Was machen wir im Labor?
Im Labor Smart Energy and Hydrogen Systems werden nachhaltige Energie- und Wasserstoffsysteme erforscht, modelliert und für die praktische Anwendung optimiert. Ein zentraler Schwerpunkt liegt dabei auf der Erstellung und Weiterentwicklung digitaler Zwillinge, die auf realen Betriebsdaten validiert werden. Dadurch können Energiesysteme technisch und wirtschaftlich bewertet, weiterentwickelt und für konkrete industrielle Anwendungen optimiert werden.
Das Labor arbeitet eng mit Partnern aus Industrie, Kommunen und regionalen Netzwerken zusammen. Die Projekte reichen von der Analyse bestehender Wasserstoffanlagen über die techno-ökonomische Auslegung neuer Elektrolyse- und Speichersysteme bis hin zur Entwicklung standortspezifischer Betriebskonzepte. Neben der Grundlagenarbeit ist das Labor intensiv im Wissenstransfer aktiv und unterstützt Unternehmen durch Schulungen, Netzwerktreffen und Weiterbildungsformate beim Einstieg in die Wasserstofftechnologie.
Techno-ökonomische Modellierung & digitale Zwillinge
- Entwicklung und Validierung digitaler Zwillinge für Energie- und Wasserstoffsysteme
- Nutzung realer Messdaten aus bestehenden Anlagen zur Verbesserung der Modellqualität
- Dynamische Simulation technischer und wirtschaftlicher Betriebsstrategien
- Einsatz des OTH-Auslegungs- und Optimierungstools NEW-Tool mit den Einzelmodulen Rapid-Check | DT | DT + Optimization
Planung, Auslegung & Bewertung realer Wasserstoffanlagen
Das Labor unterstützt Unternehmen und Kommunen bei:
- Analyse bestehender Elektrolyse-, Speicher- und Gasaufbereitungssysteme
- Standort- und Lastganganalysen (elektrisch, thermisch, Wasserstoff, Sauerstoff)
- Dimensionierung neuer Elektrolysesysteme (Alkali / PEM)
- Entwicklung von Konzepten zur Abwärmenutzung
- Wirtschaftlichkeitsanalysen (LCOH, ROI, NPV, Szenariobetrachtungen)
- Risiko- und Sensitivitätsanalysen
Validierung & Optimierung anhand realer Betriebsdaten
Durch Kooperationsprojekte mit Industriepartnern hat das Labor Zugriff auf umfangreiche Messdaten wie:
- Stromerzeugung aus PV und Wind
- Wasserstoffproduktionsraten
- Drücke, Temperaturen und Durchflussmengen in Gasnetzen
- Betriebsdaten von Wasserstoffspeichern und Peripherie
Diese Daten ermöglichen:
- Validierung von Modellen
- Optimierung bestehender Anlagen
- Weiterentwicklung von Steuerungs- und Regelstrategien
- Ableitung von Best-Practice-Beispielen
Wissenstransfer, Netzwerke & Weiterbildung
Ein wesentlicher Aufgabenschwerpunkt ist der systematische Wissenstransfer zu kleinen, mittleren und Groß-Unternehmen, kommunalen Akteuren und Energieagenturen.
Dazu gehören:
- Weiterbildungsmodule mit Teilnahmebescheinigung
- Veranstaltungen zu Forschungsinnovationen in der Wasserstofftechnik
- Praxisbeispiele aus realen Projekten
- Unternehmensworkshops und Sprechstunden
- Netzwerk- und Transferplattformen (z. B. WiTra-H2)
Lehre im Labor
Laufende Promotionsvorhaben:
- Weindler, J.: Techno-ökonomische Resilienz von Wasserstoffelektrolysesystemen unter Nutzung der Abwärme über dynamische Modellierung realer Anlagen
Abgeschlossene Abschlussarbeiten sowie Forschungs- & Entwicklungsarbeiten seit 2024:
a) Betreut von Prof. Dr.-Ing. Dawoud
- Bachelorarbeit Lemberg (2024): Modellbildung und Simulation eines Energieversorgungssystems für ein Einfamilienhaus auf Basis grünen Wasserstoffs
- Bachelorarbeit Lehner (2024): Technische Modellierung und energetische Bewertung eines häuslichen Energieversorgungssystems auf Basis grünen Wasserstoffs unter Integration eines validierten Brennstoffzellenmodells
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Lehner (2025): Modeling and Simulation of a Solid Oxide Fuel Cell based Combined Heat and Power Plant
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Böker (2025): Erstellung technischer Modelle der Heiz-Wärmepumpen in Modelica
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Strohmeier (2025): Simulation alkalischer Elektrolyse
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Wernthaler (2025): Untersuchung der Wasserstoff-Substituierung am Modell einer Erdgas-Brennwert-Therme
- Research & development work Lehner (2026): Modelling and simulation of a high-temperature heat pump for industrial applications
b) Betreut von Prof. Dr.-Ing. Eckstein
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Stöhr (2024): Identifizierung signifikanter Einflussparameter auf die Wirtschaftlichkeit eines hybriden Heimspeichers unter idealen Modellbedingungen
- Bachelorarbeit Schmid (2024): Modellierung und Simulation von batterieelektrischen Fahrzeugen als flexible Verbraucher in Haushalten mit hohem Autarkiegrad
- Bachelorarbeit Lottner (2025): Techno-ökonomische Modellierung und Optimierung eines hybriden wasserstoffbasierenden Energieversorgungssystems im dynamischen Betrieb
- Masterarbeit Stöhr (2025): Kostenoptimierte Dimensionierung eines hybriden Energiesystems unter Einsatz von Wasserstoff für ein öffentliches Verwaltungsgebäude
- Forschungs- & Entwicklungsarbeit Lottner (2025): Aufskalierung und Erweiterung eines bestehenden techno-ökonomischen Modellierungs- und Optimierungstools für hybride wasserstoffbasierende Energiesysteme für den gewerblichen Gebäudeeinsatz
Forschung im Labor
Die Forschung im Labor Smart Energy and Hydrogen Systems konzentriert sich auf die wissenschaftliche, technische und wirtschaftliche Weiterentwicklung moderner Energie- und Wasserstoffsysteme. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Kopplung realer Anlagen mit digitalen Zwillingen sowie der praxisorientierten Zusammenarbeit mit Industrie und Kommunen. Die Forschungsaktivitäten gliedern sich in mehrere zentrale Bereiche und Projekte:
Techno-ökonomische Auslegung und Optimierung von Energie- und Wasserstoffsystemen
In verschiedenen Industriekooperationen entwickelt das Labor digitale Zwillinge für Elektrolyseure, Speicher- und Gasinfrastrukturen. Die Modelle werden anhand realer Betriebsdaten aus laufenden Anlagen validiert, um:
- optimale Systemgrößen zu bestimmen,
- standortspezifische Betriebskonzepte zu entwickeln,
- Abwärmepotenziale zu identifizieren,
- und die Wirtschaftlichkeit verschiedener Betriebsstrategien zu bewerten.
