Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen

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1 Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen Projektleitung: Dipl.-Ing. Manfred Wiemer Verein zur Förderung des Heinz-Piest-Instituts für Handwerkstechnik an der Leibniz Universität Hannover e.v.

2 Vorwort Hannover, Juli 2012 Die absehbare Markteinführung innovativer Produkte auf Basis der KWK und Brennstoffzellentechnologie im Bereich der dezentralen Hausenergieversorgung sowie auf Basis der Batterietechnologie im Bereich der Elektromobilität erfordert qualifiziertes Personal für die Beratung potenzieller Kunden sowie für die Installation und Wartung der Anlagen und Systeme. Damit dieses Personal zu Beginn der Markteinführung der verschiedenen Produkte zur Verfügung steht, muss rechtzeitig dessen Qualifizierung vorgenommen werden. Die aktuellen Berufsordnungsmittel für die relevanten Berufe ermöglichen bereits heute die Einbindung der Themen in die Ausbildung. Die vorliegende Lern- und Ausbildungssituation wurde im Rahmen des Projektes Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen von ausgewählten Berufsbildungs- und Fachexperten aus Niedersachsen erarbeitet. Inhaltlich verantwortlich für diese Werner Müller Universität Bremen Christian Thomschke Technischer Landesinnungswart Jens Reck Gesellschaft für Bildung und Forschung im Schornsteinfegerhandwerk Projektleitung: Dipl.-Ing. Manfred Wiemer Verein zur Förderung des Heinz-Piest-Instituts für Handwerkstechnik an der Leibniz Universität Hannover e.v. Das Projekt wird gefördert, vom Land Niedersachen mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds, der EWE Energie AG und der Wolfsburg AG. 2/19

3 Lern- und Ausbildungssituationen für Schornsteinfeger Mini-BlockHeizKraftWerke (BHKW) und Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) Geeignet für das 3. Ausbildungsjahr. Unterrichtsstunden: 4 Quelle: Vaillant Deutschland GmbH &Co. KG 3/19

4 Hinweise für Lehrkräfte Zur Einstimmung und Vorbereitung auf die Lern- und Ausbildungssituation und Brennstoffzellen-Heizgeräte werden folgende Materialien zur Lektüre empfohlen: BHKW-Grundlagen ( Callux-Informationsprogramm ( Mikro-KWK - Motoren, Turbinen und Brennstoffzellen ( Selbst organisiertes Lernen - Ein systemischer Ansatz für Unterricht ( Die vorliegende Lern- und Ausbildungssituation umfasst folgende Unterlagen für Lehrkräfte: Hinweise für Lehrkräfte Aufgaben für einen Test. Für die Weitergabe an Schüler/Auszubildende werden den Lehrkräften folgende Materialien zur Verfügung gestellt: Ausgangslage Arbeitsaufträge für die Expertengruppen Infoblatt für Expertengruppe 1 Infoblatt für Expertengruppe 2 Infoblatt für Expertengruppe 3 Testaufgaben. Die Lehrkräfte entscheiden, welche Materialien die Schüler/Auszubildenden in welcher Reihenfolge erhalten. Didaktische Hinweise Die vorliegenden Unterlagen sind auf eine weitgehend eigenständige Bearbeitung des Themas durch Gruppen von Auszubildenden vorgesehen. Inhaltlich ist das Gesamtthema in drei Teile aufgeteilt (Infoblatt 1-3), die aufeinander aufbauen. Wichtig ist, dass die Auszubildenden vor Beginn der Gruppenarbeit anhand der Ausgangslage Fragen formulieren, die ihrer Meinung nach ein Kunde stellen könnte. Damit sollen sie darauf vorbereitet werden, als Schornsteinfeger wichtige Informationen sachgerecht vermitteln zu können. Optimal ist die Einteilung der Klasse in sechs Gruppen, also zu jedem Thema zwei Gruppen. Da die Infoblätter thematisch aufeinander aufbauen ist beispielsweise auch die Erarbeitung von Infoblatt 1 und 2 durch die Auszubildenden sowie ein ergänzendes Lehrerreferat zu den Themen von Infoblatt 3 denkbar. 4/19

