Betriebserfahrungen mit japanischen Brennstoffzellen in der Hausenergieversorgung

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1 Betriebserfahrungen mit japanischen Brennstoffzellen in der Hausenergieversorgung Dipl.-Ing. Uwe Dietze RWE Energiedienstleistungen SEITE 1

2 Die RWE Energiedienstleistungen GmbH Auf einen Blick Über Energieanlagen im Portfolio machen RWE ED zu Ihrem professionellen Partner RWE Energiedienstleistungen GmbH Mitarbeiter/innen > Rund 480 Umsatz > Rund 370 Mio. Euro Wärmeversorgung > Energiezentralen: über > Wärmeleistung: rd MW > Fernwärmenetz: rund 700 km > Anschlüsse/Verträge: rund Stromerzeugung > KWK-Anlagen: rund 150 > Photovoltaik-Anlagen: rund 10 Virtuelles Kraftwerk > Anlagen: rund 400 Energie individuell, nachhaltig und zuverlässig Die RWE ED betreibt ein rund 700 km langes Fernwärmenetz, was in etwa der Entfernung zwischen Hamburg und München entspricht Mit unserer energiewirtschaftlichen und technischen Kompetenz haben wir ein breites Portfolio an individuellen, dezentralen Energielösungen umgesetzt Im RWE Konzern ist die RWE ED ein Treiber der Energiewende in Deutschland RWE Energiedienstleistungen SEITE 2

3 Wir sind für Sie vor Ort Unsere Standorte Standorte Firmensitz der RWE Energiedienstleistungen Standorte der RWE Energiedienstleistungen Anlagen-Standorte Fernwärme-/ Anlagen- Standorte mit Mitarbeitern vor Ort Deutschlandweit über Energiezentralen RWE Energiedienstleistungen SEITE 3

4 Wir setzen mit Ihnen die Energiewende um Unsere Geschäftsfelder Fernwärme Energie-Analyse Professionelle und individuelle energetische Analyse und Bewertung der Verbräuche > RWE Energieberatung > RWE Heizungsanalyse > RWE Energie-Monitoring > RWE Energie-Controlling > RWE Energiemanagement Wärme- und Energieversorgung nach Maß für Wohnungs- und Immobilienwirtschaft > RWE Fernwärme Energie-Versorgung Regenerative und konventionelle Energieversorgung für das Gewerbe > RWE Kraft-Wärme-Kopplung > RWE Photovoltaik > RWE Wärmelieferung Individual Individuelle und maßgeschneiderte Energieversorgung für die Industrie > RWE Individual Wärme, Kälte, Strom, Dampf, Druckluft Virtuelles Kraftwerk Mehrerlöse durch Vernetzung und Vermarktung von dezentralen Anlagen > RWE EEG Direktvermarktung > RWE Minutenreserve RWE Energiedienstleistungen SEITE 4

5 Energieeffizienzkonzepte - Neue Technologien RWE Technikumshalle Duisburg (BJ 1992) RWE Energiedienstleistungen SEITE 5

