Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen

Transkript

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, April 2012 Die absehbare Markteinführung innovativer Produkte auf Basis der 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 Thematik in die Ausbildung. Die vorliegende Lern- und Ausbildungssituation wurde im Rahmen des Projektes Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen von ausgewählten Berufsschullehrern und überbetrieblichen Ausbildern aus Niedersachsen erarbeitet. Die Lern- und Ausbildungssituation ist im Sinne der Lernortkooperation für den Einsatz sowohl in der Berufsschule als auch in der überbetrieblichen Ausbildung in den auf der nachfolgenden Seite aufgeführten Berufen vorgesehen. Inhaltlich verantwortlich für diese Prof. Dr. Manfred Hoppe Forschungsgruppe Praxisnahe Berufsbildung, Bremen Dr. Eric Manshusen Berufsschule II, Göttingen 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. 2/13

3 Lern- und Ausbildungssituationen für Anlagenmechaniker für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik Elektroniker für Gebäude- und Energietechnik Die neue Generation von KWK-Anklagen - Brennstoffzellen-Heizgeräte Anlagenmechaniker Lernfeld 9: Installieren von Wärmeerzeugern Lernfeld 15: Integrieren ressourcenschonender Anlagen in Systeme der Gebäude- und Energietechnik ÜLU: IH4/03: Gerätetechnik Wärme IH5/03. Elektro-, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik Elektroniker Lernfeld 11: ÜLU: Energietechnische Anlagen errichten, in Betrieb nehmen und in Stand setzen ETE4/04: Errichten, Prüfen und Inbetriebnahme von Energiewandlungssystemen und deren Leiteinrichtungen Unterrichtsstunden: 6 8 Quelle: Callux Basismodul 3/13

4 Einführender Überblick Hinweise und Materialien für Lehrkräfte Zur Einstimmung und Vorbereitung auf die Lern- und Ausbildungssituation Aufbau und Funktion von Brennstoffzellen-Heizgeräten werden folgende Materialien zur Lektüre empfohlen: Zukunftsfähige Energieversorgung mit Brennstoffzellen-Heizgeräten ( Die Reise in eine Brennstoffzelle ( Stationäre Brennstoffzellen. Grundlagen, Einsatzmöglichkeiten, Stand der Technik, Perspektiven ( Die Empfehlungen stehen als Download zur Verfügung. Für Lehrkräfte sind folgende Materialien vorhanden: Verlaufsplanung zur Lern- und Ausbildungssituation Aufbau und Funktion von Brennstoffzellen-Heizgeräten Lösungsvorschläge für die Präsentation der Ergebnisse der Gruppenarbeit sowie für die Aufgabenblätter zu Aufbau und Funktion eines BZH Präsentationsmethode: Museumsrundgang. Für die Weitergabe an Schüler / Auszubildende werden den Lehrkräften folgende Materialien zur Verfügung gestellt: Einführender Überblick Ausgangslage und Aufgabenstellung Arbeitsaufträge Gruppenarbeit Infoblätter für Gruppenarbeit Aufgabenblätter zu Aufbau und Funktion eines BZH. Die Lehrkräfte entscheiden, welche Materialien die Schüler / Auszubildende in welcher Reihenfolge erhalten. Für die Ausgabe an die Auszubildenden sind die Seiten 6 bis 13 vorgesehen. 4/13

5 Einführender Überblick Verlaufsplanung zur Lern- und Ausbildungssituation Aufbau und Funktion von Brennstoffzellen-Heizgeräten Phasen Inhalte / Themen / Kompetenzen Methoden / Medien Phase 1: Anlass und Aufgabenstellung Lehrervortrag Schüler lesen Pressemitteilung und sammeln Schlüsselbegriffe (EA) Schüler formulieren Fragen zu Funktion und Aufbau von BZH (PA) Ressourcenschonende Anlagen Veränderung von Geräten aufgrund technologischer und ökologischer Entwicklung berücksichtigen und bewerten Einführender Überblick mit Pressemitteilung, Ausgangslage und Aufgabenstellung, Karten, Stellwand Tafel Phase 2: Gruppenarbeit Einteilung in 3er-Gruppen Ergebnisse der Gruppenarbeit vorstellen Begriffe als Mindmap auf DIN A3 Mindmap präsentiert Grundfunktionen von Brennstoffzellen-Heizgeräten Teilfunktionen bei Brennstoffzellen-Heizgeräten Brennstoffzellentypen und ihre Vor- und Nachteile Zusammenhänge und Beziehungen darstellen Themenübersicht für die Gruppenarbeit Infoblätter für die Gruppenarbeit Pritt-Stift DINA3-Blatt Präsentation Phase 3: Ergebnissicherung Schüler bearbeiten Aufgaben 4 und 5 zu Aufbau und Funktion BZH in Einzelarbeit Schema Brennstoffzellen- Heizgerät (mit Bezeichnungen) Darstellung Funktionsweise von Brennstoffzellen Aufbau BZH, Funktion BZH Phase 4: Vervollständigung der Projektmappe Lehrer-Schüler-Gespräch: Klärung offener Fragen Vorstellung der Projektmappen Rollenspiel Kundenberatung Beratungskompetenz Vor- und Nachteile Brennstoffzellen-Heizgeräten Tafel / Stellwand / Beamer / Rollenkarten 5/13

