Technologiestatus und Aktivitäten zur Marktvorbereitung von Brennstoffzellen-Mikro-KWK

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Tomas Feld
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1 Technologiestatus und Aktivitäten zur Marktvorbereitung von Brennstoffzellen-Mikro-KWK Alexander Schuler, Hexis 11. Jahrestreffen des Netzwerks Brennstoffzelle und Wasserstoff NRW, Düsseldorf, Dez. 2011

2 Inhalt Ziele und Rolle der IBZ Marktvorbereitung: Projekt Callux Beispiel: Galileo 1000 N (Hexis)

3 IBZ im Dialog 3 Brennstoffzellen-Heizgeräte bieten unter Klimagesichtspunkten Vorteile Vorteile Hoher Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent, CO 2 -Einsparung von 25 bis 35 Prozent gegenüber zentraler Stromerzeugung und Brennwerttechnik. 3

4 IBZ im Dialog 4 Die Projektziele der IBZ Vorbereitung der Markteinführung von Brennstoffzellen- Heizgeräten für Ein- und Zweifamilienhäuser Demonstration und Unterstützung der Weiterentwicklung der technischen Reife hin zu marktfähigen Produkten Aufbau von Lieferketten durch verbindliche Bestellungen großer Stückzahlen Steigerung der Bekanntheit in der Öffentlichkeit Weiterentwicklung von Konzepten zur Einbindung in die Versorgungsstrukturen Schulung / Weiterbildung der Marktpartner Validierung der Anforderungen gegenüber Markt und Kunden Förderung der Wertschöpfung in Deutschland 4

5 IBZ im Dialog 5 Brennstoffzellen-Heizgeräte unterstützen die Ziele der Politik CO 2 -Einsparungen zwischen 25 und 35 Prozent realisierbar Attraktive Wertschöpfung sowie Schaffung von Arbeitsplätzen am Technologiestandort Deutschland Wichtige Optionen: Bio-Erdgas im Erdgasnetz sowie Nutzung von Wasserstoff Dezentrale Energieversorgung trägt zur Vielfalt der Energieversorgung bei

6 IBZ im Dialog 6 Die Mitglieder der IBZ Ab auch Fa. Elcore 6

7 IBZ im Dialog 7 Einordnung von Brennstoffzellen-Heizgeräten in die Geräteentwicklung Mehr Effizienz und Klimaschutz Mikro-KWK Brennstoffzellen Brennwerttechnik & Solar Marktstart: 2013/14 Gaswärmepumpe Brennwerttechnik Marktreife Marktstart: Heute Innovation Zukunftstechnik

8 Inhalt Ziele und Rolle der IBZ Marktvorbereitung: Projekt Callux Beispiel: Galileo 1000 N (Hexis)

9 Projekt Callux: Die Projektziele Vorbereitung der Markteinführung erdgasbetriebener Brennstoffzellen-Heizgeräte Demonstration und Unterstützung der Weiterentwicklung der technischen Reife hin zu marktfähigen Produkten Aufbau von Lieferketten durch verbindliche Bestellungen großer Stückzahlen Steigerung der Bekanntheit in der Öffentlichkeit Weiterentwicklung von Konzepten zur Einbindung in die Versorgungsstrukturen Schulung / Weiterbildung der Marktpartner Validierung der Anforderungen gegenüber Markt und Kunden Förderung der Wertschöpfung in Deutschland 9 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

10 Flottenbestand und -entwicklung Geräteinstallationen (alle Hersteller und EVU) Anzahl *) HJ HJ HJ HJ HJ HJ 2011 Gesamt Plan Ende *) größtenteils bereits ausgeliefert Die Installationszahlen wurden kontinuierlich gesteigert; Insgesamt wurden bislang 206 Callux-Anlagen im Feld betrieben 10 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