6 N P Energieeffizienzkonzepte - Neue Technologien Technische Möglichkeiten der Technikumshalle > 7 Prüfstände in verschiedenen Leistungsbereichen bis 200 kw el > Alle verkauften Erdgase (L Gas; H Gas Nord, H Gas GUS) einsetzbar Übertragbarkeit der Messergebnisse auf das gesamte Netzgebiet > Erdgaseinsatz in Ferngasqualität oder mit THT bzw. S-Free odoriert möglich > Hochdruck-Erdgas-Anschluss möglich NIEDERLANDE Emmerich Issel- Bocholt Kranen- Kleve burg Rhede burg Rees Bedburg- Hau Kalkar Hamminkeln Goch Schermbeck Uedem Xanten Wesel Wesel Weeze Sonsbeck Hünxe Alpen Voerde Kevelaer Dins- Rheinberg laken Issum Geldern Ober- NIEDERLANDE Kerken Straelen Wachtendonk hausen Rheurdt Duisburg Duisburg Mülheim M U R O L- Gas H- Gas ( Nord ) H- Gas ( Süd ) Werne > Einspeisung der erzeugten Wärme in ein Nah- Wärmenetz möglich > Gasbeschaffenheitsdaten unmittelbar verfügbar (Hs, Hi, Dichte, Gaszusammensetzung, Methanzahl, Schwefelanalytik etc.) Heiligen- Velbert haus Brüggen Viersen Niederkrüchten Schwalm- Wuppertal tal Mönchen- Korschen- Düsseldorf Erkrath broich Nordrhein - Wegberg gladbach Wassenberg Jüchen Westfalen Waldfeucht Hückel- Erkelenz Selfkant Oden- Heinsberg hoven Gangelt Titz Bedburg Pulheim thal Lindlar Gummers- Bergneustadt Geilenkirchen Linnich Bergisch bach Engels- Bergheim Gladbach Übach- kirchen Palenb.Baeswir. Alden- Elsdorf Jülich Köln Wiehl Overath Reichshof Her- hoven Köln Niederzier Frechen Rösrath Nümzogen- Alsdorf Inden Kerpen Hürth brecht Eschweiler Morsrath Würselen Merze- Waldnich bach Langen- Brühl bröl Düren Nörvenich Wesseling wehe Aachen Stolberg Vettweiß Kreuzau Hürtgen- M Roet- wald E Nideggen TG gen BELGIEN Simmerath Monschau Schleiden Hellenthal Dahlem Kall Mechernich Nettersheim Blankenheim T E R H E I N Rheinland - Pfalz RWE Energiedienstleistungen SEITE 6

7 Energieeffizienzkonzepte - Neue Technologien Referenzen Prüfstand- & Feldtestbetreuung > Prüfstanduntersuchungen seit über 20 Jahren: Brennstoffzellenprojekte im Leistungsbereich von 300 W bis 200 kw el Stirlingmotoren von 1 kw bis 50 kw el Gasmotoren von 1 kw bis 190 kw el Mikro-Gasturbinen mit 100 kw el Gasmotorische Wärmepumpen von 53 kw bis 67 kw therm Adsorptionswärmepumpe mit 10 kw therm > Demo- und Feldtestbetreuung: Feldtest Innovative Gasanwendungen in der Hausenergieversorgung mit 40 Anlagen (Gasmotor, Stirlingmotor, Brennstoffzelle, Wärmepumpe) Demoprojekt Galileo Brennstoffzelle Mülheim (1 kw el ) Stirling Heizgeräte Feldtest mit 10 WhisperGen Anlagen (1 kw el ) Brennstoffzellenfeldtest mit 18 HXS 1000 Anlagen (1 kw el ) Brennstoffzellenfeldtest mit 18 Idatech Anlagen (4,7 kw el ) 3 Demoprojekte PC25-C Brennstoffzellen (200 kw el ) RWE Energiedienstleistungen SEITE 7

8 Brennstoffzellenentwicklung in Japan Markteinführungsprogramm ENE-FARM FY PEM Forschungs- und Demonstrationsprojekt Erweitertes Demonstrationsprojekt Markteinführung (ENE-FARM) Anlagen: 1 Phase: 12 2 Phase: 33 Anlagen: Staatliche Förderung SOFC Forschungs- und Demonstrationsprojekt Anlagen: RWE Energiedienstleistungen SEITE 8

9 Brennstoffzellenentwicklung in Japan Produktübersicht ENE-FARM Stand 2013 Hersteller Einheit Toshiba Panasonic ENEOS / JX AISIN Typ - PEM PEM PEM SOFC SOFC Brennstoff - Erdgas Flüssiggas Erdgas Erdgas/Flüssigg. Erdgas El. Leistung W El. Wirkungsgrad % 38,5 37, ,5 Therm. Wirkungsg.* % 55,5 55, ,5 Abmessungen mm Gewicht kg Speichertemp. C Speicherinhalt l Abmessungen mm Gewicht kg Schallemissionen** db 37/48 37/48 38/49 37/48 38/49 Vertriebspartner - Osaka Gas ASTOMOS Tokyo Gas ASTOMOS Osaka Gas Verkaufspreis (UVP) Mio. TBD TBD 1,995 (2013) TBD 2,751 (2012) * bezogen auf WW-Bereitung ** Brennstoffzelle / Zusatzkessel Stacklebensdauer (2013): - Panasonic: h - Toshiba: h Entwicklung 2014 eingestellt RWE Energiedienstleistungen SEITE 9