6 Einführender Überblick Übersicht zu Brennstoffzellenheizgeräten (BZH) Quelle: Vaillant Deutschland GmbH &Co. KG Pressemitteilung: Brennstoffzellen - Risiko und Chance für das Handwerk Das Handwerk muss sich frühzeitig mit der Brennstoffzellentechnologie befassen, fordert das Fraunhofer ISI. Andernfalls droht der Verlust von Arbeitsplätzen. Brennstoffzellen liefern Strom und Wärme - damit sind die umweltfreundlichen Kraftpakete ideal zur Versorgung von Wohn- oder Bürogebäuden. Welche Konsequenzen dies für das Handwerk hat, untersucht das Fraunhofer-Institut für Systemund Innovationsforschung ( ). Auch wenn Brennstoffzellen erst gegen Ende des Jahrzehnts in größerer Zahl in Kellern Einzug halten dürften, sollten sich die Handwerksbetriebe schon jetzt damit befassen, wenn sie von der neuen Technologie profitieren wollen. Sonst besteht die Gefahr, dass die Energieversorgungsunternehmen den Handwerksbetrieben die Butter vom Brot nehmen, warnt ISI-Projektleiter Frank Marscheider- Weidemann. Derzeit sind es die Energieversorger, die bei Feldtests den Ton angeben. Denn überschüssiger Strom aus den Brennstoffzellen wird ins öffentliche Netz eingespeist. Weil solche Anlagen aber auch Wärme erzeugen, würde für die Handwerksbetriebe der lukrative Markt der Heizungsanlagen schmelzen. Das könnte zum Wegfall von Arbeitsplätzen führen. Das Handwerk könne aber gegensteuern und sogar Arbeitsplätze gewinnen, hat Marscheider-Weidemann errechnet. Voraussetzung sei allerdings, dass das Handwerk neue Geschäftsmodelle entwickle. Eine Möglichkeit ist das Contracting, das von Energieversorgern schon heute bei modernen Kraft-Wärmekopplungsanlagen praktiziert wird. Dabei muss sich der Endkunde nicht mehr um Kauf und Betrieb der Anlage kümmern, er zahlt nur für Wärme und Strom. ( ) Schon die heutige Technik der motorbetriebenen Kraft-Wärmekopplungsanlagen bietet beim Contracting interessante Chancen für das Handwerk. Quelle: Bernd Müller, /13

7 Ausgangslage und Aufgabenstellung Ausgangslage Im Rahmen von Wartungsarbeiten am Mikro-BHKW spricht Sie der Kunde auf neueste Entwicklungen in der Kraft-Wärme- Kopplung an. Angeregt durch einen Zeitungsartikel möchte er sich über Brennstoffzellen-Heizgeräte informieren. Er bittet Sie um Informationen zum Aufbau und zur Funktion von Brennstoffzellen-Heizgeräten. Aufgabenstellungen 1. Untersuchen Sie die oben stehende Pressemitteilung auf Schlüsselbegriffe und unterstreichen Sie diese (EA). Brennstoffzellen-Heizgerät im Schnittbild Quelle. Vaillant Deutschland GmbH &Co. KG 2. Formulieren Sie auf der Grundlage der Schlüsselbegriffe Fragen, deren Beantwortung dem Kunden einen Überblick über Aufbau und Funktion eines Brennstoffzellen-Heizgerätes verschaffen würde (PA). 3. Brennstoffzellen-Heizgeräte sind in Aufbau und Funktion unterschiedlich. Erarbeiten Sie diese Themen (Arbeitsauftrag siehe nächste Seite). 4. Strukturieren Sie anschließend die in der Tabelle aufgelisteten Begriffe in einer Mindmap auf einem DIN-A3-Blatt (GA). Verwenden Sie dabei die folgenden Hauptastbeschriftungen: 1) Funktion Brennstoffzelle 2) Energieformen 3) Unterscheidung Motor-BHKW 4) Systemkomponenten 5) Brennstoffzellentypen 6) Vorteile 7) Nachteile. 1. konstanter Strom 2. elektrische Energie 3. Reformer 4. gleichbleibende Spannung 5. Wärmeenergie 6. Brennstoffzellen-Stack 7. wasserstoffhaltige Energieträger 8. bessere Heizwert-Nutzung 9. Wärmetauscher 10. Erdgas 11. herkömmliche BHKW 12. Wechselrichter 13. chemische Energie 14. Verbrennung 15. Wasserstoff 16. Kohlenmonoxid 17. PEMFC 18. umweltschonend 19. Kohlendioxid 20. SOFC 21. modulare Bauweise 22. kalte Verbrennung 23. geringer Verschleiß 24. zukunftsorientiert 25. Umkehrung der Elektrolyse 26. hoher Wirkungsgrad 27. hohe Investitionskosten 28. Niederspannungs-Gleichstrom 29. hohe Lebensdauer 30. Anwärmzeit notwendig 31. teurer Reformer 32. geringe Lebensdauer der Membrane 7/ zeitabhängige Leistungsminderung 5. Bearbeiten Sie das Arbeitsblatt zum Aufbau eines Brennstoffzellenheizgerätes (A/S.12). 6. Bearbeiten Sie das Arbeitsblatt zur Funktion der Brennstoffzelle (A/S.13). 7. Beantworten Sie die von Ihnen unter 2. formulierten Fragen, insofern diese bis hierher noch nicht hinreichend bearbeitet sind. Hinweise Arbeitsmaterialien: Infoblätter, Arbeitsblätter, Tabellenbuch (Westermann). Arbeitsergebnis: Erstellung einer Info-Mappe.