5 Ausgangslage und Aufgaben Ausgangslage Im Rahmen von Abgaswegüberprüfungsarbeiten am Gas-Brennwertgerät spricht Sie ein Kunde auf neueste Entwicklungen in der Kraft-Wärme-Kopplung an. Angeregt durch einen Zeitungsartikel möchte er sich über Mini-BHKW und Brennstoffzellen-Heizgeräte informieren. Er bittet Sie um Informationen zu den Funktionsprinzipien und dem Nutzen von solchen Geräten. Abbildung 1: Das KWK-Prinzip. Quelle: Callux Informationsprogramm ( Aufgabenstellungen In der Klasse: 1. Formulieren Sie Fragen, die der Kunde zu Mini-BHKW und Brennstoffzellen-Heizgeräten stellen könnte oder die Sie selbst interessieren. In der Gruppe: 2. Lesen Sie zunächst jeweils alleine das Infoblatt und unterstreichen Sie wichtige Begriffe oder Beschreibungen. 3. Bearbeiten Sie die Fragestellungen zu Ihrem Thema in der Gruppe. 4. Stellen Sie Ihre Ergebnisse bzw. Fragen und Antworten der Klasse vor. Diskutieren Sie. 5/19

6 Ausgangslage und Aufgaben Arbeitsaufträge für die Gruppen Thema 1 (Infoblatt 1): Kraft-Wärme-Kopplung, Mini-BHKW und Brennstoffzellen- Heizgeräte 1. Beschreiben Sie das Grundprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. 2. Wodurch unterscheiden sich die verschiedenen KWK-Technologien im kleinen Leistungsbereich? 3. Warum werden Mini-BHKW im Allgemeinen mit Zusatzheizgerät und Pufferspeicher betrieben? 4. Wodurch unterscheiden sich Brennstoffzellen-Heizgeräte von herkömmlichen BHKW? Thema 2 (Infoblatt 2): Brennstoffzellen-Heizgeräte 1. Beschreiben Sie in einfachen Worten das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen. 2. Welches sind die wesentlichen Systemkomponenten eines Brennstoffzellen-Heizgerätes? 3. Welche Aufgabe hat der Reformer? 4. Was sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale zwischen PEMFC und SOFC? Thema 3 (Infoblatt 3): Brennstoffzellen-Heizgeräte Schadstoffemissionen und spezifische Aspekte 1. Welche Vorteile haben Brennstoffzellen-Heizgeräte hinsichtlich der Umweltbelastung gegenüber konventionellen Energiewandlern? 2. Welche Geräte stehen heute (2012) kurz vor der Markteinführung? 3. Welche Wirkungsgrade lassen sich aus den technischen Daten ablesen? 4. Wie gefährlich ist der Umgang mit Wasserstoff? 5. Sind Brennstoffzellen-Heizgeräte für eine netzunabhängige Stromversorgung von Gebäuden (Inselbetrieb) geeignet? 6/19

