Die Tür zum intelligenten Stromnetz

Mit dem neuen Brennstoffzellensystem RiCell Flex von Rittal werden die Karten im Markt für autonome Stromversorgungen neu gemischt. Ein überaus einfacher, modularer Aufbau minimiert den Wartungsaufwand und verbessert die Verfügbarkeit. Zudem verdoppelt sie den Wirkungsgrad traditioneller Systeme. Das integrierte Smart-Grid-Interface öffnet zudem die Tür zum intelligenten Stromnetz der Zukunft.

Das Wasser ist die Kohle der Zukunft“, schrieb Jules Verne im Jahr 1870. „Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist.“ Erstaunlich visionäre Sätze, denn für die Brennstoffzelle (oder ‚galvanische Gasbatterie‘, wie man damals sagte) waren im Zeitalter der dampfgetriebenen Generatoren keinerlei Chancen absehbar. Anders als diese, müssen Brennstoffzellen nicht den Umweg über thermische Energie und mechanische Arbeit gehen, um elektrischen Strom aus chemischen Energieträgern zu gewinnen. Sie nutzen stattdessen das Prinzip der galvanischen Umkehr und verwandeln chemische direkt in elektrische Energie. Brennstoffzelle wird meist als Synonym gebraucht für Wasserstoff-Brennstoffzelle. Denkbar sind aber auch andere Energieträger wie beispielsweise Ethanol oder Erdgas. Der Wasserstoff wird dabei durch einen Reformer erzeugt, der unmittelbar mit der Brennstoffzelle kombiniert wird.

Prinzip Wasserstoff-Brennstoffzelle

Wasserstoff-Brennstoffzellen arbeiten alle nach demselben Prinzip: Ein Elektrolyt trennt zwei Elektroden. An der Anode (negativ geladene Elektrode) werden dem kontinuierlich zugeführten Wasserstoff Elektronen entzogen. Positive Wasserstoffionen diffundieren durch den Elektrolyten zur Kathode (positiv geladene Elektrode). Dort reagieren die Ionen mit aufgespaltenen Sauerstoffmolekülen aus der Umgebungsluft zu Wasser. Die so entstandene Ladungsdifferenz erzeugt ein stabiles elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden, das als Spannungsquelle genutzt werden kann. In den meisten heute gängigen Brennstoffzellen dient eine Polymer-Folie als Elektrolyt, zum Beispiel in Elektroautos.

Weichenstellung in Richtung Smart Grid

Im industriellen Umfeld finden sich Brennstoffzellen vorrangig als stationäre Notstrom- und Backup-Anwendungen, die eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für betriebskritische Anlagen sicherstellen, zum Beispiel bei Telekommunikationsanbietern, in Rechenzentren oder Produktionsbetrieben. Gleichwohl ließ der Durchbruch für die Brennstoffzelle bislang auf sich warten.

Konkurrierende Systeme wie Blei-Gel-Akkus oder Dieselgeneratoren sind billiger und einfacher zu handhaben als traditionelle Brennstoffzellentechnik. Da Notstromaggregate außerdem relativ selten zum Einsatz kommen, scheuen viele Unternehmen vor Investitionen und hohem Betriebsaufwand zurück − so war es jedenfalls in der Vergangenheit.

Skalierbare Leistung

Heute stimmt diese Rechnung nicht mehr. Denn die neue Brennstoffzellen-Generation RiCell Flex von Rittal verändert fundamental Gebrauchseigenschaften und wirtschaftliche Rahmenbedingungen dieser Technologie. Die Entwicklungen des in Herborn ansässigen und nach eigenen Angaben weltweit führenden Systemanbieters für Gehäuse- und Schaltschranklösungen dürften in vielen Branchen Anlass zu einer Neubewertung der Kosten-Nutzen-Relation von Brennstoffzellen geben.

Ein Novum ist RiCell Flex allein schon deshalb, weil das System konsequent modular aufgebaut ist. Es lässt sich in zwanzig Einzelschritten von 2,5 auf 50 Kilowatt skalieren und kann daher flexibel an den Bedarf unterschiedlicher Anwender angepasst werden. Bei wachsendem Leistungsbedarf sorgt diese Skalierbarkeit zudem dafür, dass Investitionen langfristig geschützt bleiben.

Module unter Kontrolle

Jedes Modul von RiCell Flex ist mit drei Schnittstellen ausgestattet: je eine für Wasserstoff, Strom und Information. Das letztgenannte Bus-Interface verbindet das Einzelmodul mit einem zentralen Systemcontroller, der die elektrochemische Energieumwandlung steuert. Darüber hinaus verwaltet ein intelligenter Energiecontroller den Wasserstoffvorrat der Zelle und speist je nach Situation entweder Energie in das Stromnetz ein oder schaltet um auf Eigenversorgung der Infrastruktur.

