Brennstoffzelle vom Feldtest bis zur Praxis

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1 Brennstoffzelle vom Feldtest bis zur Praxis Marek Preißner Marek Preißner

2 Das Projekt Das Projekt wurde am 23. September 2008 im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung mit Beteiligung des damaligen Bundesministers Tiefensee und Vertretern der beteiligten Unternehmen gestartet.

3 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 3

4 Die Callux-Projektpartner Energieversorgungsunternehmen: EnBW, E.ON Ruhrgas, EWE ENERGIE, MVV Energie, VNG AG installieren und betreiben bereits seit Jahren Brennstoffzellen-Heizgeräte, können gemeinsam eine Installations- und Betriebserfahrung von über 250 Anlagen aufweisen. 4

5 Die Callux-Projektpartner Hersteller: Baxi Innotech, Hexis, Vaillant in Deutschland tätige Know-how-Träger in der Entwicklung von Brennstoffzellen-Heizgeräten Technologie: PEM und SOFC (1 kw el ) weisen mehrjährige Betriebserfahrung mit weit über 250 Anlagen auf Projektkoordinator: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung umfangreiche Erfahrungen in der Bearbeitung und Abwicklung von Förderprojekten 5

6 Brennstoffzellen-Heizgeräte 6

7 Der Praxistest Der Praxistest findet vor allem in Privathaushalten in ausgewählten Regionen Deutschlands statt. Die EVU erwerben, installieren und betreiben unabhängig voneinander die Brennstoffzellen- Heizgeräte. Der Praxistest ist in drei Phasen aufgeteilt, die durch Assessments abgegrenzt sind. Für den Praxistest liegen einheitliche Feld- Zielwerte vor, die für alle Hersteller identisch sind. 7

8 Der Projektverlauf Praxistest Förderphase 1 Förderphase 2 Förderphase 3 Begleitende Maßnahmen Förderphase 1 Förderphase Installation und Betrieb von BZH Bearbeitung der Begleitenden Maßnahmen 8

9 Avisierte Brennstoffzellen-Heizgeräte (kumulierte Installationen) Bis Ende 2013 sollen bis zu 560 Brennstoffzellen-Heizgeräte im Praxistest Callux installiert und zum Teil bis 2015 betrieben werden. 9

10 Regionale Schwerpunkte Aktuelle Projekte unter: 10 Die Häusergröße deutet an, wie viele Projekte an einem Ort umgesetzt werden.

11 Beispielprojekte Einfamilienhaus in Ötisheim (Baden-Württemberg) Kindertagesstätte in Oberderdingen (Baden-Württemberg) 11

12 Beispielprojekte Einfamilienhaus in Mannheim (Baden-Württemberg) Einfamilienhaus in Müncheberg (Brandenburg) 12

13 Beispielprojekte Einfamilienhaus in Westoverledingen (Niedersachsen) 13

14 Objekte VNG mit den SW Weißenfels mit der EVH mit den SW Rostock mit der EMB 14

15 Objekte VNG mit der EV Apolda Heizraum Ölkessel Brennstoffzelle mit Zusatzheizgerät und Speicher Gasanschluß 15

16 Inhalte der begleitenden Maßnahmen AP1: Marktpartner Entwicklung eines Ausbildungsmoduls für die Qualifikation von Handwerkspartnern AP2: Marktforschung Analyse von Anforderungsprofilen und Markteintrittsbarrieren AP3: Infrastruktur Entwicklung einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikation von Brennstoffzellen-Heizgeräten mit Energiemanagementsystemen 16

17 Inhalte der begleitenden Maßnahmen AP4: Kommunikation gemeinsame übergeordnete Kommunikation der Konsortialpartner AP5: Wissenschaftliche Begleitung Bearbeitung gemeinsamer wissenschaftlicher Fragestellungen, die die Durchführung und Auswertung des Praxistests betreffen AP6: Projektkoordination Unterstützung der Konsortialpartner durch den Projektkoordinator ZSW 17

18 Beispiele für die begleitenden Maßnahmen: AP1 Marktpartner Informationsprogramm Brennstoffzellen-Heizgeräte 18

19 Beispiele für die begleitenden Maßnahmen: AP2 Marktforschung BZH sind innovativ, umweltfreundlich, unterstützen Energiewende, helfen Sparen Ein Brennstoffzellen-Heizgerät stimme voll und ganz zu stimme zu stimme eher zu stimme eher nicht zu stimme überhaupt nicht zu Top-2- Box Werte Low-2-Box Werte ist eine innovative Technik % 1% ist umweltfreundlich % - leistet einen Beitrag zur Energiewende in Deutschland % - ist effizienter als herkömmliche Heizgeräte % 3% bringt eine Vergütung für den eingespeisten überschüssigen Strom.* % 10% spart Kosten % 6% deckt den Wärmebedarf komplett ab % 13% macht unabhängiger von Energieversorgern % 28% deckt den Strombedarf komplett ab % 26% Befragung von Callux-Feldtestkunden im Mai 2012, Angaben in % 19