7 Das KWK-Prinzip - Infoblatt 1, Gruppe 1 Was ist eine KWK-Anlage? Gemäß KWK-Gesetz wird bei einer KWK Anlage die Energie der Primärenergiequelle in Strom und Wärme umwandelt und beides genutzt. 3 Begriffsbestimmungen (1) Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter Energie in elektrische Energie und in Nutzwärme in einer ortsfesten technischen Anlage.(KWKG 2002, S.2) In den meisten Fällen stellen KWK-Kraftwerke Wärme für die Heizung von Gebäuden bereit, oder sie versorgen als Industriekraftwerk Betriebe mit Prozesswärme (z. B. in der chemischen Industrie). Die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung wird dabei weitestgehend vermieden. Zunehmend an Bedeutung gewinnen kleinere KWK-Anlagen für die Versorgung einzelner Wohngebiete, bzw. einzelner Mehr- und sogar Einfamilienhäuser, sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW). Unter einem Blockheizkraftwerk versteht man KWK-Anlagen in kompakter Bauweise, in einem Block. Der Vorteil der KWK liegt in der sehr effizienten Ausnutzung des Brennstoffs mit einem Gesamtwirkungsgrad bis über 90% (der Gesamtwirkungsgrad ist die Summe des elektrischen und des thermischen Wirkungsgrades). Grundprinzip von Motor-BHKWs Der Generator wandelt die an der Motorwelle erzeugte mechanische Arbeit in elektrische Energie um. Die bei der Stromerzeugung durch Verbrennung entstehende Wärme wird für die Bereitstellung von Prozesswärme oder zu Heizzwecken genutzt. Als Wärmequellen dienen die Verbrennungsabgase und das Motorkühlwasser, dessen Wärmeinhalt aufgrund der tieferen Temperatur nicht immer voll nutzbar gemacht werden kann. Umwandlung von mechanischer Energie (Gas- oder Dieselmotor) in elektrische Energie durch den Generator. Verwendung der heißen Motorabgase/Motorkühlung zur Bereitstellung von Wärme. Abbildung 2: Grundprinzip von Motor-BHKWs. Quelle: Anlagenmechanik für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik Lernfelder 9-15, 1.Auflage 2005, Westermann-Verlag 7/19

8 Das KWK-Prinzip - Infoblatt 2, Gruppe 1 Abbildung 3: Aufbau eines Mini-BHKW. Quelle: Callux Informationsprogramm ( BHKW werden nach ihrer elektrischen Maximalleistung und der Technik der Energiewandlung (Motor, Stirling, Brennstoffzelle) eingeordnet. Bis vor kurzem lagen die meisten BHKW im Leistungsbereich zwischen 5 kw el und 5 MW el. Seit einigen Jahren finden zunehmend sog. Mini- und Mikro- BHKW Verbreitung. Mini- und Mikro-KWK sind Bezeichnungen für KWK-Geräte im kleinsten Leistungsbereich für den Einsatz in kleinen Wohngebäuden und Gewerbebetrieben. Dabei ist nur Mini-KWK eine offizielle Bezeichnung für Geräte bis 50 kw elektrischer Leistung. Mikro-KWK ist ein Marketingbegriff für die kleinsten Geräte zwischen 1 5 kwel. BHKW für fossile oder regenerative Energieträger Ergänzend zu einer regenerativen Energieerzeugung ist der Einsatz von BHKWs auch mit fossilen Energieträgern sinnvoll, da mit ihnen eine maximale Primärenergieausnutzung stattfindet. 8/19

9 Das KWK-Prinzip - Infoblatt 3, Gruppe 1 Verschiedene Bauarten von Mini-BHKW Abbildung 4: Gasbetriebener Otto-Motor (Quelle: HWK Osnabrück) Abbildung 5: Stirlingmotor (Quelle: Vaillant Deutschland) Abbildung 6: Dieselmotor (Quelle: HWK Osnabrück) Abbildung 7: Brennstoffzellen-Stapel (Quelle: Ballard Power Systems) Brennstoffzelle Brennstoffzellen sind als Energiewandler optimal für Kraft-Wärme-Kopplung geeignet. Im Unterschied zu konventionellen Verbrennungsmotoren entstehen in Brennstoffzellen Strom und Wärme durch elektrochemische Wandlung: Wasserstoff (H 2 ) und Sauerstoff (O) reagieren elektrochemisch zu reinem Wasser (H 2 O). Bei dieser geräuschlos ablaufenden Reaktion fließt Strom und wird Wärme frei. Abbildung 8: Die kleinste Leistungsklasse im Überblick 9/19

