Vergleich verschiedener Lüftungsmethoden zur Vermeidung explosionsfähiger Atmosphären in einer kombinierten Windkraft- und Elektrolyseanlage
Creators: name: Schemberg, Tobias
name: :Unav
Publisher: name: Fraunhofer-Gesellschaft
Year: 2022
Subjects: Windkraftanlage
Elektrolyseanlage
H2Mare
Explosionsschutz

description: In dem Leitprojekt H2Mare wird daran geforscht, einen Elektrolyseur in ein Windrad zu integrieren. Hierbei kann es, durch undichte Rohrleitungen zu einer Wasserstoffleckage innerhalb des Windradturmes kommen. In dieser Ausarbeitung wird untersucht, ob es möglich ist, die entstehende explosionsfähige Atmosphäre allein mithilfe von passiven Belüftungsmaßnahmen auf ein ungefährliches Maß hin zu verdünnen. Hierfür wird zu Beginn anhand der DIN 60079-10-1 der benötigte Volumenstrom bestimmt, welchen die Belüftungsmethode ungefähr leisten muss. Im Anschluss daran wird ein vereinfachtes 3D-Modell des Windrades erstellt, um ein mögliches Austrittszenario zu simulieren. Im Nachfolgenden werden drei Belüftungsmethoden auf Basis des Prinzipes der passiven Belüftung vorgestellt. Nun werden CFD-Simulationen zu den jeweiligen Belüftungsmethoden vollzogen, um zu bestimmen, ob das entstehende Gas-Luft-Gemisch auf ein ungefährliches Maß reduziert werden kann. Die Erkenntnis hiervon ist, dass mittels der kombinierten Lüftungsmaßnahme die explosionsfähige Atmosphäre genügend verdünnt werden kann. Anhand der Ergebnisse der Simulation werden Schlüsse über die Leistungssteigerung bei unterschiedlichen Belüftungsparametern und die Verfügbarkeit der Methoden, falls möglich, gezogen. Anschließend wird kurz darauf eingegangen, welche Vor- und Nachteile und Grenzen bei der Verwendung von Simulationen bestehen. In der Diskussion wird kritisch auf die Erkenntnisse eingegangen und mögliche Fehlerquellen werden analysiert. Am Ende wird ein kurzer Ausblick auf weitere Aufgaben gegeben und zwei Möglichkeiten genannt, welche die Effizienz der Belüftungsanlage verbessern können.
description: The project H2Mare is researching the integration of an electrolyzer into a wind power plant. Because of the nature of this project, hydrogen spills caused by leaking pipe fittings inside the tower of the wind plant may occur. This paper examines the possible prevention of the buildup of a dangerous explosive atmosphere with the aid of passive ventilation measures. Firstly, the required volume flow will get analyzed using IEC 60079-10-1. In the next step, the driving force of passive natural ventilation will be analyzed, and three different ventilation methods will get determined. Afterward, the ventilation methods will be tested via CFD simulations, and their effect on the explosive volume documented. The result of the simulations indicates that it is possible to prevent the build-up of a dangerous explosive atmosphere via the combination of the two ventilation methods. In the next step, the efficiency and availability of the three ventilation methods will be compared with each other. After that, a critical analysis of the research method of simulations will be given. In the discussion, the results of the simulations will be critically questioned, and possible sources of error will be given. At the end of the paper, a short forecast of the future of the project is described and possible ways to increase the efficiency of the ventilation methods will be given.