10 Brennstoffzellenentwicklung in Japan ENE-FARM Förderung seitens der Regierung Gesamtförderung seit Markteinführung ca. 850 Mio. ca. 172 Mio. / ca pro Anlage ca pro Anlage RWE Energiedienstleistungen SEITE 10

11 Brennstoffzellenentwicklung in Japan Installierte Anlagen in Japan Anteil SOFC Anlagen bisher unter 10 % Ausbauziele: 1,4 Mio. Anlagen bis 2020 (Juni 2013) 5,3 Mio. Anlagen bis 2030 September 2014: Anlagen geplant geplant RWE Energiedienstleistungen SEITE 11

12 Brennstoffzellenentwicklung in Japan Preisentwicklung bei Panasonic in Japan UVP-Angaben RWE Energiedienstleistungen SEITE 12

13 Brennstoffzellenentwicklung in Japan Aktivitäten japanischer Hersteller in Europa > Panasonic (PEMFC): 2011 Eröffnung europäisches Forschungs- und Entwicklungszentrum für Brennstoffzellen für Eigenheime in Langen (Hessen) 2013 Verkündung Partnerschaft mit Viessmann 2014 Markteinführung (H-Gas Modell) > AISIN (SOFC): 2013 Verkündung Partnerschaft mit Bosch 2014 Installation erster Feldtestanlagen > JX (SOFC): 2012 Verkündung Zusammenarbeit mit dem ZBT Duisburg zur Bewertung der Einsatztauglichkeit der JX Brennstoffzelle in Deutschland 2014 Einstellung der Brennstoffzellenaktivitäten > Toshiba (PEMFC): 2014 Verkündung Partnerschaft mit BDR Thermea 2015 Vorstellung Dachs InnoGen auf der ISH (Vertrieb über SenerTec) RWE Energiedienstleistungen SEITE 13

14 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Projektdaten > Technik: PEM Brennstoffzelle > Hersteller: Viessmann Deutschland GmbH, Allendorf Panasonic, Japan > Leistung: 750 W el, W therm > System: 19 kw Zusatzbrenner (max. 30 kw TWW) > Testphase: seit dem Technikumshalle, Duisburg > Betriebsstunden: h Stand ( ) > Praxistest: seit dem (parallel zum Prüfstandtest) EFH, Saerbeck > Betriebsstunden: h Stand ( ) RWE Energiedienstleistungen SEITE 14

15 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Prüfstandsaufbau Bild wird noch gegen eins ohne Abklebungen ersetzt RWE Energiedienstleistungen SEITE 15

16 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Technische Daten (Herstellerangaben) > Netzanschluss: 230 VAC, 50 Hz > Brennstoff: Erdgas E > Aufstellbedingungen: Innenaufstellung > Netzanschluss: Netzparallelbetrieb > Elektrische Leistung: 750 W (nicht modulierend) > Thermische Leistung: W > Leistung Zusatzkessel: 5,5-19 kw (Warmwasser 30 kw) > Vorlauftemperatur BZ: 67 C > Elektrischer Wirkungsgrad: 37 % (H i ) > Gesamtwirkungsgrad: 90 % (H i ), bei 30 C RL-Temp. > Schallleistungspegel: < 49 db(a) > Puffer- und TWW-Speicher: 170 bzw. 46 l > Abmessungen (BxHxT): BZ: 480 x x 516 mm ZK: 600 x x 595 mm > Gewicht BZ / ZK: 125 kg / 165 kg RWE Energiedienstleistungen SEITE 16

17 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Betriebscharakteristik (1 Woche) Tägliche Abschaltung (Regeneration) für 4 Stunden RWE Energiedienstleistungen SEITE 17

