeit untersucht die wirtschaftlichen Potentiale verschiedener Betriebsszenarien eines SOEC-Systems und vergleicht sie mit einem Baseline-Fall ohne Speicher. Für die Analyse werden simulationsbasierte Tools eingesetzt. Die Carnot-Batterie wird in Python mit der Bibliothek TESPy abgebildet, während das SOEC-System mit dem DLR-internen Tool CELESTE simuliert wird, um thermische und elektrische Leistungsanforderungen zu bestimmen. Ein strombasierter Dispatch gibt die Betriebsweise der jeweiligen Szenarien vor. Sowohl das SOEC-System als auch die Speichergrößen und Betriebsparameter werden mithilfe evolutionärer Optimierungsverfahren untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Integration von Nieder- und Hochtemperaturspeichern die Auslastung des SOEC-Systems leicht von 91,7% auf 93,1% erhöht. Gleichzeitig steigen die Herstellkosten von Wasserstoff (LCOH) von 4,99 €/kg auf 5,11 €/kg. Die Carnot-Batterie erzielt unter den zugrunde gelegten Annahmen keine wirtschaftliche Verbesserung.