Forschungsaktivitäten am EIFER zur dezentralen Energieversorgung

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1 EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH EUROPÄISCHES INSTITUT FÜR ENERGIEFORSCHUNG INSTITUT EUROPEEN DE RECHERCHE SUR L ENERGIE EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH Forschungsaktivitäten am EIFER zur dezentralen Energieversorgung Boris Al-Nasrawi

2 Europäisches Institut für Energieforschung EWIV (Europäische Wirtschaftliche Interessenvereinigung) zwischen EDF und Uni-KA Gegründet am 1. Januar 2002, 95 Mitarbeiter, 10 Nationalitäten Boris Al-Nasrawi - EIFER 2

3 EIFER - Structure Director Dr Frédéric Baron Deputy Director Dr Antoine Aslanides Controlling Management coordination Secretariat - IT Energy in Cities and Territories Dr Nurten Avci Renewable energy Geographic Models for Energy Dr Laurent Lelait Distributed Generation Dr Ludmila Gautier Energy Environment Economics Prof Ute Karl Cities Territories Developing Countries Biomass Geothermics CO 2 storage Fuel-based DG Fuel Cells Hydrogen Climate Change External cost Boris Al-Nasrawi - EIFER 3

4 Dezentrale Energien Von der Grundlagenforschung zur Anwendung Grundlagenforschung Patente auf Materialien und Prozesse Labor Tests Design Prototype Feldtest Techno-Ökonomische Simulationen Market und Business Analysen Materialien & Prozesse Komponenten & Systeme Anwendungen & Business Festlegung von Prioritäten für das Forschungsprogramm Innovations Prozess Kundenwünsche Technische Anforderungen Wirtschaftlichkeit Boris Al-Nasrawi - EIFER 4

5 Prinzipschaltbild - mikro-kwk Technologische Untersuchungen (Labor & Feld) Untersuchung der Umweltauswirkungen (CO2 & Primärenergie) Ökonomische Untersuchungen (für alle Beteiligte) Boris Al-Nasrawi - EIFER 5

6 Fuel Cells Electro-Chemical Reactors, Fuel e.g. H 2 H H 2 - Load Cations Electrolyte (gasimpermeable) Anions - - O 2 H 2 O Oxidant e.g. air/o 2 Converting chemical Energy directly into Electricity Boris Al-Nasrawi - EIFER 6

7 Classification of Fuel Cell technologies Unused H 2, (CO) or fuel Unused O 2, N 2 Ion conducting Ceramic SOFC 1000 C H 2, CO H 2 O, CO 2 O 2- O 2 Molten salt Phosphoric -acid MCFC 650 C PAFC 200 C H 2, CO O 2-2 CO 3 H 2 O, CO 2 CO 2 H 2 O 2 H + H 2 O Continuous Operation preferred Ionically conductig Polymer DMFC 80 C-110 C PEFC 20 C-80 C CH 3 OH H + CO 2 O 2 H 2 O H 2 O 2 H + H 2 O Dynamic Operatio n Caustic AFC 20 C-90 C H 2 H 2 O OH - O 2 Fuel O 2, Air Anode Electrolyte Cathode Boris Al-Nasrawi - EIFER 7

8 Fuel Cell System Components Boris Al-Nasrawi - EIFER 8

9 Fuel Selection and Fuel Cell Technology Liquid fuel Evaporator Fuel Cells Increasing Efficiency Natural Gas SOFC Thermally integrated Reformer 800 C to 1000 C Increasing complexity of fuelprocessing Desulphurizer 500 C bis 800 C 300 C Reforming H 2 and CO 2 bis 500 C Shift H 2 and CO 2 CO selective Oxidation MCFC Thermally integrated Reformer PAFC CO < 5% PEMFC CO < 10 ppm) 650 C 200 C 80 C Increasing Dynamics Source: B.C.H. Steele, Nature Boris Al-Nasrawi - EIFER 9

10 Comparison of Emissions Fuel Cell Gas Turbine Combustion Engine Une étude financée par Ministère fédéral de l'économie et de la technologie Boris Al-Nasrawi - EIFER 10

11 Electrical Efficiencies of different Technologies Une étude financée par Ministère fédéral de l'économie et de la technologie Boris Al-Nasrawi - EIFER 11

12 Bereit durchgeführte Feldtests 46 Installationen seit 2003 Von kw Motoren, Micro-Turbinen, Brennstoffzellen, Gas & Pelletkesseln Partnerschaften mit Herstellern, Installateuren, Dienstleistern, Einrichtungen, Behörden Boris Al-Nasrawi - EIFER 12

13 Getestete mikro-kwk-anlagen Boris Al-Nasrawi - EIFER 13

14 Test-Labore Vom Material Über die Komponenten zum System 3 Labore beim Fraunhofer ICT in Berghausen & der Universität Karlsruhe Boris Al-Nasrawi - EIFER 14

15 Stationary PEFC CHP Systems Japanese Field Trial 1 kw Class 1.5 & 3 kw Class 5 kw Class Boris Al-Nasrawi - EIFER 15

16 Japanese Field Trial: Sites Installed number as of March, 2008 (Total 2,187 Sites) Hokkaido 40 Sites Period FY st 2 nd Stage Stage FY2006 FY2007 FY2008 Kinki 332 Sites Chugoku 132 Sites Kyushu 211 Sites Okinawa Shikoku 6 Sites 115 Sites Chubu 249Sites Tohoku 58 Sites Kanto 1,044 Sites Number of Sites Subsidy (Total 480sites) cumulative M 4.5 M * Diffusion Cumulative Cumulative Stage M 2.2 M *as of June 2008 Source: T. Kimura, Extended Abstract Fuel Cell Seminar Boris Al-Nasrawi - EIFER 16

17 Demonstrationsprojekt Praxistest von Brennstoffzellen-Heizgeräten fürs Eigenheim Projektpartner: EVU, Hersteller, Forschungseinrichtungen Technologien: PEMFC & SOFC (1-5 kw) Laufzeit: installiert, bis 2015 erprobt accumulated number of fuel cells Boris Al-Nasrawi - EIFER 17