13. Jahrestreffen des Netzwerks Brennstoffzelle und Wasserstoff

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1 Hauptversammlung , Heek Christian Grotholt Vorstandsvorsitzender 2G Energy AG 13. Jahrestreffen des Netzwerks Brennstoffzelle und Wasserstoff Einsatz von Wasserstoff in motorbetriebenen KWK-Anlagen neue Potentiale mit etablierter Technologie Frank Grewe

2 Agenda 1. Vorstellung 2G Energy AG 2. Wasserstoffverbrennung im Stationärmotor - Einfluss Gasarten auf Verdichtungsverhältnis / Motormechanik - Einfluss Gasarten auf Lambda / Gemischbildung - Leistungsdaten, Produkte und Kosten - Rolle der KWK in der Energiewende 3. Praxisanwendungen 4. Fazit 2

3 Agenda 1. Vorstellung 2G Energy AG 2. Wasserstoffverbrennung im Stationärmotor - Einfluss Gasarten auf Verdichtungsverhältnis / Motormechanik - Einfluss Gasarten auf Lambda / Gemischbildung - Leistungsdaten, Produkte und Kosten - Rolle der KWK in der Energiewende 3. Praxisanwendungen 4. Fazit 3

4 Eckdaten der 2G Energy AG Gründung Hauptsitz in Heek / Münsterland Hersteller von erdgas- und biogasbetriebenen Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bis kw elektrischer Leistung Solution Provider: Entwicklung, Projektierung, Produktion, Vertrieb, Service Umsatz 2012: 147 Mio. EUR 470 Mitarbeiter weltweit ca Anlagen in mehr als 20 Ländern installiert 2G Drives GmbH als eigenständiges Tochterunternehmen für Anlagen und Motorenentwicklung seit 2010 Höchste Wirkungsgrade im Bereich bis 500kW 4

5 Agenda 1. Vorstellung 2G Energy AG 2. Wasserstoffverbrennung im Stationärmotor - Einfluss Gasarten auf Verdichtungsverhältnis / Motormechanik - Einfluss Gasarten auf Lambda / Gemischbildung - Leistungsdaten, Produkte und Kosten - Rolle der KWK in der Energiewende 3. Praxisanwendungen 4. Fazit 5

6 Vergleich Gasarten Methanzahl Heizwert Methanzahl [-] ,9 5,2 3, Heizwert [kwh/nm³] Erdgas Schwachgas (52% CH4 und Rest CO2) 0 Wasserstoff 0 Ziel Motorenentwicklung: Erreichung eines möglichst hohen Verdichtungsverhältnisses. Die von 2G entwickelte Kolbengeometrie für agenitor Motoren ermöglicht eine einfache, individuelle Anpassung des Verdichtungsverhältnisses auf die jeweilige Gasart. 6

7 Vergleich Gasarten Lambda Temperatur [ C] ,1 CH 4 C 3 H 8 H 2 0 CH 4 C 3 H 8 H 2 Zündgrenzen Selbstentzündungstemperatur Quelle: PGES GmbH 7

8 Vergleich Gemischbildung - Konventionell Gas Verdichter Luft Drosselklappe Gasmischer Motor Generator Turbine Konventionelle Gemischbildung: äußere Gemischbildung schon vor der Verdichtung im Turbolader mittels eines regelbaren Venturi- Gasmischers Gasmischer: Flowmix65 8

9 Vergleich Gemischbildung hohe H2 Gehalte äußere Gemischbildung kurz vor dem Brennraum Kooperation mit der FH Münster CFD Analyse Gemischbildung MPI Port Injection: Gaseinblasventil Hoerbiger 9

10 Leistungsdaten 2G Motor Wirkungsgrad [%] 95,0 85,0 75,0 65,0 55,0 45,0 35,0 81,0 45,6 35,4 Wasserstoffbetrieb 86,2 84,0 48,5 37,7 38,6 85,2 86,5 45,4 46,5 47,2 Emissionen [mg/nm³] Wirkungsgrad [%] 38,6 39, ,0 85,0 75,0 65,0 55,0 45,0 35,0 32,3 33,7 Erdgasbetrieb 87,3 84,1 86,4 52,5 50,3 49,4 48,9 37,0 Emissionen < 500mg/Nm³ 80 88, , mechanischer Wirkungsgrad thermischer Wirkungsgrad gesamt Wirkungsgrad NOx Emissionen 25, Leistung [kw mech.] 0 25, Leistung [kw mech.] 0 Zündzeitpunkt: 14 vot Lambda > 3 Mitteldruck max.: 8,1bar Gasraildruck: 1,0 1,9barü Abgaskühlung: 120 C Heizkreis VL/RL: 90 / 70 C Zündzeitpunkt: 16 vot Lambda: 1,6 Mitteldruck max.: 13,0bar Gasvordruck: mbar Abgaskühlung: 120 C Heizkreis VL/RL: 90/70 C 10

