Visualisering: DTU Energi/Haldor Topsøe

Elektrolyseceller anvender elektricitet til at splitte for eksempel vandmolekyler (H2O) til hydrogen (H2) og oxygen (O2). Dermed kan overskydende elektricitet fra vedvarende energikilder som vindmøller omdannes til kemisk bundet energi i hydrogenmolekylerne og opbevares som gas til senere brug. 

I forskningsprojektet Towards Solid Oxide Electrolysis Plants in 2020 afprøvede DTU Energi sammen med firmaet Haldor Topsøe, DTU Elektro og Aalborg Universitet moderne elektrolysecelle- og stakdesign i en virkelighedsnær simulering baseret på meget detaljerede vinddata fra en bornholmsk vindmøllepark. 

Projektet blev udført med støtte fra Energinet i det såkaldte ForskEL-program.

- Vi taler altid om fordelene ved at benytte elektrolyseceller til at konvertere overskydende energi fra vedvarende energikilder som vindmøller til gas, og nu gjorde vi det i en rigtig topmoderne stak, siger seniorforsker Ming Chen, DTU Energi.

Bornholm-distributionssystemet er del af det nordiske energinet, fuldt integreret i energimarkedet DK2, og forbundet til Sveriges hovednet via et havkabel. Bornholm-systemet omfatter ca. 28.000 elkunder (55 MW topbelastning) og rummer en lang række bæredygtige energikilder med lav CO2-udledning, herunder vindkraft fra fire vindmølleparker på i alt 38 vindmøller, som kan yde ca. 30 MW. 

Ligesom den virkelige verden
ForskEL-projektet brugte data baseret på vindprofilen fra en af de fire vindmølleparker.

- Vi havde adgang til alle vinddata anno 2013 fra den bornholmske vindmøllepark, opdelt i fem minutters intervaller. Det gav os mulighed for at skabe nogle meget præcise simuleringer på vores celler og stakke baseret på virkelighedstro data, forklarer seniorforsker Ming Chen.

- Det var ligesom den virkelige verden, bortset fra at vi skalerede vinddataene ned med en faktor 1000 for at give mulighed for at teste en enkelt stak i stedet for at skulle etablere en elektrolysefacilitet i fuld størrelse.

To testscenarier
ForskEL-teamet skabte to forskellige testscenarier baseret på vinddata fra december 2013, da december har mange vindudsving, som er meget hårde for cellerne og stakkene. Det gav forskerne mulighed for at teste en stak på 7,5 kW under de hårdest mulige arbejdsvilkår.

Det første scenario simulerede en balanceret tilførsel af gas, mens det andet simulerede variable forhold, hvor gastilførslen varierede efter behov. I alt blev stakken, der bestod af 75 forbundne elektrolyse celler, testet i 2000 timer. I begge scenarioer opførte stakkene sig ens, og begge var i stand til at håndtere strømmen.

- Vi har nu med succes demonstreret, at de nyeste celle- og stakdesigns er robuste, og hvordan de kan klare dynamisk drift under fluktuerende tilførsel af damp og/eller forskellige strømbelastninger , siger forskningsingeniør hos Haldor Topsøe, Peter Blennow og tilføjer:

- Vi mangler stadig at teste dem under virkelige forhold i fuld skala, hvor andre variable vil have indflydelse, men vi har bevist, at teknologien virker og er robust. 

Ming Chen er enig.  

- Cellerne og stakken fungerede upåklageligt under hårde driftsforhold i begge scenarier. Det betyder, at cellerne og stakkene kan installeres og bruges til energilagring i stor skala uden problemer, fortæller Ming Chen.

Forskerne fra DTU Energi arbejder nu på at forbedre elektrolysecellerne yderligere.

Kilde: DTU Energi