10 Das KWK-Prinzip - Infoblatt 4, Gruppe 1 Zusätzliche Systemkomponenten Gegenüber konventionellen Heizungsanlagen werden zur Sicherstellung eines wirtschaftlichen Betriebs KWK-Anlagen in aller Regel mit einem Zusatzheizgerät und Pufferspeicher betrieben. Auf diese Weise kann mit relativ geringen thermischen Leistungen ein großer Teil des Wärmebedarfs gedeckt werden. Kurze Arbeitstakte der KWK-Anlage können vermieden werden. Zusatzheizgerät Mikro-KWK-Anlagen der kleinsten Leistungsklasse decken den Grundbedarf an Wärme eines Gebäudes ab und arbeiten modulierend, um den unterschiedlichen Leistungsanforderungen zu entsprechen. Sie sind aber nicht für thermische oder elektrische Bedarfsspitzen ausgelegt. Dies wäre ökonomisch nicht sinnvoll. Bei einigen Geräten sind Zusatzheizgeräte bereits im BHKW integriert. Pufferspeicher Mit einem Pufferspeicher kann eine Mikro-KWK Anlage auch Wärmebedarfsspitzen abdecken, die die maximale thermische Leistung überschreiten. Der Puffer kann beispielsweise über Nacht geladen und so die Wärmebedarfsspitze in den Morgenstunden abgedeckt werden. Das Zusatzheizgerät kommt erst zum Einsatz, wenn der aktuelle Wärmebedarf hoch und der Speicher weitgehend entladen ist. Abbildung 9: Speicher und KWK im Zusammenspiel (hier mit BZ) Quelle: Callux Informationsprogramm ( 10/19

11 Brennstoffzellen Infoblatt 1, Gruppe 2 Funktion, Technik und Innovationen Funktionsprinzip: Bei der herkömmlichen Stromerzeugung in Wärme-Kraft-Maschinen entsteht durch Verbrennung fossiler Brennstoffe (z. B. im Motor) mechanische Energie, die im Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Gegensatz dazu wird in Brennstoffzellen die Ausgangsenergie durch elektrochemische Prozesse ähnlich wie bei einer Batterie direkt in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Aufgrund der geringen Wandlungsverluste weisen Brennstoffzellen hohe elektrische Wirkungsgrade und niedrige Schadstoffemissionen auf. Entwicklungsstand: Um das Prinzip der Energiewandlung mit Brennstoffzellen für die Gebäudeenergieversorgung nutzbar zu machen entwickeln derzeit (2012) mehrere Hersteller sog. Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) (z. B. Hexis, Baxi Innotech, Vaillant, CFCL/ RBZ, Junkers). Einige hundert Geräte werden derzeit in Feldtests unter realen Bedingungen eingesetzt. Aufgrund der systembedingten Vorteile - hoher elektrischer Wirkungsgrad, sehr geringe Schadstoffemissionen, gutes Teillastverhalten, leiser und vibrationsfreier Betrieb - wird Brennstoffzellen- Heizgeräten künftig eine große Bedeutung vorausgesagt. Voraussetzung ist, dass die noch bestehenden technischen Probleme gelöst werden und eine Serienfertigung zu wettbewerbsfähigen Preisen möglich ist. Abbildung 10: Brennstoffzellen-Stapel (Stack) (Quelle: Fachbuch SHK, Westermann) 11/19