18 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Betriebsdaten Gesamtzeitraum > Inbetriebnahme: > Aktueller Stand: (300 Tage) > Betriebsstunden / Starts: h / 294 > Leistung BZ el./therm. : 740 W / W (netto) > Leistung BZ el./therm. max: 757 W / W RL 25 C (im 20 h Mittel) > Nutzungsgrad BZ elektrisch: 36,0% H i (netto, inkl. Anfahrverlusten) > Gesamtnutzungsgrad BZ: 88,3 % > Betriebszeit*: 77,2 % (max. 83,3 %) > Stillstand Regeneration / Sonst.: h / 471 h > Verfügbarkeit: 100 % > Anzahl Fehler: 0 > Mean Time Between Failures: * max. Betrieb pro Tag 20 h RWE Energiedienstleistungen SEITE 18

19 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Wirkungsgrade (im 20 h Mittel) RWE Energiedienstleistungen SEITE 19

20 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Leistungs- und Wirkungsgradverlauf (20 h Mittel) Im Langzeittrend bisher kein Leistungsverlust feststellbar RWE Energiedienstleistungen SEITE 20

21 PEM Brennstoffzelle Vitovalor 300-P Zusammenfassung > Herstellerangaben werden bestätigt Sehr geringe Abgasemissionen, durch Luftbeimischung allerdings nicht genau bestimmbar Sehr geringe Schallemissionen von ca. 32 db(a) in 1 m Abstand Für PEM Technologie sehr guter el. Wirkungsgrad von ca. 37% Guter Gesamtnutzungsgrad um 90% > Sehr zuverlässiger Betrieb zudem 10 Jahre Herstellergarantie auf BZ > Kein kontinuierlicher Dauerbetrieb möglich (tägliche Regeneration) > Gerätekosten mit rund netto im Vergleich zu anderen KWK- Technologien noch sehr hochpreisig > Durch hohe Stückzahlen in Japan weitere Kostenreduzierung möglich > Markteinführung im April 2014 in Deutschland erfolgt Technisch marktreifes Produkt mit sehr guten Leistungswerten und langfristigem Potential bei sinkenden Stückpreisen RWE Energiedienstleistungen SEITE 21

22 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Projektdaten > Technik: PEM Brennstoffzelle > Hersteller: Toshiba Fuel Cell Power Systems Corporation, Tokyo Japan > Leistung: 700 W el, W therm > System: Nur Test der eigentlichen Brennstoffzelle > Besonderheit: Japanische Version (Netzanbindung über Trafo) > Testphase: seit dem Technikumshalle, Duisburg > Betriebsstunden: h Stand ( ) > Praxistest: EU Version derzeit noch nicht verfügbar, daher zunächst noch kein Praxistest vorgesehen RWE Energiedienstleistungen SEITE 22

23 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Prüfstandsaufbau Bild wird noch gegen eins ohne Abklebungen ersetzt RWE Energiedienstleistungen SEITE 23

24 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Technische Daten (Herstellerangaben) > Netzanschluss: 100 VAC, 50 Hz (Anbindung über Trafo) > Brennstoff: Erdgas > Aufstellbedingungen: Außenaufstellung > Netzanschluss: Netzparallelbetrieb > Elektrische Leistung: 250 bis 700 W > Thermische Leistung: ca W > Heizsystem VL max.: >60 C > Elektrischer Wirkungsgrad: 38,5% (H i ) > Gesamtwirkungsgrad: 94% > Anfahrzeit: < 60 Minuten > Lebensdauer Zellenstapel: Stunden > Schalldruckpegel: 38 db(a) in 1 m Abstand > Abmessungen (BxHxT): 780 x 300 x 1000 mm Brennstoffzelle > Abmessungen (BxHxT): 750 x 440 x 1760 mm Speicher & ZK > Gewicht: 94 kg BZ / 100 kg Speicher & ZK > Speicher: 200 l (japanische Systemlösung) RWE Energiedienstleistungen SEITE 24

25 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Betriebscharakteristik Volllastbetrieb (8 Tage) Leistungsreduktion alle 13 h auf 500 W für 1 h Wöchentlicher Lastabwurf (Regeneration) RWE Energiedienstleistungen SEITE 25

