In Baden-Württemberg wurden für die Einführung des Digitalfunks in Deutschland für die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) rund 700 Funkstandorte errichtet. Hinsichtlich der Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit bestehen an diese sogenannte kritische Infrastruktur besonders hohe Anforderungen. Daher hat sich das Land Baden-Württemberg dazu entschlossen, an 35 bedeutsamen und im Winter mitunter schwer erreichbaren Standorten eine stationäre Notstromversorgung durch die Installation von Brennstoffzellensystemen einzurichten.
Als Brennstoffzellentyp werden Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEM) eingesetzt. Der Leistungsbedarf an den Standorten liegt im Bereich zwischen 2,0 bzw. 2,5 kW. Die Brennstoffversorgung erfolgt durch den Einsatz von komprimiertem Wasserstoff in Druckgasflaschen. Die Funkstandorte können bei einem Stromausfall damit bis zu 100 Stunden versorgt werden. Durch den Einsatz von Druckgasflaschen ist eine schnelle Nachlieferung von Wasserstoff vergleichsweise unkompliziert möglich. Es kommen je Standort zwei Flaschenstränge (bestehend aus zwölf und zwei Gasflaschen) zum Einsatz. Dabei sind zwei Flaschen für die regelmäßige Konditionierung des Systems und zwölf Flaschen für den Notstromeinsatz vorgesehen. Befüllt sind die Flaschen jeweils mit 50 l Wasserstoff bei einem Druck von 300 bar.
Mit dem Vorhaben sollen der Einsatz und Betrieb von Brennstoffzellensystemen im Bereich der sogenannten kritischen Infrastrukturen vorangebracht werden. Zugleich sollen anhand von Feldtests valide und belastbare Daten über die eingesetzten Systeme gewonnen werden, um die Systemhersteller bei der Systemweiterentwicklung zu unterstützen.
Begonnen wurde das Projekt im Juli 2013 mit der Vorbereitung und Durchführung eines Vergabeverfahrens für die Lieferung der Brennstoffzellensysteme und der Wasserstoffflaschen. Der wirtschaftlichste Anbieter erhielt jeweils den Zuschlag. Der Aufbau der Systeme erfolgte zwischen November 2014 und Juli 2015. Die Inbetriebnahme erfolgte direkt im Anschluss an den Aufbau. Das Monitoring der Systeme wird über einen zentralen Server ausgeführt, der im letzten Quartal 2015 implementiert wurde. Damit lassen sich Stör- und Statusmeldungen sowie Betriebsdaten auslesen und dokumentieren.
Nach über einem Jahr Betrieb lässt sich resümieren, dass die Brennstoffzellensysteme stabil ihren Dienst verrichten. Die alle 30 Tage automatisch durchgeführte Konditionierung der Brennstoffzelle nimmt im Durchschnitt kaum 30 Minuten in Anspruch. Die für diesen Zweck vorgesehenen zwei Gasflaschen dürften somit ca. acht Jahre halten.
Auftretende Störungen hatten im Wesentlichen nichts mit dem grundlegenden Prinzip der Energieerzeugung zu tun, sondern betrafen eher periphere Komponenten für Steuerung und Überwachung sowie die Gasversorgung. Hier seien vor allem der Brennstoffzellen-Controller und der Energiemanager genannt, bei denen anfangs öfter ein Restart oder ein Softwareupdate durchgeführt werden musste. Bei der Gasversorgung zeigten sich Fehler durch eine Leckage, eine Strangvertauschung sowie eine fehlerhafte Gas-Umschaltstation jeweils an einem Standort. Als betriebsverhindernd haben sich all diese erkannten Fehler und Störungen bislang jedoch nicht herausgestellt.
Anhand eines „echten“ Stromausfalls über 36 Stunden konnte an einem Standort das Verhalten des Systems analysiert sowie der Austausch von Gasflaschen geprobt werden. Im Verlauf zeigte sich eine problemlose Übernahme der Last durch das Brennstoffzellensystem, ein sauberes Umschalten zwischen den beiden Flaschensträngen beim Erreichen der vorgesehenen Umschaltschwellen sowie eine klare Alarmierung beim Erreichen der eingestellten Warnschwelle für den Flaschendruck. Der erforderliche Flaschentausch wurde in der geforderten Zeit abgewickelt. Mehrere kurze Stromausfälle (zwischen ca. einer und zehn Stunden) wurden ebenso problemlos durch das System abgedeckt.
Im täglichen Betrieb der Brennstoffzellensysteme ist das Handling mit der Einheit „Druck“ bei der Beurteilung der Füllstände der Gasflaschen zurzeit noch ungewohnt. Durch den physikalischen Zusammenhang mit der Temperatur und dem zu beachtenden füllstandabhängigen Kompressibilitätsfaktor des Gases kann es leicht zu Fehlinterpretationen der aktuellen Füllstände kommen. Dadurch wurde beispielsweise in einem Fall eine Leckage vermutet, die sich bei genauerer Betrachtung jedoch nicht bestätigte. In diesem für den Betrieb wesentlichen Punkt werden andere Wege der Analyse erforderlich sein.
Funding Code
03BS226