Wie lässt sich die Stromversorgung kritischer Infrastruktur auch bei Naturkatastrophen, langanhaltenden Stromausfällen oder einem Ausfall des öffentlichen Stromnetzes zuverlässig sicherstellen? Dieser Frage widmet sich ein gemeinsames Forschungsprojekt der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar), der Vantage Towers AG sowie mehrerer Industriepartner. Ziel ist die Entwicklung eines autarken Energiesystems, das Mobilfunkstandorte auch unter extremen Bedingungen zuverlässig versorgt und am Ende des Entwicklungsprozesses vollständig ohne fossile Energieträger auskommt.
Gerade Mobilfunknetze gehören zur kritischen Infrastruktur. Sie ermöglichen der Bevölkerung, auch in Krisen- und Katastrophensituationen Notrufe abzusetzen, Warnmeldungen zu empfangen und mit Angehörigen sowie Einsatzkräften in Verbindung zu bleiben. Gleichzeitig dienen sie zunehmend der Datenkommunikation von Behörden und Hilfsorganisationen. Fallen Mobilfunkstandorte infolge eines langanhaltenden Stromausfalls aus, kann dies die Bewältigung einer Krisensituation erheblich erschweren.
„Die Infrastruktur von Vantage Towers macht Mobilfunk überall möglich. Diese Aufgabe ist besonders herausfordernd, wenn vor Ort kein Stromanschluss zur Verfügung steht – etwa bei temporären Mobilfunkstandorten, in Krisensituationen, oder als Übergangslösung, wenn die Stromanbindung erst aufwendig gelegt werden muss. Wir arbeiten deshalb intensiv an Technologien, mit denen wir lokal Energie erzeugen können und die uns gleichzeitig unterstützen, nachhaltig zu arbeiten. Solche Innovationen gemeinsam mit Partnern wie der htw saar rasch aus dem Forschungsstadium in die Praxis zu überführen, ist ein wichtiger Bestandteil unserer Net-Zero-Strategie“, so Dr. Constanze Hirschhäuser, Director ESG bei Vantage Towers.
Herzstück des Forschungsprojekts ist ein modularer Energiecontainer, der Photovoltaik, Batteriespeicher, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sowie wasserstoff- und flüssiggasbetriebene Notstromaggregate vereint. Die einzelnen Komponenten ergänzen sich so, dass jederzeit eine zuverlässige Stromversorgung gewährleistet bleibt. Während Batteriespeicher kurze Ausfälle überbrücken, sichern Generatoren den Betrieb auch über mehrere Tage.
Eine Schlüsselrolle übernimmt dabei ein Wasserstoff-Stromgenerator, den das Institut Automotive Powertrain (IAP) der htw saar unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Thomas Heinze entwickelt. Das System basiert auf einem für Wasserstoff umgerüsteten Verbrennungsmotor und nutzt bewusst bewährte Großserientechnik. Eine Abgasnachbehandlung reduziert Stickoxidemissionen auf ein Minimum. Gleichzeitig entstehen beim Betrieb mit Wasserstoff keine Kohlendioxidemissionen. Nach Angaben des Entwicklerteams erreicht das System einen elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 45 Prozent. Durch den Wasserstoffbetrieb mit Luftüberschuss sowie in höheren Lastbereichen durch den Einsatz einer sogenannten SCR-Abgasnachbehandlung arbeitet das System zudem emissionsfrei hinsichtlich der klassischen Luftschadstoffe.
„Für kritische Infrastruktur brauchen wir Lösungen, die nicht nur klimafreundlich, sondern vor allem robust, zuverlässig und technisch beherrschbar sind. Genau hier setzt unser Wasserstoff-Stromgenerator an: Wir nutzen bewährte Großserientechnik und entwickeln sie gezielt für den Betrieb mit Wasserstoff weiter. Damit wollen wir zeigen, dass sich eine verlässliche Notstromversorgung auch ohne fossile Energieträger realisieren lässt“, sagt Prof. Dr.-Ing. Thomas Heinze.
Ergänzt wird das Konzept durch eine nachgeführte Photovoltaikanlage mit acht Solarmodulen und einer Gesamtleistung von vier Kilowattpeak, die kürzlich auf dem Campus Alt-Saarbrücken der htw saar installiert wurde. Anders als konventionelle Solaranlagen folgt das System automatisch dem hellsten Punkt am Himmel und erzielt dadurch höhere Energieerträge.
„Gerade bei Mobilfunkstandorten ist die verfügbare Fläche für erneuerbare Energieerzeugung begrenzt. Deshalb kommt es darauf an, die vorhandene Fläche möglichst effizient zu nutzen. Mit unserer nachgeführten Photovoltaikanlage untersuchen wir, wie sich die solaren Erträge steigern und optimal mit Batteriespeichern und weiteren Komponenten des Energiesystems verbinden lassen. Unser Ziel ist, den Eigenversorgungsgrad solcher Standorte deutlich zu erhöhen und damit den Einsatz konventionell erzeugter elektrischer Energie immer weiter zu reduzieren“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Stefan Winternheimer vom Institut für Elektrische Energiesysteme (PowerEngs) der htw saar. Perspektivisch wollen die Projektpartner das Konzept an geeigneten Standorten zusätzlich durch Windenergie ergänzen und so einen möglichst ausgewogenen Energiemix schaffen.
Mit der Kombination aus intelligenter Solartechnik, Batteriespeichern und wasserstoffbetriebener Stromerzeugung entwickelt die htw saar gemeinsam mit ihren Partnern ein Energiesystem, das den Betrieb kritischer Infrastruktur auch in Krisen- und Katastrophensituationen absichern kann. Der Forschungsdemonstrator auf dem Campus zeigt, wie sich Versorgungssicherheit, Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit künftig miteinander verbinden lassen.
An dem Projekt beteiligen sich neben der htw saar und der Vantage Towers AG auch Eaton Finnland sowie weitere Industriepartner. Auf Seiten der Hochschule arbeiten das Institut für Elektrische Energiesysteme (PowerEngs) und die Fahrzeugtechnik eng zusammen. Unterstützt wird das Forschungs- und Transferprojekt zudem durch das FITT – Institut für Technologietransfer an der htw saar, das die Zusammenarbeit zwischen Hochschule und Praxis begleitet.