11 Leistungsdaten 2G Motor Padd Lastaufschaltdiagramm Inselbetrieb Pakt Lastaufschaltung im Inselbetrieb nach Toleranzklasse A2 11

12 Produkte für Wasserstoffverstromung Produkt 306 Wasserstoff* Elektrische Leistung Elektrischer Wirkungsgrad Thermische Leistung Thermischer Wirkungsgrad 312 Wasserstoff* [kw] [%] [kw] [%] * muss projektspezifisch ermittelt werden 2G Wasserstofftechnologie: hoher Mitteldruck angepasstes Verdichtungsverhältnis Gasart Verdichtungsverhältnis Wasserstoff 11:1 Syngas 12,5:1 Erdgas 13,5:1 Biogas 14,8:1 12

13 Spezifische Kosten Investitionskosten in pro kwel. Erdgas BHKW H2 BHKW Brennstoffzelle Erdgas BHKW H2 BHKW Wartungskosten in Ct. pro kwel. Brennstoffzelle Keine Angabe der Wartungskosten 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Geringe Wartungskosten: Standard Motorenbauteile in großen Stückzahlen am freien Markt verfügbar Lebensdauer größer Bh 13

14 Rolle der KWK in der Energiewende Hohe Anforderungen an Start- Stopp Eigenschaften sowie Teillastfähigkeit. Inselbetrieb mit Lastaufschaltungen von < 50% möglich. Um Sekundär Regel- Leistung im Regelenergiemarkt erfüllen zu können, kann das BHKW innerhalb von 5 min die volle Leistung bereitstellen. Roter Bereich: Strombedarf 2010 Jahresverlauf Grüner Bereich: Erzeugung Wind und Solar Quelle: Clean Energy Sourcing GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. Ingo Stadler / Westfalen Wind GmbH 14

15 Rolle der KWK in der Energiewende Abruf von negativer Regelenergie Strom Wasserstoff Netzentkopplung Fortlaufender Betrieb Elektrolyseur zur H2 Gewinnung 15

16 Agenda 1. Vorstellung 2G Energy AG 2. Wasserstoffverbrennung im Stationärmotor - Einfluss Gasarten auf Verdichtungsverhältnis / Motormechanik - Einfluss Gasarten auf Lambda / Gemischbildung - Leistungsdaten, Produkte und Kosten - Rolle der KWK in der Energiewende 3. Praxisanwendungen 4. Fazit 16

17 Anwendungsbeispiele Bild: 2G-Modul agenitor 312SG im Feldversuch Bild: 2G-Modul agenitor 306SG mit Wasserstofftechnologie (Synthesegas mit 50% H2) in Betonschallhaube 17

18 Anwendungsbeispiele Bilder: 2G-Modul agenitor 306SG mit im Schallschutz Container Projekt: TOTAL Wasserstofftankstelle am neuen Flughafen BER Bild: 2G-Modul agenitor 312SG mit 500kW im Twinpack Container 18

19 Agenda 1. Vorstellung 2G Energy AG 2. Wasserstoffverbrennung im Stationärmotor - Einfluss Gasarten auf Verdichtungsverhältnis / Motormechanik - Einfluss Gasarten auf Lambda / Gemischbildung - Leistungsdaten, Produkte und Kosten - Rolle der KWK in der Energiewende 3. Praxisanwendungen 4. Fazit 19

20 Fazit Motor ist unempfindlich gegen Schadstoffe (z.b. Schwefel). Damit kann Abfallwasserstoff aus Industrieprozessen oder auch Synthesegase mit hohen H2 Gehalten verwendet werden. Steigende Anforderungen an die Sicherstellung der Netzstabilität werden erfüllt. Sehr geringer Wirkungsgradverlust über die Gesamtlebensdauer (< 2% Punkte). Bestehende Technologien zur Einbindung in virtuelle Kraftwerke können problemlos übernommen werden. Geringe spezifische Kosten Inselbetrieb mit großen Lastaufschaltungen ist möglich. Zweigasbetrieb mit zweiter Gasregelstrecke möglich (z.b. Erdgas / Biogas / Deponiegas). Erdgasregelstrecke Wasserstoffregelstrecke Bild: H2 und Erdgasregelstrecke für Zweigasbetrieb 20

21 Herzlichen Dank für Ihr Interesse! 2G Energy AG Frank Grewe Benzstraße Heek Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Mail: Internet: 21