12 Brennstoffzellen Infoblatt 2, Gruppe 2 Brennstoffzelle Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Energiewandler, der die im Brennstoff enthaltene Energie direkt in Strom und Wärme wandelt. Das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle ist mit der Umkehrung der Elektrolyse des Wassers vergleichbar. Während bei der Elektrolyse durch Zufuhr von elektrischer Energie das Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird, reagieren in einer Brennstoffzelle H 2 und O 2 unter Abgabe von elektrischer und thermischer Energie zu Wasser. Eine Brennstoffzelle besteht im Prinzip aus zwei Elektroden (einer Anode und einer Kathode), die durch einen gasundurchlässigen Elektrolyten voneinander getrennt sind, wobei der Elektrolyt für bestimmte Ladungsträger, z. B. Protonen, durchlässig ist. Die Elektroden haben eine poröse, gasdurchlässige Struktur. Während des Betriebes einer Brennstoffzelle werden an der Anode Wasserstoff und an der Kathode Sauerstoff vorbeigeführt. Abbildung 11: Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle (Quelle: ASUE, Mikro-KWK) Zunächst wird ein Teil des Wasserstoffes in Wasserstoff-Protonen H+ und Elektronen e aufgespalten. Die bei diesem Vorgang frei werdenden Elektronen fließen über den metallischen Leiter zur Kathode und können dabei elektrische Arbeit verrichten. An der Kathode bildet der Sauerstoff mit den Elektronen Sauerstoff-Ionen (O 2 ). Um den Stromkreis zu schließen, müssen die Wasserstoff- Protonen (möglich sind auch andere Ladungsträger) durch den Elektrolyten zur gegenüberliegenden Kathode gelangen. Dort verbinden sich Wasserstoff-Protonen und Sauerstoff-Ionen zu Wasser. 12/19

13 Brennstoffzellen Infoblatt 3, Gruppe 2 Die Spannung einer einzelnen Brennstoffzelle beträgt etwa 0,7 V unter Last. Um eine sinnvolle Stromauskopplung zu ermöglichen, werden mehrere Zellen in Reihe zu einem Brennstoffzellen- Stapel zusammengeführt. Dadurch können unterschiedliche Leistungen erreicht werden. Da Brennstoffzellen Gleichstrom erzeugen, muss zur Nutzung in Wechselspannungsnetzen ein Inverter (Wechselrichter) vorgeschaltet werden. Da der für die Brennstoffzellen-Reaktion benötigte Wasserstoff nicht im erforderlichen Maße verfügbar ist, kommt bevorzugt Erdgas (überwiegend Methan, CH 4 ) zum Einsatz. In einem Reformer wird daraus ein wasserstoffreiches Gas erzeugt. Gegenüber motorischen BHKW haben Brennstoffzellen höhere elektrische Wirkungsgrade, ein besseres Teillastverhalten und geringere Abgas- und Geräuschemissionen. Abbildung 12: Bestandteile einer Brennstoffzelle (nebeneinander angeordnet) (Quelle: Fachbuch SHK, Westermann) 13/19

14 Brennstoffzellen Infoblatt 4, Gruppe 2 Zwei Brennstoffzellen-Typen für die Haustechnik Es gibt insgesamt 6 technisch verwertbare Arten von Brennstoffzellen (engl.: fuel cell). Für die Hausenergieversorgung sind lediglich die PEFC (PEM) und die SOFC relevant. Die PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell oder auch PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cell) ist ein Niedrigtemperatursystem (max 80 C). PEMFC benötigen sehr teure Platin - Katalysatoren. Außerdem muss der Wasserstoff sehr rein sein. Wenn der Wasserstoff durch Reformierung aus Erdgas gewonnen wird, ist eine entsprechende Reinigungsstufe erforderlich. Dadurch wird das System komplexer und für die Reinigungsstufe wird Energie benötigt. Der elektrische Wirkungsgrad der Anlage ist zwar gut (> 30%), aber niedriger als bei einer Hochtemperatur Brennstoffzelle. PEM Systeme lassen sich vergleichsweise schnell starten (unter einer Minute) und sie zeichnen sich durch sehr gute Modulationseigenschaften aus. Bei der SOFC (Solid Oxid Fuel Cell, festoxidkeramische Brennstoffzelle) wird als Elektrolyt dotiertes Zirconiumoxid verwendet. Dieser leitet bei Temperaturen über 800 C Sauerstoffionen. Die SOFC hat ein elektrisches Wirkungsgradpotenzial von bis zu 60 % und höher. An die Reinheit des Wasserstoffs werden wesentlich niedrigere Anforderungen gestellt, als bei PEM-Systemen. Auch ist es möglich Erdgas (CH 4 ) zu verwenden, welches intern zu CO und H 2 reformiert wird. Das CO reagiert mit dem O 2 zu CO 2. Der elektrische Wirkungsgrad kann bis über 50% betragen. Der Startvorgang dauert bei SOFC mehrere Stunden (bis zu 20). Auch wird beim Start zum Aufheizen Energie benötigt. Eigenschaften von PEMFC und SOFC im Überblick PEMFC SOFC Temperatur < 100 C > 800 C Kathodenmaterial hochedel, z.b. Platin weniger edle Metalle Anforderung Wasserstoffqualität sehr hoch (bei Erdgasbetrieb Reformer erforderlich) weniger hoch (bei Erdgasbetrieb nur Gasaufbereitung) Zell-Wirkungsgrad (elektrisch) 40-50% 50-60% Startdauer schnell (Sekunden) lange (bis über 20 Stunden) Dynamik sehr hoch niedrig 14/19

