Status der Forschung und Entwicklung Brennstoffzellen-basierter mikro-kraft-wärme-kopplung (mkwk)
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- Melanie Salzmann
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1 Zentrum für BrennstoffzellenTechnik Status der Forschung und Entwicklung Brennstoffzellen-basierter mikro-kraft-wärme-kopplung (mkwk) Dr. Christian Spitta Mikro-KWK / dezentrale Energieversorung / Smart Grid in Luxemburg Sanem, Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH
2 Informationen zum ZBT Institut Gründung 2001 F&E von Brennstoffzellen, Wasserstofferzeugung und Energiespeicherung Fokus auf Industriebedarf zur Markteinführung der BZ-Technik Unabhängiger Entwicklungsdienstleister 100 Festangestellte + 40 Studenten Infrastruktur 1200 m² Labor 4 separate Geheimlabore mit 220 m² Flexible Teststände mit umfangreicher Messtechnik und Analytik 3 Klimakammern Erstes akkreditiertes Prüflabor für Brennstoffzellen 120 m² Technikum zur Fertigung und Assemblierung von Brennstoffzellen 2
3 Förderverein des ZBT Zweck und Ziele: Förderung von Forschung u. Entwicklung auf dem Gebiet der Brennstoffzellentechnik am ZBT Unterstützung bei der Suche nach industriellen Partnern Unterstützung bei der Einwerbung von Sponsoren und vergleichbaren "Fremdmitteln" Öffentlichkeitsarbeit Zusammenarbeit mit dem ZBT bei Aufstellung des Forschungsund Entwicklungsprogramms Fakten: Gründung am 24. September 2002 Sitz des Vereins ist Duisburg Förderverein ist Mitglied des Beirates der ZBT GmbH 2002: 8 Gründungsmitglieder Aktueller Stand: 31 Mitglieder (Januar 2014) 2 Mitgliederversammlungen pro Jahr Vorstand: Achim Edelmann, 1. Vorsitzender Dr. Frank Koch, stv. Vorsitzender & Schatzmeister 3
4 F&E- und Service-Portfolio für (Brennstoffzellen-) mkwk Gasanalytik Gasgemische & Spuren Brennstoff- & Produktgasanalytik Entschwefelung Filter- und Sensor-Qualifizierung Stabilitäts- und Lebensdauertests Gasprozesstechnik Katalysatorqualifizierung Simulationen Reaktoren, Brenner & Wärmeübertrager Reformer für PEM- und SOFC-Systeme PEM-Brennstoffzelle NT- & HT-PEM-BZ Compound-basierte Bipolarplatten Stacks Systeme BZ-Systeme SOFC und PEM basiert KWKK mit Adsorptionkälteanlage Basis- & Detail-Engineering Komponenten- & System-Tests Motor-BHKW Systemtests unter Anwendungsbedingungen Erdgas Anreicherung Wasserstoffbetrieb Thermochemische Rekuperation (TCR) Systemtests und -Anpassungen Systemtests unter Anwendungsbedingungen (Unterstützung der) Zertifizierung Weiterbildung für Planer In Vorbereitung für Juni/Okt
5 Status Gebäudeenergieversorgung in Europa Verbrauch: 40 % des gesamten Endenergiebedarfs Davon 85 % für Raumwärme & Trinkwasser Einsparpotential 20 % (Modernisierung von Anlagen & Gebäude) 122,4 Mio. Wärmeerzeuger; davon 89 % nicht effizient Anlagenbestand, ca. 122,4 Mio. (Stand: 2013) Endenergieverbrauch nach Sektoren in 2013 Quelle: BDH
6 Ziele der EU-Richtlinien für die Gebäudeenergieversorgung bis 2020 Energetische Mindeststandards von Gebäuden (in D: EnEV) Energetische Mindeststandards von Geräten Verpflichtung zum Einsatz erneuerbaren Energien Verpflichtung zur Energieeinsparung Gebäuden Quelle: BDH