11 Kumulierte Betriebsdaten Kumulierte Betriebsstunden und kwhe (alle Hersteller und EVU) Kumulierte Betriebsstunden; kwhe Betriebsstunden produzierte kwhe 2. HJ HJ HJ HJ HJ HJ 2011 Gesamt Stand 06/2011 Bis Juni 2011 wurden fast Stunden Betriebserfahrung im Feld gesammelt und dabei über kwh Strom produziert 11 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

12 Geräteservice Serviceeinsätze (Mittelwerte, alle Anlagen) Serviceeinsätze / 1000h Betrieb 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-38% Gerätegeneration 1 Gerätegeneration 2 Zeitraum 08/ /2011 Die Anzahl der Serviceeinsätze zur Störungsbehebung wurden deutlich reduziert; die Zuverlässigkeit der Hauptkomponenten Stackund Reformer konnte deutlich verbessert und die Anlagenverfügbarkeit auf bis zu > 97 % gesteigert werden 12 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

13 Wirkungsgrade (CE-Prüfnorm) Wirkungsgrade (Mittelwerte, alle Hersteller) CE-Wirkungsgrad [%] Gerätegeneration 1 Gerätegeneration 2 Gerätegeneration 3 33,1 28,8 29,8 Motor-BHKW ~ 26 % Stirling-BHKW ~ 15 % 84,9 88,2 96, elektrisch gesamt bezogen auf unteren Heizwert, H u Die Wirkungsgrade konnten sukzessive auf el. Wirkungsgrade > 33% und Gesamtwirkungsgrade > 96 % gesteigert werden 13 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

14 Nutzungsgrade 100 Nutzungsgrade brutto*) (alle Anlagen, Betrachtungszeitraum Feldtesteinsatz) *) Nutzungsgrad Wirkungsgrad! inkl. aller Einflüsse im Praxisbetrieb - Volllast-/Teillastbetrieb - Stromverbrauch Zusatzheizgerät und externe Heizkreisregelung - Schwankungen Vor-/Rücklauftemp. Nutzungsgrad gesamt [%] Gerätegeneration 1 Gerätegeneration bezogen auf unteren Heizwert H u Nutzungsgrad elektrisch [%] Zeitraum 08/ /2011 Die Nutzungsgrade der Anlagen wurden weiter verbessert und dabei elektrische Nutzungsgrade > 30 % und Gesamtnutzungsgrade > 95 % nachgewiesen 14 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

15 CO 2 -Einsparpotentiale Prozentuale CO 2 -Einsparpotentiale *) CO2-Emissionen [%] > 30% Niedertemperaturkessel Brennwertkessel Brennstoffzellen-Heizgerät *) Berechnung nach Stromrestwertmethode Die Brennstoffzellen-Heizgeräte setzen den Trend der CO 2 - Minderungen moderner Gastechniken fort 15 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

16 Weitere qualitative Fortschritte Deutliche Reduktion von Geräteabmessungen und gewicht (bis zu 50 %) Bestätigung niedrige Schadstoff- und Lärmemissionen Zunehmende Vereinfachung der Installation in die vorhandene Haustechnik Deutliche Reduzierung der Wartungseinsätze Erhöhung der jährlichen Betriebszeiten durch bedarfsgerechte Modulation und Erhöhung der Stromkennzahl Stacklaufzeiten von ca h in den 2-jährigen Feldtests nachgewiesen Weitere Senkung der Stack-Degradationsraten auf bis zu < 0,2 % pro 1000 h 16 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

17 Ausblick Ab 2012 beginnt die letzte Feldtestphase mit einer weiteren deutlichen Steigerung der Installationszahlen Die Fa. Vaillant bringt ab sofort ebenfalls Geräte in den Feldtest ein Die Ausweitung der Feldtests ist Basis für eine weitere technologische Verbesserung der Anlagen (Effizienz, Verfügbarkeit, Installation, ) sowie des Anlagenservice und der Lieferketten Die begleitenden Maßnahmen zur Vorbereitung der Markteinführung (Marktforschung, Marktpartnerschulung, Datenaustausch, Kommunikation) werden kontinuierlich fortgeführt Der Markteintritt der Technologie wird zwischen 2013 und 2015 erwartet 17 Callux Praxistest Projektübersicht, Aktivitäten und Ausblick