15 BZH - Infoblatt 1, Gruppe 3 Primärenergiebedarf bei KWK-Nutzung Abbildung 13: Primärenergieeinsparung durch KWK. Quelle: Callux Informationsprogramm ( Im Gegensatz zur konventionellen Stromerzeugung in Großkraftwerken wird bei KWK (dazu zählen auch Heizkraftwerke) die anfallende Wärme genutzt. Schadstoffemissionen im Vergleich Abbildung 14: Schadstoffemissionen im Vergleich Quelle: Callux Informationsprogramm ( 15/19

16 BZH - Infoblatt 2, Gruppe 3 Ausgewählte Geräte im Überblick Hexis Galileo 1000 N KWK-Teil Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Leistung (el/th) 1,0 kwel / 1,8 kwth Modulation % Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) > % Gesamtwirkungsgrad > 92 % Integriertes Zusatzheizgerät Typ Brennwertgerät Leistung 4-20 kw Normnutzungsgrad 109 % ( N bei 40/30 C) Gesamtgerät Gesamtwirkungsgrad > 95 % (nach EN bei VL/RL 60/40 C) Größe (mm), LxBxH 550 x 550 x 1600 Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt, Steuerung auch über Fernzugriff Baxi GAMMA PREMIO KWK-Teil Typ Niedertemperatur PEM-Brennstoffzelle (70 C) Leistung (el/th) max. 1,0 kwel / 1,87 kwth Modulation ca % Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) 34,1 % th. Wirkungsgrad KWK 62,0 % Gesamtwirkungsgrad 96,1 % Integriertes Zusatzheizgerät Typ Brennwertgerät Leistung 3,5-15 kw oder 3,5-20 kw Normnutzungsgrad 109% ( N bei 40/30 C) Gesamtgerät Größe (mm), LxBxH 600 x 600 x 1600 Betriebsart stromgeführt, wärmegeführt, Energiemanager geregelt, zentral gesteuert (virtuelles Kraftwerk) 16/19