20 Beispiele für die begleitenden Maßnahmen: AP2 Marktforschung Anteil sehr zufriedener Nutzer auf drei Viertel angestiegen Pilotstudie n = Welle n = Welle n = Welle n = Top-2-Box Middle-Box Bottom-2-Box Nun zu Ihren bisherigen Erfahrungen mit dem Brennstoffzellen-Heizgerät ganz allgemein. Wie zufrieden sind Sie mit dem Brennstoffzellen-Heizgerät? Befragung von Callux-Feldtestkunden zwischen Januar 2011 und Mai 2012, Angaben in % 20

21 Beispiele für die begleitenden Maßnahmen: AP3 Infrastruktur Die Callux-Box: Zielsetzung Die Callux-Box stellt die standardisierte Kommunikationsschnittstelle zur Brennstoffzelle dar und ermöglicht einen Fahrplanbetrieb. Durch die Normierung und Standardisierung der Schnittstelle soll eine Vielzahl von unterschiedlichen Anlagentypen verschiedener Herstellern betrieben werden können. Durch das durchgängige Informationsmanagement sinken langfristig die Entwicklungskosten und potenzielle Fehlerquellen bei der Messwertübertragung verringern sich. 21

22 Beispiele für die begleitenden Maßnahmen: AP4 Kommunikation Interaktive Projektkarte unter 22

23 Kostenentwicklung BZH Mittelwerte über alle Hersteller) Kostenentwicklung Geräte [%] Kostenentwicklung Plan Kostenentwicklung Ist Gerätegeneration 1 Gerätegeneration 2 Gerätegeneration 3 Im Laufe des Projektes konnten die Gerätekosten um etwa 60 % reduziert werden. 23

24 Kostenentwicklung Service/Ersatzteile (Mittelwerte über alle Hersteller) Kostenentwicklung Geräteservice [%] Kostenentwicklung Plan Kostenentwicklung Ist Gerätegeneration 1 Gerätegeneration 2 Gerätegeneration 3 Im Laufe des Projektes konnten die Kosten für Geräteservice und Ersatzteile um etwa 90 % reduziert werden. 24

25 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 Die Anzahl der Serviceeinsätze zur Störungsbehebung wurden deutlich reduziert. Die Zuverlässigkeit der Hauptkomponenten Stack und Reformer konnte deutlich verbessert und die Anlagenverfügbarkeit auf bis zu > 97 % gesteigert werden. 25

26 Wirkungsgrade (CE-Prüfnorm) Wirkungsgrade (Mittelwerte, alle Hersteller) CE-Wirkungsgrad [%] Gerätegeneration 1 Gerätegeneration 2 Gerätegeneration 3 33,1 28,8 29,8 84,9 Motor-BHKW ~ 26 % 88,2 96,3 10 Stirling-BHKW ~ 15 % 0 elektrisch gesamt bezogen auf unteren Heizwert, H u Die Wirkungsgrade konnten sukzessive auf el. Wirkungsgrade > 33% und Gesamtwirkungsgrade > 96 % gesteigert werden. 26

27 Nutzungsgrade *) Nutzungsgrad Wirkungsgrad! inkl. aller Einflüsse im Praxisbetrieb - Volllast-/Teillastbetrieb - Stromverbrauch Zusatzheizgerät und externe Heizkreisregelung - Schwankungen Vor-/ Rücklauftemperatur Nutzungsgrad gesamt [%] Nutzungsgrade brutto*) (alle Anlagen, Betrachtungszeitraum Feldtesteinsatz) 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. 27

28 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. 28

29 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 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 29

30 Aktueller Stand Brennstoffzellen 30 Seite 30

31 BZH von Baxi Innotech: GAMMA PREMIO KWK-Teil Typ Niedertemperatur PEM-Brennstoffzelle (70 C) Leistung (el/th) max. 1,0 kwel/1,87 kwth Modulation ca % P eln Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) 34 % Gesamtwirkungsgrad ~ 96 % Integriertes Zusatzheizgerät Typ Brennwertgerät Leistung 3,5-15 kw oder 3,5-20 kw Normnutzungsgrad 109 % (ηn bei 40/30 C) Gesamtgerät: Gesamtwirkungsgrad > 97 % (nach EN bei VL/RL 60/40 C) Größe (mm), L x B x H 600 x 600 x 1515 Gewicht ca. 235 kg Gehäuse lackiert, vollgekapselt Erdgasdruck 20/25 mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz Netzunabhängiger Betrieb: Inselbetrieb nachrüstbar Betriebsart stromgeführt, wärmegeführt, Energiemanager geregelt, zentral gesteuert (virtuelles Kraftwerk) 31 Seite 31

32 .GAMMA PREMIO mit Speicher und Hydraulikmodul Trinkwasserspeicher Speicherkapazität: 300 l Hydraulikmodul Größe (mm), L x B x H 186 x 518 x 1556 Kompakte Aufstelleinheit mit Trinkwasserspeicher Seite 32