RiCell Flex erfüllt damit eine der Grundanforderungen an das so genannte Smart Metering im Stromnetzwerk der Zukunft: Das System kann sowohl Regelenergie bereitstellen als auch als Erzeuger von Energie agieren. Früher haben Notstromvorrichtungen ausschließlich Geld gekostet − künftig werden sie auch Ertragsquelle sein.

Echte Chancen für erneuerbare Energien

Vor dem Hintergrund ehrgeiziger Klimaschutzziele soll der Anteil erneuerbarer Energien an der ­Gesamtenergiemenge in der Bundesrepublik bis 2020 auf 30 Prozent steigen − bis 2050 sogar auf 80 Prozent. Ein Großteil der Stromproduktion wird dann dezentral erzeugt und in unregelmäßigen Intervallen in das übergeordnete Verbundnetz eingespeist. Netzbetreiber müssen sich darauf vorbereiten und deutschlandweit verteilte Wind- und Solaranlagen in ihre Infrastruktur integrieren. Gefragt sind daher intelligente Konzepte, die das Potenzial bisher ungenutzter Energiespeicher einbeziehen. Und dieses Potenzial ist enorm. Immerhin wird ein nicht unbeträchtlicher Anteil der bundesdeutschen Kraftwerkleistung in dezentralen Notstrom- und Backup-Anlagen vorgehalten − und das mit steigender Tendenz.

Mit seinem modularen Ansatz empfiehlt sich RiCell Flex branchenübergreifend als zentraler oder dezentraler Energiewandler sowohl zur Bereitstellung von Notstrom als auch von Regelenergie, die benötigt wird, um unvorhergesehene Schwankungen des Stromverbrauchs und der Stromerzeugung auszugleichen. Schon heute ist Wasserstoff in ausreichender Menge vorhanden, nämlich als Abfallprodukt aus der chemischen Industrie, das sonst abgefackelt wird. Auf längere Sicht eignet sich das Element als idealer Speicher für regenerative Energien mit unstetigem Leistungsaufkommen. Wind- oder Solaranlagen würden dadurch produktiver. Denn anders als heute müsste bei geringer Nachfrage nicht mehr abgeschaltet werden. Nicht zuletzt aufgrund dieser Anwendungsoptionen wurde RiCell Flex von Rittal für den diesjährigen Hermes Award nominiert. Der renommierte Technologiepreis der Hannover-Messe gilt als Oscar der deutschen Industrie und wird einmal im Jahr für besonders innovative, marktreife Entwicklungen vergeben.

Ausdauernd, umweltfreundlich und effektiv

Unternehmen indessen interessieren sich bei technologischen Innovationen vorrangig für unmittelbare Effekte. Sie fragen zum Beispiel nach Kosteneinsparungen, vereinfachter Wartung sowie nach Verminderung von Lärm, Schmutz und Schadstoffen. Verglichen mit bisher verfügbaren Brennstoffzellen hat RiCell Flex einen deutlich gesteigerten Wirkungsgrad von maximal 53 Prozent und verbraucht bei gleicher Leistung 30 Prozent weniger Wasserstoff. In Zahlen sind dies 10 Standard-Liter pro Minute und Kilowatt − ein Wert, der das System von Rittal nicht nur als extrem energieeffizient ausweist, sondern außerdem für lange Autonomiezeiten sorgt.

Eine 50-Liter-Wasserstoffflasche mit 200 bar liefert beispielsweise länger als zwei Stunden Strom. Wollte man diesen Zeitraum mit batteriegetriebenen Systemen absichern, wäre dies mit erheblich höheren TCO-Kosten verbunden.

Riesiges Marktpotenzial

Das luftgekühlte Brennstoffzellensystem produziert als Abfallprodukte lediglich geringfügig Wärme und feuchte Abluft. Da die Energieumwandlung ohne Mechanik auskommt, arbeiten Brennstoffzellen zudem ohne störende Geräusche. Wer den Lärmpegel und die Abgase eines Notstrom-Dieselgenerators aus eigenem Erleben kennt, kann den Unterschied ermessen.

Das Marktpotenzial für die neue Rittal-Technologie ist schier unermesslich. Allein die Telekommunikationsbranche benötigt an schätzungsweise 40.000 Standorten USV-Einrichtungen. Pro Jahr gehen in Deutschland gut 2.000 neue Rechenzentren in Betrieb. Die Zahl der industriellen Notstromanlagen dürfte die 100.000er Marke deutlich überschreiten.W

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