Mit 100% Wasserstoff direkt zum Kunden

Es gibt in Deutschland bereits Teilnetzgebiete, in denen im Rahmen von Forschungsvorhaben bis zu 30% Wasserstoff in das bestehende Gasnetz beigemischt wird. Mit H2Direkt gehen Energie Südbayern und Energienetze Bayern zusammen mit Thüga den nächsten Schritt und zeigen, dass auch eine Umstellung von Verteilnetzen auf 100% Wasserstoff mit entsprechender Versorgung von Privat- und Gewerbekunden möglich ist.

Die Hauptziele des Projekts:

• Zeigen, dass die bestehende Gasinfrastruktur in Zukunft mit geringen technischen Umrüstungen mit Wasserstoff weiterverwendet werden kann.
• Die Machbarkeit und Betriebssicherheit eines von Erdgas auf Wasserstoff umgestellten Verteilnetzes demonstrieren.
• Eine Option zur Energie- und Wärmeversorgung auf Basis von Wasserstoff
• Die Erstellung eines Leitfadens für die Umstellung von Verteilnetzen von Erdgas auf Wasserstoff am Beispiel von H2Direkt.

Der Green Deal der Europäischen Union legt fest, dass bis 2030 die Treibhausgasemissionen der EU-Mitgliedstaaten auf 55% im Vergleich zu 1990 reduziert werden sollen. Alle Sektoren – auch  der Wärmesektor – müssen ihren Beitrag zur Emissionsminderung leisten. Eine Möglichkeit ist Wasserstoff: Er kann in Zukunft fossiles Erdgas als Energieträger ersetzen und ist daher eine vielversprechende Alternative in der Energieversorgung.

Das Projekt H2Direkt zeigt, dass für die Versorgung mit Wasserstoff die bereits bestehende Gasnetzinfrastruktur verwendet werden kann. Und das mit überschaubaren zusätzlichen Investitionen.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens teilen Energie Südbayern und die Thüga AG mit den rund 100 Partnerunternehmen der Thüga-Gruppe. Sie schaffen so eine wichtige Blaupause für deren Weg hin zu einer zukunftsfähigen Energie- und Wärmeversorgung. H2Direkt wird als Teil des Leitprojekts TransHyDE mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. TransHyDE bewertet und testet Wasserstoff-Transportlösungen.

Voraussetzung für die Nutzung erneuerbarer Energien ist ein leistungsfähiges Stromnetz, das Leistungsschwankungen auffangen kann. In Wasserstoff können große Energiemengen gespeichert und wieder rückverstromt werden, wenn sie benötigt werden. Ein besonderer Vorteil liegt zudem in der bereits vorhandenen Infrastruktur: Das bestehende, weit verzweigte Gasnetz kann für den Transport von Wasserstoff genutzt werden. So bleibt die Infrastruktur erhalten und wird gleichzeitig zu einer wertvollen Ressource auf dem Weg zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung. Für Hohenwart bietet Wasserstoff auch deshalb großes Potenzial, da die Marktgemeinde perspektivisch an das Wasserstoff-Kernnetz angeschlossen wird.

Für den Feldtest wurden elf Kunden ausgewählt: zehn Haushalts- und ein Gewerbekunde.

H2Direkt ist ein Verbundprojekt zwischen den Projektpartnern Energie Südbayern GmbH, Energienetze Bayern GmbH & Co. KG und der Thüga AG. Zusätzlich sind Kooperationspartner involviert.

Die drei wesentlichen Projektpartner sind für folgende Bereiche zuständig:

• Energie Südbayern GmbH:
  Die Energie Südbayern GmbH (ESB) ist verantwortlich für die Umsetzung und technische Betreuung des Feldtests vor Ort. Vertragliches und Abrechnung liegen bei ESB, die der direkte Ansprechpartner für die Pilothaushalte ist.
• Energienetze Bayern GmbH & Co. KG:
  Die Energienetze Bayern GmbH & Co. KG (ENB) ist die Netzgesellschaft im Unternehmensverbund der ESB und der größte regionale Gasverteilnetzbetreiber in Südbayern.
• Thüga AG:
  Thüga unterstützt die ESB mit konzeptioneller und operativer Fachexpertise und mit Erfahrungen aus vorherigen Forschungsprojekten. Zudem ist Thüga für wissenschaftliche und strategische Fragestellungen zuständig.

