Welche Aufgabe war zu lösen?
Ein Radiosender will sein Sendegebiet ausweiten und möchte deswegen einen neuen Sendemast errichten. Optimaler Standort hierfür ist ein nicht erschlossener Berggipfel im Siegerland. Da der Sendemast abseits der Stromversorgung stehen wird, soll ein System entwickelt und gebaut werden, das die Versorgung autark mit erneuerbarer Energien rund-um-die-Uhr gewährleistet. Die Windverhältnisse im Siegerland sind hervorragend, so dass der Einsatz von Windenergie in Verbindung mit Solarenergie auf der Hand liegt. Allerdings sind Wind- und Sonnenenergie fluktuierende Quellen, so dass Wind und Sonne nicht unbedingt dann verfügbar sind, wenn die Energie gebraucht wird. Um diese Diskrepanz zwischen Energieangebot und Energienachfrage auszugleichen, muss ein Zwischenspeicher eingesetzt werden.
Die Ingenieure sind sich einig, dass Wasserstoff hierfür am besten geeignet ist. Deshalb soll die umweltfreundliche, moderne und innovative PEM-Technologie (engl. Proton Exchange Membrane = Protonenaustauschmembran) eingesetzt werden, um aus dem regenerativ erzeugten Strom in Zeiten des Stromüberschusses über einen PEM-Elektrolyseur Wasserstoff zu erzeugen, der als Energiespeicher dient. Bei nicht ausreichendem Wind- und Solarangebot wird aus dem Wasserstoff über eine PEM-Brennstoffzelle wieder der benötigte Strom zur Versorgung des Sendemasts erzeugt.
Die Hauptkomponenten des Wind/Solar-Wasserstoff-Kreislaufs sind die Windkraftanlage, Solarmodule, Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und die Brennstoffzelle. Ein funktionsfähiges System bestehend aus diesen Komponenten ist zu konzipieren, optimal aufeinander abzustimmen und zu bauen. Als Vorstufe zur Realisierung dieses innovativen Projekts soll die Infrastruktur im Modellmaßstab aufgebaut und erprobt werden. Bei der Recherche nach brauchbaren Lösungen stoßen die Ingenieure des Radiosenders auf die „Fuel Cell Box“, welche alle für das Projekt erforderlichen Komponenten enthält. Da der Radiosender selbst aber nur sehr geringe Erfahrungen mit der PEM-Brennstoffzellen-Technologie und darüber hinaus auch keine personellen und zeitlichen Ressourcen für ein solches Projekt hat, möchte sie diese Aufgabe einem kompetenten Partner übergeben.
Können Sie – mit Hilfe der „Fuel Cell Box“ – dem Radiosender bei der Planung und Erstellung eines autarken Energiesystems für die Betreibung des Sendemastes helfen, das den Betrieb des Sendemasters Tag und Nacht sicherstellt?
Wie lief der Wettbewerb ab?
Der Wettbewerb war auf die Dauer eines Schuljahres begrenzt und gliederte sich in zwei Phasen. Die Phase I umfasste einen Zeitraum von knapp zwei Monaten (s. Zeitplan). Hier mussten die Schülerinnen und Schüler eine vorgegebene Aufgabenstellung schriftlich lösen. Aus allen eingesandten Lösungen wurden rund 20 Teams ausgewählt, die für die zweite Stufe des Wettbewerbes zugelassen wurden. Die ausgewählten Gruppen konnten in der Phase II ihre Lösungsideen mit Hilfe der Fuel Cell Box in die Tat umsetzen. Dafür hatten die Gruppen knapp drei Monate Zeit. Die hierfür benötigte Fuel Cell Box wurde den Teams kostenfrei zur Verfügung gestellt.
Der Bonus: Die Fuel Cell Boxen gingen nach dem Wettbewerb in den Besitz der Schule über.
Wie sah der Zeitplan aus?
25. Oktober 2010: | Aufruf zum NRW-Schülerwettbewerb „Fuel Cell Box" 2011 |
03. Dezember 2010: | Anmeldeschluss für die Teilnahme |
06. Dezember 2010: | Versand der Aufgabenstellung per E-Mail |
21. Januar 2011: | Einsendeschluss für das Einreichen der Lösungen der Phase I |
25. Februar 2011: | Übergabe der Boxen* durch NRW-Klimaschutzminister Johannes Remmel im Rahmen einer Veranstaltung beim ZBT in Duisburg |
20. Mai 2011: | Einsendeschluss für das Einreichen der Lösungen der Phase II zum Aufbau des Brennstoffzellen-Systems für den Sendemast inkl. Infrastruktur mit den in der Fuel Cell Box enthaltenen Komponenten |
14. Juli 2011: | Preisverleihung und Präsentation* von ausgewählten Arbeiten im Rahmen einer Veranstaltung bei Air Liquide Deutschland in Düsseldorf mit NRW-Klimaschutzminister Johannes Remmel |
* Reisekosten können nicht übernommen werden.
Wie wurden die Arbeiten bewertet?
Die Arbeiten wurden nach folgenden Kriterien bewertet:
Die Bewertung erfolgte durch eine unabhängige Jury, der Frau Prof. Heinzel (Zentrums für Brennstoffzellen-Technik Duisburg, ZBT), Herr Dr. Bernd Emonts (Institut für Energieforschung - Brennstoffzellen IEF-3 im FZ Jülich), Herr Küter (h-tec Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH) und Herr Dr. Baumann (EnergieAgentur.NRW) angehören.
Welche Preise wurden vergeben?
Sachpreise der Sponsoren:
- Platz 1: Solar-Ladegeräte für Handys
- Platz 2: Lernpakete Brennstoffzelle (groß)
- Platz 3: Lernpakete Brennstoffzelle (klein)
- Platz 4 und 5: Wissenschaftsbücher
- Sieger des Vorort-Wettbewerbs: Internetradios (von Air Liquide)