33 .GAMMA PREMIO Beschriftung für einfaches Plug & Play Seite 33

34 BZH von Viessmann / Hexis: Galileo 1000N KWK-Teil Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Leistung (el/th) 1,0 kwel/1,8 kwth Modulation % Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) % Gesamtwirkungsgrad ~ 95 % (bei 40/30 C) Schallemission: 30 db(a) Brennstoff: Erdgas, Bio-Erdgas Integriertes Zusatzheizgerät Typ Brennwertgerät Leistung 4-18 kw Normnutzungsgrad 109 % (ηn bei 40/30 C) Gesamtgerät Gesamtwirkungsgrad > 95 % (nach EN bei VL/RL 60/40 C) Größe (mm), L x B x H 620 x 580 x 1640 mm Gewicht ca. 170 kg Gehäuse lackiert, vollgekapselt Erdgasdruck mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt, Steuerung auch über Fernzugriff 34 Seite 34

35 BZH von Viessmman: VITOVALOR P Technische Werte Typ Niedertemperatur-PEM Leistung (el/th) max. 0,75 kwe l/ 1 kwth Einsatzbereich EFH im Neubau (EnEV 2009) Brennstoff Erdgas el. Wirkungsgrad (Hu) ca. 37 % Gesamtwirkungsgrad KWK > 90 % (bei trl < 40 C) Gerätedaten µkwk Größe (mm), L x B x H (BZH) 480 x 480 x 1650 Gewicht (BZH) 110 kg Gehäuse lackiert, voll gekapselt Erdgasdruck mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz (einphasig) Betriebsart Zusatzheizgerät Typ wärmegeführt, vollautomatischer Start- Stopp; Steuerung und Betriebsinformation über Fernzugriff Brennwertgerät; 19 kw Speicher Typ Kombispeicher 170 l / 46 l WW integriert Viessmann / Panasonic PEMFC-µKWK 35 Seite 35

36 BZH von Vaillant in Kooperation mit IKTS 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), L x B x H 600 x 625 x 986 Gewicht ca. 150 kg Gehäuse lackiert, voll gekapselt Erdgasdruck mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt, Steuerung auch über Fernzugriff Externes Zusatzheizgerät Typ Brennwertheizgerät Leistung je nach Bedarf konfigurierbar Normnutzungsgrad 109 % ( ηn bei 40/30 C) 36 Seite 36

37 BZH BOSCH Buderus Logapower FC 10 BZE ZHG KWK-Teil Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)/ Fa. Aisin Leistung (el/th) 0,7 kwel/ 0,7 kwth Modulation % Brennstoff Erdgas el. Wirkungsgrad (Hu) ~ 45 % Gesamtwirkungsgrad ~ 90 % Schallemission: 30 db(a) Brennstoff: Erdgas, Bio-Erdgas Energiezentrale ZHG Gas - Brennwertgerät Leistung 14 bzw. 24 kw Warmwasserspeicher 75 l Pufferspeicher 150 l Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt Ausführung kompakt; platzsparende Anordnung aller Komponenten Pufferspeicher Schichtenladespeicher 37 Seite 37

38 BZH BOSCH Junkers FC 10 KWK-Teil Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)/ Fa. Aisin Leistung (el/th) 0,7 kwel/ 0,7 kwth Modulation % Brennstoff Erdgas el. Wirkungsgrad (Hu) ~ 45 % Gesamtwirkungsgrad ~ 90 % Schallemission: 30 db(a) Brennstoff: Erdgas, Bio-Erdgas Energiezentrale ZHG Gas - Brennwertgerät Leistung 14 bzw. 24 kw Warmwasserspeicher 75 l Pufferspeicher 150 l Betriebsart wärmegeführt, Energiemanager geregelt Ausführung kompakt; platzsparende Anordnung aller Komponenten 38 Seite 38

39 BZE von Elcore - Elcore 2400 Technische Werte Typ Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) Leistung (el/th) 300 W / 600 W Einsatzbereich EFH Brennstoff Erdgas el. Wirkungsgrad (Hu) ~ 30 % Gesamtwirkungsgrad KWK ~ 98 % Gerätedaten Größe (mm), LxBxH 500 x 500 x 900 Gewicht ca. 60 kg Gehäuse lackiert, voll gekapselt Erdgasdruck mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz Betriebsart Grundlastversorgung mit 100% Eigenverbrauch Externes Zusatzheizgerät Typ Bestandsgerät/Bestandsanlage 39 Seite 39

40 BZE von CFC - Blue Gen Technische Werte Typ Leistung (el/th) Einsatzbereich Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) max. 1,5 kwel/0,6 kwth alle Wohngebäude, Gewerbe, Hotel Brennstoff Erdgas, Bioerdgas el. Wirkungsgrad (Hu) bis 60 % Gesamtwirkungsgrad KWK ca. 85 % Gerätedaten Größe (mm), LxBxH 660 x 600 x Gewicht ca. 195 kg Gehäuse lackiert, voll gekapselt Erdgasdruck mbar (EN 437) Elektrischer Anschluss 230 V/50 Hz Betriebsart Externes Zusatzheizgerät Typ Ertragsoptimiert; modulierbar Steuerung auch über Fernzugriff Bestandsgerät/Bestandsanlage 40 Seite 40

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