Kooperationspartner sind:

• Engler-Bunte-Institut (EBI): Wissenschaftliche Unterstützung bei der Analyse der einzuhaltenden Normen und dem technischen Regelwerk, der Rohrnetzberechnung, der Bewertung der Wasserstofftauglichkeit, der eichkonformen Abrechnung und dem Sicherheitskonzept
• keep it green GmbH: Planung der H₂-Bereitstellungs- und H2-Einspeiseanlage, sowie Unterstützung beim Sicherheitskonzept
• Vaillant: Stellung der 100% H₂-fähigen Brennwertthermen und Unterstützung bei der Umstellung in den Haushalten  
• Westfalen AG: H₂-Bereitstellung in Trailern mit Planung und Bau erste Druckreduzierung
• Pfaffinger Unternehmensgruppe: Bau der Standortanlage, der H₂-Einspeiseanlage und den Rohrarbeiten bei der Umstellung
• DVGW-Sachverständige: sicherheitstechnische Bewertung der Anlage, des Rohrnetzes und des TRGI-Bereichs

Den Kundinnen und Kunden wird eine zuverlässige Energieversorgung zur Verfügung gestellt. Mit Wasserstoff können Raumwärme und Warmwasser erzeugt werden. Die Teilnahme am Feldtest H2Direkt ermöglicht es, Erfahrungen für die Nutzung von Wasserstoff in der Wärmeversorgung zu gewinnen.

Für den Feldtest wurde von den Energienetzen Bayern ein geeignetes Siedlungsgebiet im Markt Hohenwart im Landkreis Pfaffenhofen ausgewählt. 

Für unser Pilotprojekt mit 100% Wasserstoff wurden eine Trailerstation und eine H₂-Einspeiseanlage aufgebaut und diese mit dem bestehenden Gasnetz verbunden. In H2Direkt mussten für die Umstellung der Gasversorgung auf Wasserstoff keine Rohre ausgetauscht werden.

Für den Transport des Wasserstoffs über das bestehende Verteilnetz und die Nutzung des Wasserstoffs in den Haushalten wurden in H2Direkt alle Bauteile auf ihre H₂-Tauglichkeit überprüft und für tauglich befunden.

Einzige Ausnahmen: Die Heizungen wurden durch 100% H₂-Brennwertthermen ersetzt und die Gaszähler ausgetauscht. Letztere sind bzgl. Material und Messgenauigkeit zwar grundsätzlich für Wasserstoff geeignet, wegen des größeren Volumenstroms von Wasserstoff wurden sie trotzdem durch handelsübliche, aber größer ausgelegte Zähler ersetzt. 

Die Versorgung ist vorerst auf 18 Monate festgelegt (Dauer des Förderprojektes), und startete zur Heizperiode 2023/2024.

Ziel ist der Weiterbetrieb unter Beachtung der technischen und wirtschaftlichen Erkenntnisse aus dem Projekt. Die politischen Rahmenbedingungen werden Einfluss darauf nehmen. Die Marktbedingungen im Bereich von grünem Wasserstoff befinden sich aktuell im Wandel, deshalb muss die Situation gegen Ende des Feldtests 2025 evaluiert werden. Neben dem weiteren Betrieb des Netzes mit Wasserstoff ist auch ein geordneter Rückbau der Feldtest-Infrastruktur denkbar.

Das mit 100% Wasserstoff betriebene Verteilnetz ist im Inselbetrieb angelegt. Das bedeutet, es wurde ein Teil des bestehenden Netzes vom Rest abgetrennt. Seit Ende September 2023 fließt Wasserstoff durch die Leitungen. Für eine zuverlässige Gasversorgung im laufenden Betrieb wird der Füllstand in den Wasserstofftrailern am Einspeisestandort kontinuierlich überwacht. Der Wasserstoff wird per LKW geliefert.

Die Einspeiseanlage beinhaltet Druckregelungen sowie eine Odorierungsanlage. Wie bei der konventionellen Gasversorgung wird dem ansonsten geruchlosen Wasserstoff ein Odoriermittel beigesetzt, das ihn bei einem eventuellen Gasaustritt über den Geruch wahrnehmbar macht. Über die bestehenden Leitungen des Netzabschnitts wird der Wasserstoff zu den teilnehmenden Kunden transportiert und gelangt zu den H₂-tauglichen Endgeräten. Dort wird er wie Erdgas verbrannt und die entstehende Wärme zum Heizen bzw. für Warmwasser genutzt. Im Vergleich zu einer Versorgung mit Erdgas ändert sich für den Kunden nichts.