Diese Forschungsarbeiten bilden die Grundlage für das NEW-Tool mit den Einzelmodulen Rapid-Check | DT | DT + Optimization.
Wissenstransferplattform WiTra-H2
Mit WiTra-H2 baut das Labor eine bayernweite Plattform zum Wissenstransfer im Bereich nachhaltiger Energie- und Wasserstoffsysteme auf.
Die Forschungsschwerpunkte:
- Identifikation technologischer und wirtschaftlicher Herausforderungen in Unternehmen
- Entwicklung praxisnaher Energiekonzepte
- Validierung der Konzepte durch Simulation und Optimierung
- Aufbau eines bayerischen Netzwerks von mindestens 30 Unternehmen aus der Branche
- Generierung von Best-Practice-Beispielen
- Weiterbildungsformate mit Zertifikat
Damit verbindet das Projekt wissenschaftliche Forschung mit konkreten Umsetzungsimpulsen für Unternehmen und Kommunen.
Grenzüberschreitendes BY-CZ Netzwerk HYDROMUN für Wasserstofftechnologien
Gemeinsam mit regionalen und internationalen Partnern untersucht das Labor die Übertragbarkeit und Skalierung von Wasserstofftechnologien in der bayerisch-tschechischen Zielregion.
Die Forschung umfasst:
- Analyse und Aufbereitung realer Betriebsdaten aus Pilotanlagen
- Erstellung technischer und wirtschaftlicher Best-Practice-Beispiele
- Entwicklung von Schulungsmodulen für KMU
- Aufbau eines regionalen Technologie- und Wissenstransfernetzwerks
Ziel ist es, die Kompetenz kleiner und mittlerer Unternehmen im Umgang mit Wasserstoffsystemen signifikant zu erhöhen.
Kooperationsprojekt mit Ostermeier H2ydrogen Solutions (OHS)
In Zusammenarbeit mit OHS nutzt das Labor umfangreiche Anlagen- und Betriebsdaten bestehender On-Site-Wasserstoffproduktionen zur Weiterentwicklung digitaler Zwillinge.
Forschungsinhalte:
- Validierung der OTH-Modelle anhand dynamischer Realbetriebsdaten
- Optimierung bestehender hybrider Wasserstoff-Batterie-Speichersysteme
- Unterstützung bei der Planung zukünftiger Anlagen
- Datenauswertung über ein zentrales Monitoring-System
Die Zusammenarbeit stärkt die Praxistauglichkeit der entwickelten Modelle und ermöglicht gezielte Innovationsimpulse für die Industrie.
Kooperationsprojekt mit dem Stadtwerk Haßfurt
Gemeinsam mit dem Stadtwerk Haßfurt werden reale Betriebsdaten einer bestehenden Elektrolyseanlage genutzt, um:
- das OTH-Auslegungstool weiterzuentwickeln,
- die Erweiterung der Anlage (u. a. zweite Elektrolyseureinheit) wissenschaftlich zu begleiten,
- die Integration der Abwärme in lokale Nah- und Fernwärmenetze zu analysieren,
- und Konzepte für eine gesteigerte H₂-Einspeisung in das Erdgasnetz zu entwickeln.
Die Datengrundlage umfasst u. a. Stromerzeugung aus Wind und PV, Drücke, Temperaturen und Durchflussmengen in verschiedenen Netzen. Die Forschung trägt dazu bei, kommunale H₂-Infrastrukturen effizient und zukunftsfähig auszubauen.
Zielsetzung der Forschung
Die Forschungsstrategie des Labors folgt drei Leitlinien:
- Praxisorientierung – alle Modelle und Konzepte werden anhand realer Anlagen validiert.
- Ganzheitlichkeit – technische, wirtschaftliche und regulatorische Aspekte werden stets gemeinsam betrachtet.
- Transfer – wissenschaftliche Erkenntnisse werden an Unternehmen, Kommunen und die Gesellschaft weitergegeben.