18 Inhalt Ziele und Rolle der IBZ Marktvorbereitung: Projekt Callux Beispiel: Galileo 1000 N (Hexis)

19 Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N Aufbau SOFC C Gebäude-Integration SOFC-Stack Brennstoffzellenmodul Brennstoffzellen-Heizgerät Seite 19 26

20 Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N Prinzipschema Erdgas Luft Erdgas Luft Brennstoffzellen-Heizgerät Brennstoffzelle Zusatzbrenner Heizgas ZB Wärmetauscher Heizgas BZ Strom Wärme Abgas Seite 20 26

21 Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N Spezifikationen Brennstoffzelle Elektrische Leistung Thermische Leistung Elektrischer Wirkungsgrad Gesamt-Wirkungsgrad Betrieb Emissionen Zusatzbrenner Thermische Leistung Betrieb Gesamtwirkungsgrad Gesamtes Gerät Jährliche Betriebsdauer Grösse Gewicht 1 kwel (AC, netto) 1.7 kwth % (AC, netto) 95 % (Hu, T RL = 30 C) modulierend NOx/CO < 30 mg/kwh Schall < 30 db(a) 5-20 kwth modulierend 105 % (Hu, T RL = 30 C) h/a ~ 640 x 560 x 1640 mm 170 kg Seite 21 26

22 Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N Kennzahlen aus dem Feld Kennzahl BZH Verhältnis Gasbedarf BZ zu Gasbedarf vom BZH Wärmedeckungsgrad durch BZ, inkl. TWW Stromdeckung Hausbedarf Stromüberschuss (Einspeisung) Thermischer Nutzungsgrad (nur Nutzwärme, inkl. Speicherverluste und ZB) Elektrischer Nutzungsgrad (AC,netto) Gesamtnutzungsgrad Jahresstromproduktion (AC,netto) Wert 80 % 70 % 90 % 30 % 56.4 % 29.7 % 86.1 % kwh/a Bemerkungen Messwerte aus Heizperiode 2010/11 aufgenommen im Niedrigenergiehaus (also einem eher ungünstigen Objekt) alle Werte auf HU bezogen Seite 22 26

23 Brennstoffzellen-Heizgerät Galileo 1000 N Lebensdauer & Zuverlässigkeit Lebensdauer Zellenstapel Langläufer bei mehr als Betriebsstunden D. anpassen Leistungsabnahme bei ca %/1 000h Ausblick 2013 Lebensdauer h bei 0,5 %/1 000h Stacktemp ( C), el. power output (W) Degradation (P) 1.6%/1000h T_Stack PV p_el [W] Gasinput [W] Gasinput (W) Date / operating hours Zuverlässigkeit Verfügbarkeit 98% bis > 99% Anzahl Störungen < 0.5 /1 000h (grösstenteils ohne Auswirkungen für Endkunden durch Remote-Zugriff und Behebung) Die technische Marktreife ist greifbar! Seite 23 26

24 Markt Kooperation Zusammenarbeit im Bereich der stationären, Erdgas-betriebenen Brennstoffzellen in der Anwendung für Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser Art der Zusammenarbeit Vertrieb von Brennstoffzellen-Heizgeräten Aufbau einer gemeinsamen Service-Organisation Entwicklungsarbeit Beschaffung von Komponenten und Bauteilen Seite 24 26

25 Fazit Technische Marktreife rückt in greifbare Nähe Demonstrationsprojekte dienen der statistischen Absicherung des technischen Standes Begleitende Massnahmen als wichtiger Teil zur Vorbereitung der Markteinführung Markteintritt wird zwischen 2013 und 2015 erwartet Politische Unterstützung für Markteinführung notwendig (Technologie-Einführungsprogramm)

26 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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