Nein. Da Wasserstoff wie Erdgas gespeichert werden kann, kann er auf Vorrat produziert werden. So ist der Nachschub im Feldtest jederzeit gewährleistet. Für die Anlieferung des Wasserstoffs ist die Westfalen AG zuständig, die seit Jahrzehnten die Belieferung von Wasserstoff in Flaschen und Trailern anbietet. Fuhrpark und Logistikabteilung sind so ausgerichtet, dass die Lieferkette stets aufrechterhalten werden kann. 

Für das Projekt wird grüner Wasserstoff eingesetzt.

Das wasserstofffähige Brennwertgerät bleibt während der gesamten Projektphase Eigentum des Endgeräteherstellers Vaillant, der auch die Wartung und die Instandhaltung übernimmt.

Die Analyse und Überprüfung der bestehenden Gasinfrastruktur der Kunden erfolgte bei Hausbesuchen durch ausgewiesenes Fachpersonal. Dabei wurden neben den Gasendgeräten auch die weiteren Komponenten wie Zähler, Gasdruckregelgeräte und Gasströmungswächter überprüft. Neben den bestehenden Thermen, die durch neue, 100% H₂-taugliche Brennwertthermen ersetzt wurden, mussten lediglich die Zähler ausgetauscht werden, weil der zu messende Volumenstrom bei Wasserstoff anders ist als bei Erdgas.

Den Einbau der neuen Wärmeanlagen übernahmen unsere bewährten und für Wasserstoff geschulten Installationsunternehmen in Zusammenarbeit mit den Technikern des Heizungshersteller Vaillant.

Die Wärmeerzeugung mit Wasserstoff funktioniert auf dieselbe Weise wie bei der Nutzung von Erdgas. Im täglichen Betrieb sind die Änderungen daher nicht zu bemerken. Die beteiligten Kunden werden regelmäßig nach ihrem Feedback gefragt und zeigen sich sehr zufrieden.

Die Pilothaushalte erhalten für die Projektdauer ein neues, 100% H₂-fähiges Brennwertgerät und nutzen für die Projektdauer eine Wärmeversorgung auf Basis von Wasserstoff. 

Für die Sichtung der vorhandenen Gasendinfrastruktur sowie den Umbau der Wärmeanlage ist es nötig, dem Fachpersonal Zugang zur Anlage zu gewähren. In enger Abstimmung sind Hausbesuche zur Instandhaltung und Auswertung vorgesehen. Für die modernen Wasserstoff-Brennwertgeräte muss zudem ein Anschluss zur Datenübermittlung aufgebaut werden, um die Betriebsdaten von fern auslesen zu können. Die Projektbeauftragten freuen sich auch über die Teilnahme bei einer Zufriedenheitsumfrage sowie anderen werbewirksamen Aktivitäten.

Aufgrund der sorgfältigen Planung der technischen Anlagen verlief die Umstellung auf Wasserstoff reibungslos. Selbst bei Temperaturen bis minus 15 Grad war auf die gesamte Wasserstoffinfrastruktur und die neuen Heizungen Verlass. Ausfälle der Wärmeanlage sind jedoch grundsätzlich nicht vollständig auszuschließen. Sollten an bestimmten Geräten Störungen auftreten, kann sich der Kunde an Energienetze Bayern wenden, welche einen rund um die Uhr erreichbaren Bereitschafts- und Entstörungsdienst zur Verfügung stellt.

Mit dem EBI und keep it green wurden für aller Bereiche (H₂-Bereitstellung, H₂-Einspeisung, Netz, TRGI) Risikoanalysen durchgeführt und auf dieser basierend ein Sicherheitskonzept ausgearbeitet. Die dort identifizierten Maßnahmen wurden umgesetzt. Dies umfasst u.a.: Alle verbauten Komponenten wurden auf ihre H₂-Tauglichkeit bewertet, teils im Labor überprüft und für tauglich befunden. Die bestehenden Gasthermen wurden gegen neue, 100% H₂-taugliche Brennwertgeräte von Vaillant ausgetauscht. Zudem wurden die bestehenden Zähler durch größere ersetzt, da der zu messende Volumenstrom bei Wasserstoff, bezogen auf die gleiche Energiemenge, größer ist.

Für H2Direkt wurden zusätzlich Wasserstoffsensoren in den Heizungsräumen der Kunden installiert. Diese Sensoren können eventuelle Leckagen detektieren und die Gaszufuhr sofort unterbrechen. Der Einbau der Sensoren ergibt sich nicht aus geltendem Regelwerk oder Richtlinien, sondern wurde aufgrund des Pilotcharakters des Projekts als weitere Sicherheitsstufe zusätzlich zu den bereits beschriebenen Maßnahmen umgesetzt.