7 Potential Brennstoffzellen-mKWK in der Gebäudeenergieversorgung Begriffe: Stromerzeugende Heizung Brennstoffzellenheizgerät (BZHG) Zeitgleiche Bereitstellung von Strom (Kraft) und Wärme Keine Übertragungsverluste CO2-Einsparung % Primärenergie-Einsparung % Quellen: Hexis
8 Vorteile Brennstoffzellen-mKWK in der Gebäudeenergieversorgung Technische Eigenschaften Hoher Energienutzungsgrad Hohe elektrische Effizienz / Stromkennzahl (in Voll- und Teilllast) Geringe Emissionen und Geräusche Verfügbar in kleinen Leistungsgrößen Wärme- oder stromgeführter Betrieb* (* möglicher Einsatz als virtuelles Kraftwerk zur Kompensation fluktuierender erneuerbarer Energien) Effiziente und flexible Energiewandlung Quelle: IBZ
9 Technik der Brennstoffzellen-mKWK Subsystem: Reformer und Brennstoffzelle Quelle: JX Nippon Oil and Energy,
10 Technik der Brennstoffzellen-mKWK Reformer (Erdgas => Reformatgas) Brennstoffzelle (Reformatgas => Strom & Wärme) Katalytischer, mehrstufiger Prozess Komplexität abhängig von Brennstoffzelle Typ Reformatgas- Qualität El. Wirkungsgrad Betriebsbedingungen NT-PEM H2, CO < 50 ppm bis 40 % Kurze Startzeit, hohe Zyklenstabilität HT-PEM H2, CO < 1 % bis 45 % Mittlere Startzeit, hohe Zyklenstabilität SOFC H2, CO, (CH4) bis 60 % Lange Startzeit, geringe Zyklenstabilität 10
11 Brennstoffzellen-mKWK-Geräte vor der Markteinführung in Deutschland Quelle: IBZ
12 Best practise: Brennstoffzellen-mKWK in Japan Staatl. Markteinführungsprogramm Ene-Farm Kommerzialisierung erstes kommerziell erhältliches BZHG Preis (aktuell): Förderung: degressiv (2013: ) Stückzahlen (aktuell): Jahre Garantie Ziel BZHG installiert Preis < Massenproduktion Lebensdauer Std. Marktwachstum ohne staatl. Förderung Mittelfristige Perspektive - Eintritt in internationale Märkte (Europa, ) Source: Fuel Cell Today,
13 Brennstoffzellen-mKWK in Deutschland Projekt Callux (Deutsches Demonstrationsprogramm) Förderung durch Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) Begleitet durch die Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) Zeitraum: BZHG installiert Technik-Demonstration Vorbereitung Markteinführung Entwicklung der Lieferantenkette Unterstützung bei der Aus- und Weiterbildung der Marktpartner Aufnahme der Anforderungen der Endkunden Source: 14
14 Brennstoffzellen-mKWK in Europa Projekt ene.field (Europäisches Demonstrationsprogramm) Organisation durch EU Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking Start: 1. September BZHG in 12 Ländern Demonstration des Marktpotentials sowie der ökonomischen und ökologischen Vorteile der BZHG Marktfokusierte Produktspezifikationen Harmonisierte Normen und Richtlinien Weiterentwicklung der Lieferketten Ermittlung der Kosten und der Einsparpotentiale, die zur Beschleunigung der politischer Unterstützung von Regierungen und der Marktakzeptanz verwendet werden kann Source: Platinum Today, Johnson Matthey Source: 15
15 Absatzprognose BZ-KWK-System zur Gebäudeversorgung in Deutschland Quellen: ifeu 2012, VDMA
16 Status der F&E Brennstoffzellen-basierter mkwk Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt Dr.-Ing. Christian Spitta (Stellv. Leiter Abteilung Gasprozesstechnik, / +49 (0)203/ ) 17 ZBT GmbH Reformer concepts for 50%-plus efficiencies of SOFC systems F-Cell
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