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AP9 - Biogas-KWK mit Brennstoffzelle


Ausgangspunkt für das Projekt ist die Tatsache, dass die SOFC Technologie getrieben durch große europäische Industriefirmen (Rolls Royce, Siemens, TOFC) einen Status erreicht hat, der die Fertigung großer Stückzahlen ab 2011-13 erwarten lässt. Die Kosten sollten dabei in einem für stationäre Anlagen üblichen Bereich von 1000-1500 Euro/kW liegen.

Ein Umstieg auf diese Technologie muss aber für die Endkunden auch mit zusätzlichen Vorteilen verbunden sein. Es wird daher ein Systemkonzept vorgeschlagen, das höhere Wirkungsgrade der Gas-Verstromung, einen größere Spreizung zwischen dem minimal und maximal möglichen Strom/Wärmeverhältnis und überdies eine effiziente dezentrale Synthesegas/H2-Produktion bei gleichem Preisniveau wie konventionelle Anlagen ermöglichen soll. Dazu ist es notwendig, neue Technologien einzusetzen.

Ziel des Projektes ist daher die Untersuchung der neuen kritischen Bauteile SOFC-Stack mit TEG-Abwärmenutzung und innovative Gasreformierung einer SOFC-KWK mit einem elektrischen Spitzenwirkungsgrad von bis zu 60%. Diese Ergebnisse sollen durch Kombination von Versuchen mit Funktionsmustern wie SOFC-Stack mit TEG Elementen und Gasreformer mit Anodenloop nachgewiesen werden. Die Funktionsmuster werden sich dabei im Leistungsbereich von 1-2 kW bewegen. Unter Nutzung einer Netzintegrationsstudie werden die Ergebnisse der Funktionsmuster auch auf die ermittelte optimale BHKW-Größe hochskaliert und deren Bewertung vorgenommen.

Nach der Analyse vergangener und laufender Projekte zu dezentralen Brennstoffzellen-KWK, für die ca. 10 maßgebliche Projekte auf nationaler und internationaler Ebene einbezogen werden, erfolgt eine detaillierte Beschreibung der Systemanforderungen und Rahmenbedingungen für ein SOFC-KWK-System sowie möglicher Anwendungsfelder für ein solches System. Auf Basis der Spezifikationen werden Untersuchungen zur Gas-Reformierung unter Nutzung eines Anoden-Restgas-Loops zur Wirkungsgradsteigerung und Reduktion des Wasserverbrauches sowie die Identifikation der besten TEG-Halbleitermaterialien für SOFC Anwendungen durchgeführt. Weitere Themen sind die Erarbeitung geeigneter Kontakt- und Schutzschichten, Aufbau von TEG-Elementen in Feldanordnung und Integration in die Isolierplatten des SOFC-Stacks.

Im Anschluss daran erfolgt die Integration der Bauelemente SOFC-Stack, TEG-Elemente und Gas-Reformer in einem Funktionsmuster, der Betrieb des Funktionsmusters im Brennstoffzellenlabor über einen längeren Zeitraum (mind. 4-6 Wochen) unter Simulation der „Knotenlast im Netzverbund“ (= Lastzyklus entsprechend der virtuellen Einbindung in ein Energienetz).

Abschließend wird eine Validierung der Systemauslegung an Hand der Messergebnisse und eine technische und finanzielle Bewertung des Systems SOFC-KWK durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Grundlagenstudie werden weiterhin Schlussfolgerungen und Empfehlungen für Politik und weitere Technologieentwicklung gezogen.