Wie bei Erdgas wird dem Wasserstoff im Projekt ein Odoriermittel für einen deutlich wahrnehmbaren Geruch beigemischt. Eventuelle Gaslecks können so schnell erkannt werden. Es wird der identische Stoff verwendet, der auch in der konventionellen Gasversorgung zum Einsatz kommt. Daher kommt es bei der Geruchswahrnehmung zu keinem Unterschied gegenüber Erdgas.

Die Wasserstoff-Einspeiseanlage wurde nach aktuellen Regeln der Technik geplant, gebaut und von einem Sachverständigen abgenommen.

Für den gesamten Bereich der H₂-Bereitstellung und -Einspeisung wurde ein Brandschutzkonzept erarbeitet, in das auch die Feuerwehr von Hohenwart eingebunden ist. Die aktiven Mitglieder der Freiwilligen Feuerwehr Hohenwart werden vom Netztreiber hinsichtlich des Umgangs mit Wasserstoff geschult und mit der für den Landkreis zuständigen Kreisbrandinspektion wurde der Einsatzplan abgestimmt.

Innerhalb der Thüga-Gruppe gab es bereits 2014 ein Projekt mit H₂-Beimischung in ein kommunales Gasverteilnetz. Die Netze BW betreiben derzeit ein Projekt in Öhrigen, bei dem 30% Wasserstoff beigemischt werden. Im nordrhein-westfälischen Holzwickede existiert ein Projekt der E.ON-Tochtergesellschaft Westnetz GmbH, bei dem Gewerbekunden mit 100% Wasserstoff versorgt werden.

Das Ziel von H2Direkt, ein Gasverteilnetz mit auch angeschlossenen Privathaushalten auf 100% Wasserstoff umzustellen, ist in Deutschland ein Novum. Insofern haben die Ergebnisse des Feldtests eine sehr große Bedeutung.

Im Falle eines Lecks würden prinzipiell die gleichen Prozesse beim zuständigen Netzbetreiber ablaufen wie bei Erdgas. Der Alarm- und Einsatzplan wurde entsprechend angepasst, der Bereitschaftsdienst und Fachkollegen entsprechend unterwiesen und geschult, sodass die Behebung des Lecks wie gewohnt reibungsfrei durch den Bereitschaftsdienst (24/7 verfügbar) behoben würde. Zudem ist die Feuerwehr in den Einsatzplan mit eingebunden.

Wie Erdgas auch ist Wasserstoff geruchlos und wird daher in einer Odorierungsanlage mit einem deutlich wahrnehmbaren Geruchstoff versetzt. Das ist derselbe Geruchstoff wie bei Erdgas – riecht also genauso. Eventuelle Gaslecks können so schnell erkannt werden.

Wasserstoff und Erdgas haben unterschiedliche Eigenschaften, unter anderem sind die Verbrennungsgeschwindigkeit und -temperatur von Wasserstoff höher als bei Erdgas. Das Regelungssystem, das die Verbrennung des Gases in einer Therme steuert, muss daher für diese Bedingungen entwickelt und abgestimmt sein. Die grundlegende Funktionsweise der Heizung ist jedoch gleich.

Wasserstoffheizungen sind bereits in verschiedenen Forschungsprojekten in Deutschland im Einsatz, jedoch noch nicht kommerziell verfügbar. Es ist daher noch nicht klar, wie teuer diese Geräte für den Einsatz in Privathaushalten sein werden. Voraussichtlich werden die Anschaffungskosten bei Marktreife jedoch denen einer konventionellen Gasheizung ähnlich sein.

Durch den schrittweise steigenden CO₂-Preis wird das Heizen mit fossilen Energieträgern zukünftig deutlich teurer. Alternativen sind (neben Pellets) die Umstellung auf grünen Wasserstoff oder eine elektrische Wärmepumpe. Bei beiden Alternativen sind ebenfalls Kostensteigerungen im Vergleich zum aktuellen Niveau zu erwarten. Der Wasserstoffpreis wird zukünftig abhängig von Verfügbarkeit und Herstellungsprozessen sein und muss sich am Marktpreis der anderen Energieträger messen. Es ist zu beachten, dass die politische Regulierung die Entwicklung der Heizkosten wesentlich beeinflussen wird. Die Preisdynamik ist daher noch nicht sicher absehbar.