Brennstoffzellensysteme: sicher, flexibel und robust – damit die Kommunikation nicht abreißt. Von Mark-Uwe Oßwald, Geschäftsführer FutureE Fuel Cell Solutions.

Immer und überall erreichbar zu sein und an jedem Ort telefonieren zu können, ist heute eine Selbstverständlichkeit. Damit die flächendeckende Netzversorgung auch bei einem Stromausfall gewährleistet ist, sorgen unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) und Netzersatzanlagen für die Absicherung der wichtigsten Kommunikationsstandorte. Bisher werden dafür meist Blei-Batterien und Dieselgeneratoren eingesetzt. Blei-Batterien haben aber nur eine eingeschränkte Funktionalität, die sehr stark von der Wartung und den Umgebungsparametern abhängt, insbesondere von der Temperatur. Dieselgeneratoren sind insbesondere bei seltenem Einsatz sehr wartungsintensiv und verursachen signifikante Geräusch- und Abgasemissionen sowie Vibration. Eine Alternative dazu sind Brennstoffzellensysteme, die gegenüber den herkömmlichen Lösungen entscheidende Vorteile aufweisen.

Brennstoffzellensysteme sind für die Telekommunikationsbranche eine Lösung zur Notstromversorgung mit vielen Vorteilen: Im Gegensatz zu herkömmlichen USV-Lösungen mit Batterien sind sie wartungsarm, umweltfreundlich und können auch bei hohen oder sehr tiefen Temperaturen eingesetzt werden. Batterien hingegen müssen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden und sind nur innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters funktionstüchtig. Für Umgebungen, in denen mit niedrigen oder auch extrem hohen Umgebungstemperaturen zu rechnen ist, eignen sich Batterielösungen deshalb nur bedingt – oder sie müssen zusätzlich klimatisiert werden, was weitere Kosten verursacht.

Ein weiterer Vorteil von Brennstoffzellensystemen ist ihr geringer Platzbedarf. Zudem lassen sie sich aufgrund ihres modularen Aufbaus genau auf die jeweiligen Leistungsanforderungen und Umgebungen anpassen. Ein Notstromversorgungssystem, das auf Brennstoffzellen basiert, kann somit platzsparender und effizienter ausgelegt werden als ein System mit Batterien.

Die Technologie der Jupiter-Brennstoffzellensysteme von FutureE basiert auf Polymer-Electrolyte-Membrane (PEM)-Brennstoffzellen. Unter Zuführung von Wasserstoff erzeugen diese klimaneutralen Gleichstrom. Der Wasserstoff ist meist ein Abfallprodukt aus der chemischen Industrie und wird in herkömmlichen Industrie-Gasflaschen oder Flaschenbündeln bereitgestellt. Alternativ kann er mit Hilfe erneuerbarer Energien wie Wind- oder Solarstrom aus Wasser über Elektrolyse klimaneutral erzeugt werden.

Durch eine elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle verbindet sich der zugeführte Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft. Außer Strom entstehen dabei nur reines Wasser und Wärme als Nebenprodukte. Die für die Netzersatzanlagen der jeweiligen Basisstation erzeugte Energie ist somit komplett emissionsfrei.

Regelenergieerzeugung und Spitzenlastausgleich
Telekommunikationsanbietern, die viele Standorte mit Notstromsystemen absichern, bietet sich außerdem eine weitere interessante Möglichkeit: Sie können die Brennstoffzellensysteme mehrerer Standorte zu einem virtuellen Regelkraftwerk zusammenschalten und so Regelenergie bereitstellen.

Regelenergie wird immer dann benötigt, wenn es im Stromnetz zu Abweichungen von der Prognose kommt. Diese Abweichungen ergeben sich insbesondere durch die zunehmende Einbindung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Die Bereitstellung von Regelenergie hat sich inzwischen als wichtiger Bestandteil der Energieversorgung etabliert und wird als Reservekapazität verauktioniert. Durch die Bereitstellung von Regelenergie aus ihren USV- und Netzersatzanlagen können Unternehmen somit eine zusätzliche Einnahme aus ihren Notstromsystemen erzielen. Brennstoffzellensysteme eignen sich für diesen Einsatzzweck besonders gut, da sie wie Batterien die benötigte Energie sehr schnell bereitstellen können, aber gleichzeitig keine nennenswerte Speicherkapazitätserweiterung notwendig ist, welche die primäre Notstromfunktionalität gefährden könnte.

Die Brennstoffzellentechnologie eignet sich zudem optimal für das Spitzenlastmanagement. In Deutschland berechnen sich die Netzentgelte, die Unternehmen mit dem Strompreis zahlen müssen, nach der Höhe der maximal in Anspruch genommenen Leistung. Steigt der Strombedarf eines Kommunikationsstandortes kurzfristig stark an – beispielsweise, wenn die Klimatisierung einsetzt –, springen Brennstoffzellensysteme ein und kappen diese Spitzenlasten für das Stromnetz. Damit sinkt die Grundgebühr, die der Telekommunikationsanbieter an den Stromanbieter zahlt.

Brennstoffzellensysteme als Off-Grid-Lösung
Der Mobilfunk-Anbieter E-Plus setzt die Brennstoffzellentechnologie von FutureE seit 2010 als Off-Grid-Containerlösung in Versmold bei Gütersloh und Büren bei Paderborn ein. Die autarken und komplett emissionsfreien Basisstationen werden hauptsächlich mit Solar- und Windenergie betrieben. Das Brennstoffzellensystem schaltet sich immer dann zu, wenn nicht genügend Wind- oder Solarenergie zur Verfügung steht und versorgt die Anlage mit dem fehlenden Strom.

Um den Wasserstoffverbrauch zu optimieren, wird von der Brennstoffzelle nur die Energie erzeugt, die nötig ist, um die Last zu versorgen. Sobald der Anteil an regenerativen Energien wieder ausreicht, um die Grundlast zu übernehmen und die Spannung an den Batterien steigt, fährt der Controller die Brennstoffzelle herunter. Daraus resultiert ein optimierter Wasserstoffverbrauch, der das Wechseln der Wasserstoff-bündel auf ein Minimum reduziert und damit die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht. Das Brennstoffzellensystem benötigt für den Energiebeitrag eine Wasserstoffmenge von 450 Nm³/a bei einer Betriebszeit von knapp 350 Stunden. In den Off-Grid-Anlagen in Versmold und Büren wurden jeweils zwei Flaschenbündel mit 12 Wasserstoffflaschen installiert. Jede dieser Flaschen fasst 50 Liter unter 300 Bar Druck. So sind nur wenige Wechsel der Bündel pro Jahr nötig.

Insbesondere für Länder, in denen die Stromversorgung weniger stabil ist als in Deutschland, sind Brennstoffzellensysteme eine interessante Option, um kritische Standorte abzusichern. In der Türkei, Russland und China werden die Brennstoffzellensysteme von FutureE bereits erfolgreich von Telekommunikationsunternehmen und Energieversorgern als Notstrom-Lösungen eingesetzt. Die Erfahrungen mit diesen Installationen bestätigen, dass sich die Brennstoffzellensysteme von FutureE auch in Bezug auf die Infrastruktur in weniger gut ausgebauten Regionen sehr gut einsetzen lassen und damit einen wesentlichen Beitrag zur sozioökonomischen Entwicklung dieser Gebiete leisten.