8 Arbeitsauftrag Gruppenarbeit Bearbeiten Sie folgende Aufgabenstellungen möglichst selbstständig in der vorgegebenen Zeit. Arbeitsschritt Aufgabenstellung 1 2 Lesen Sie das Infoblatt und unterstreichen Sie Schlüsselbegriffe. Notieren Sie unbekannte Begriffe. Sozialform Arbeitszeit EA 20' Vergleichen Sie in der Expertengruppe die Inhalte Ihrer Notizen. Suchen Sie Gemeinsamkeiten. Diskutieren Sie GA Unterschiede. Ergänzen Sie Fehlendes. 15' Erläutern Sie Ihren Mitschülern im Dreiergespräch Ihr Expertenthema. Die Benutzung des Spickzettels ist erlaubt. 3 GA Sie dürfen sich Notizen machen und Rückfragen stellen. 20' Klären Sie unbekannte Begriffe! 4 PL 10' EA = Einzelarbeit, PA = Partnerarbeit, GA = Gruppenarbeit, PL = Plenum / Klasse Expertengruppe A: Gesamtfunktion eines Brennstoffzellen-Heizgerätes 1. Beschreiben Sie die Funktion einer Brennstoffzelle. 2. In welche Energieformen wird die der Brennstoffzelle zugeführte Energie (z. B. Erdgas) umgewandelt? 3. Wodurch unterscheiden sich Brennstoffzellen-Heizgeräte von herkömmlichen Wärmekraftmaschinen? Expertengruppe B: Teilfunktionen einzelner Komponenten 1. Zählen Sie die wesentlichen Systemkomponenten eines Brennstoffzellen-Heizgerätes auf. 2. Welche Aufgabe hat der Reformer? 3. Beschreiben Sie die chemischen Vorgänge, die in einer Brennstoffzelle ablaufen. Expertengruppe C: Brennstoffzellentypen und ihre Vor- und Nachteile 1. Welche Brennstoffzellentypen eignen sich für den Einsatz als Brennstoffzellen-Heizgerät? 2. Nennen Sie jeweils Vor- und Nachteile von Brennstoffzellentypen. 8/13

9 Grundlagen Mini-Blockheizkraftwerke Infoblatt für Expertengruppen (Blatt 1) Quelle: Anlagenmechanik für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik Lernfelder 9-15, 1.Auflage 2005, Westermann-Verlag 9/13

12 Aufbau eines Brennstoffzellenheizgerätes Aufgabe 5: Der Kunde möchte von Ihnen anhand eines Schemas den Aufbau eines Brennstoffzellen-Heizgerätes erklärt bekommen. Leider fehlen noch die Fachbezeichnungen. Ordnen Sie als Fachkraft die folgenden Begriffe dem leeren Schema richtig zu, damit sie dem Kunden den Aufbau erklären können. Begriffe: Erdgas, Luft, Abgas, Prozessgas, Brennstoffzellenstapel (Stack), Inverter, Brenner, Wärmeübertrager, Gasaufbereitung, Gleichstrom, Abluft, Restgas, Strom, Wärme I, Wärme II, Abluft, Wechselstrom Schema des Brennstoffzellenheizgerätes: 12/13

13 Funktion der Brennstoffzelle Aufgabe 6: Die Umwandlung der chemischen Energie in elektrische Energie findet im Brennstoffzellenstapel (Stack) statt. Der Kunde möchte von Ihnen wissen, wie dieser Vorgang funktioniert (Wasserstoff H 2 elektrischer Strom und Wasser H 2 O). Beschreiben Sie die Funktion der Brennstoffzelle. Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 13/13