17 BZH - Infoblatt 3, Gruppe 3 Vaillant (Technische Zielwerte) Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Leistung (el/th) max. 1,0 kwel / 2,0 kwth Einsatzbereich Einfamilienhaus Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) 30 % Gesamtwirkungsgrad KWK % Gerätedaten Größe (mm), LxBxH 600 x 625 x 986 Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt, Steuerung auch über Fernzugriff Externes Zusatzheizgerät Typ Brennwertheizgerät Leistung je nach Bedarf konfigurierbar Normnutzungsgrad 109 % ( N bei 40/30 C) Wasserstoff und Sicherheit Wasserstoff wird in der Industrie (Chemieindustrie), Medizin und anderen Bereichen seit weit über 100 Jahren in vielfältiger Weise genutzt, gelagert, transportiert etc. Heute gibt es BZ-Autos und Busse sowie Wasserstofftankstellen und z.b. im Rhein-Ruhr-Gebiet eine über 240 km lange Wasserstoffpipeline. Alle diese Technologien bewegen sich auf denselben Sicherheitsstandards wie bei Erdgas, Benzin und sonstigen explosionsfähigen Stoffen. Dennoch assoziieren manche Menschen Wasserstoff mit Gefahr, Zeppelinabstürzen oder gar H- Bombe. In Folge des Reaktorunfalls in Fukushima gab es Wasserstoffexplosionen, die weltweit im Fernsehen zu sehen waren. Tatsächlich ist Wasserstoff ein hochentzündliches Gas, das von der EU und auch der deutschen Gefahrstoffverordnung ist er als hochentzündlicher Gefahrstoff eingestuft ist. Dies gilt allerdings auch für Benzin- und Dieselkraftstoffe, bei denen aufgrund des Vertrauens in die Sicherheit der Anlagen, der Umgang mit diesen Stoffen zur alltäglichen Routine geworden ist. Grundsätzlich gilt: Wasserstoff schädigt nicht die Umwelt und ist (in geringen Mengen) für Menschen ungiftig. Beim Mischen mit Luft kann Knallgas entstehen, das zur Explosion gebracht werden kann (bei H2-Konzentrationen in Luft zwischen 4 und 76 Vol.%.) BZH durchlaufen strenge Prüfverfahren und Praxistests. Die Betriebssicherheit der Geräte wird wie bei allen anderen Gasgeräten oder sonstigen sicherheitsrelevanten Techniken streng und unabhängig geprüft; die in Deutschland erforderlichen Zertifikate (CE, GS, VDE, TÜV usw.) sind vorhanden. Die Wasserstoff führenden Teile der Anlage sind so konzipiert, dass ein Ausströmen sicher vermieden wird, beispielsweise durch Unterdruck: Bei Undichtigkeit würde Außenluft eingesogen, nicht aber Wasserstoff ausströmen. Die Mengen an Wasserstoff im Gerät sind sehr gering (weniger als 1 Liter zwischen Reformer und Stapel). 17/19

18 BZH - Infoblatt 4, Gruppe 3 Inselbetrieb Manche Interessenten denken, sie wären als BZH- oder KWK-Betreiber vom Stromversorger unabhängig und könnten ihren Haushalt komplett mit selbst erzeugtem Strom versorgen (das Gerät im Inselbetrieb betreiben). Bei einer Beratung sollte darauf hingewiesen werden, dass das aus sicherheitstechnischen und rechtlichen Gründen so nicht möglich und technisch auch nicht sinnvoll ist. BZH werden immer netzparallel betrieben, da die zur Verfügung gestellte Leistung ist nicht sekundengenau regelbar (an den aktuellen Bedarf anpassbar) ist (z.b. Licht ein, Licht aus) der Strombedarf im Objekt die Leistung des BHKW auch überschreiten kann zum Starten von BHKW und BZH Strom (aus dem Netz) benötigt wird. Außerdem ist ein stromgeführter Betrieb bei (geförderter) KWK nur zulässig, wenn die Wärme immer auch genutzt werden kann also auch im Sommer. Aus Sicherheitsgründen muss bei Netzausfall immer sofort eine Netztrennung erfolgen! Das Gerät selbst wird aber weiter mit Strom versorgt und erzeugt weiter Wärme, die auch genutzt werden kann. In Sonderfällen(!) ist es möglich, durch den selbst erzeugten Strom bei Netzausfall beispielsweise Alarmanlagen weiter zu betreiben. 18/19

19 Test Testaufgaben 1. Erläutern Sie das Grundprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). 2. Welches sind die wichtigsten Komponenten eines BHKW? 3. Welche Gerätetypen (Antriebe, Art der Energiewandlung) kennen Sie? Nennen Sie mindestens drei Typen. 4. Was sind die prinzipiellen Vorteile der KWK? 5. Welche Wirkungsgrade sind bei KWK zu unterscheiden? Nach welchem Wirkungsgrad werden KWK-Anlagen klassifiziert? 6. Welche zusätzlichen Systemkomponenten werden (in aller Regel) bei KWK-Nutzung in Wohngebäuden benötigt? Warum? Frage Max. Punkte Erreicht Prozent: Note: 19/19