26 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Betriebsdaten Gesamtzeitraum > Inbetriebnahme: > Aktueller Stand: > Betriebsstunden / Starts: h / 41 > Leistung el./therm. : 581 W / 907 W (inkl. Teillastbetrieb) > Leistung el./therm. max: 708 W / W > Nutzungsgrad elektrisch: 38,1 % (netto, Gerätedaten) > Gesamtnutzungsgrad: 93,9 % > Betriebszeit: 97,1 % (Stillstand 625 h) > Verfügbarkeit: 100 % > Anzahl Fehler: 0 > Mean Time Between Failures: RWE Energiedienstleistungen SEITE 26

27 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Wirkungsgrade bei 30 C RL-Temperatur RWE Energiedienstleistungen SEITE 27

28 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Leistungs- und Wirkungsgradverlauf bei Volllast Im Langzeittrend bisher kein Leistungsverlust feststellbar RWE Energiedienstleistungen SEITE 28

29 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Emissionen in mg/nm³ bei 3% O 2 -Gehalt RWE Energiedienstleistungen SEITE 29

30 PEM Brennstoffzelle Toshiba ENE-FARM Zusammenfassung > Herstellerangaben werden bestätigt Sehr geringe Abgasemissionen, insbesondere CO Sehr geringe Schallemissionen von ca. 38 db(a) in 1 m Abstand Für PEM Technologie sehr guter el. Wirkungsgrad von ca. 38% Guter Gesamtnutzungsgrad um 95% > Äußerst zuverlässiger Betrieb > Gutes Modulationsverhalten von 250 bis 700 W > Kein nennenswerter Unterschied zwischen L- und H-Gas Betrieb > Partnerschaft mit BDR Thermea in 2014 für den europäischen Markt > In Japan bereits über Geräte verkauft (Stand Sep. 2014) > Erste CE-Geräte sind ab Herbst 2015 geplant Technisch marktreifes Produkt mit sehr guten Leistungswerten und langfristigem Potential bei sinkenden Stückpreisen RWE Energiedienstleistungen SEITE 30

31 Aktueller Status der Brennstoffzellentechnologie in der Hausenergieversorgung in Japan > Die Markteinführung der PEMFC ist 2009 die der SOFC in 2011 erfolgt > Bis September 2014 konnten bereits Anlagen installiert werden, davon ca in 2014 > Die Markteinführung und Marktentwicklung wird dabei durch sehr gute Rahmenbedingungen begünstigt > Erfahrungen in Japan zeigen die technische Marktreife insbesondere der PEM Brennstoffzelle > Erste Tests in Deutschland bestätigen die Erfahrungen aus Japan > Derzeit läuft die Optimierung, Kostenreduzierung, Ausbau der Fertigungskapazitäten sowie die Erweiterung der Produktpalette > Die nächsten Jahre werden zeigen, ob die Systeme auch ohne Förderung kostenmäßig konkurrenzfähig sein werden (letzter Förderzeitraum läuft im aktuellen Finanzjahr 2015) > Weitere Produkte werden folgen, z.b. BZ-Fahrzeuge, H 2 -Anwendungen RWE Energiedienstleistungen SEITE 31

32 Aktueller Status der Brennstoffzellentechnologie in der Hausenergieversorgung in Europa > Große Produktvielfalt im Bereich von 300 W el bis 5 kw el > Erste Produkte sind am Markt verfügbar, weitere werden in den nächsten Jahren folgen (PEMFC & SOFC), darunter auch die drei aktuellen Produkte aus Japan (Toshiba, Panasonic, Aisin) > Unterstützend laufen große Feldtestprogramme (Callux, ene.field) > Marktzahlen wie in Japan sind aufgrund der aktuellen Rahmenbedingungen zunächst nicht zu erwarten > Langfristiges großes Potenzial vorhanden (hohe elektrische Wirkungsgrade bei geringen Abgasemissionen) > Weitere Entwicklung in Japan kann richtungsweisend sein Entscheidend sind die weiteren Rahmenbedingungen und letztlich die Preisentwicklung RWE Energiedienstleistungen SEITE 32

33 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. Kontaktdaten: Uwe Dietze Tel. 0203/ RWE Energiedienstleistungen SEITE 33