Über 4000 Stromausfälle haben die Forschenden Ulrike Trachte und Peter Sollberger in den letzten zwei Jahren simuliert: Da waren die kurzen von maximal 15-minütiger Dauer, die Stressintervalle mit zahlreichen Ausfällen kurz hintereinander und die langen, die mehrere Stunden dauerten. Das längste Szenario, das die beiden Wissenschaftler durchspielten, war ein Unterbruch von 72 Stun- den – der Worst Case im nationalen Notfallplan «Schweiz Dunkel» des Bundes.
Für volle drei Tage muss die Notstromversorgung für die Kommunikationswege von Sicherheitskräften wie Rettungswesen, Polizei und Feuerwehr sichergestellt sein, so lautet die Vorgabe. Bei einer Katastrophe würden sie sich über das nationale Sicherheitsfunknetz Polycom austauschen, das sich aus regionalen Stationen zusammensetzt.
Lange Betriebsdauer und geringer Wartungsaufwand
In einem europäischen Forschungsprojekt, an dem die Hochschule Luzern beteiligt ist, untersuchen Wissenschaftler das Potenzial von Brennstoffzellen für die Notstromversorgung. Im Frühling konnten sie in fünf Ländern die Tests abschliessen. Die Maschineningenieurin Ulrike Trachte und der Elektroingenieur Peter Sollberger vom Departement Technik & Architektur der Hochschule Luzern gehörten zum Expertenteam, das unter verschiedenen klimatischen Bedingungen testete, ob Brennstoffzellensysteme ein valabler Ersatz für die Kombination von Batterie und Dieselgenerator sind, die heute üblicherweise einen Stromausfall überbrücken.
Die Experten haben die Schweizer Tests an acht Standorten in Graubünden, in Nidwalden und Luzern durchgeführt. Drei Anlagen gehören zum Polycom-Netz, fünf stellte die Swisscom zur Verfügung. Mittels einer Lebenszyklusanalyse, die Betriebs- dauer, Wartungsaufwand sowie ökologische und ökonomische Aspekte miteinbezieht, prüfte das Projektteam die Vor- und Nachteile der Notstromversorgungssysteme. Das Fazit: Batterien sind für den Sicherheitsfunk in der Regel für eine Betriebsdauer von acht Stunden ausgelegt. Bei den Brennstoffzellen ergaben die Feldtests, dass sie 72 Stunden unterbrechungsfrei und ohne Betriebspersonal vor Ort funktionsfähig sind. Weiter lässt sich das Brennstoffzellensystem fernüberwachen und -steuern, was bei schwer zugänglichen Anlagen ein grosser Vorteil ist.
Weder Lärm noch Gestank
Wermutstropfen sind für Ulrike Trachte und Peter Sollberger die hohen Kosten einer Brennstoffzelle. Die Preise pro Kilowatt Systemleistung liegen bei 3000 bis 6000 Franken, unter anderem, weil es einen platinhaltigen Katalysator braucht. Kommt hinzu, dass der Wasserstoff, den die Brennstoffzelle in elektrische Energie umwandelt, in der Regel aus Erdgas gewonnen wird.
Die beiden Ingenieure von der HSLU haben die Vision, dass sich Wasserstoff bei den Anlagen vor Ort aus lokalen, erneuerbaren Energiequellen erzeugen lässt. Technisch sei es machbar, ist Peter Sollberger überzeugt, es fehle aber noch an Feldversuchen. Trotz dieser Einschränkungen fällt die Lebenszyklusanalyse eindeutig zugunsten der Brennstoffzellen aus. Neben der längeren Betriebsdauer und dem geringen Wartungsaufwand spricht auch für die Brennstoffzellen, dass sie im Gegensatz zu einem Generator keine Lärm- und Geruchsemissionen verursachen.
Forschungsresultate überzeugen
Zurzeit werden Brennstoffzellen in der Schweiz nicht flächendeckend für die Notstromversorgung eingesetzt. Ulrike Trachte und Peter Sollberger hoffen, dass sie mit ihrer Arbeit das System dem Durchbruch näherbringen. Die Schweizer Projektpartner – die Swisscom sowie die Betriebskommission Polycom Nidwalden – sind von den Forschungsresultaten überzeugt: Bei vier der acht untersuchten Anlagen stellen sie in Zukunft Brennstoffzellensysteme anstelle von Batterien und Dieselgeneratoren für den Notfall bereit.
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