Energiespeichersysteme

Transkript

1 Speichersysteme - D-1 Energiespeichersysteme 1. Wasserstofftechnologie a) Gewinnung von Wasserstoff b) Sicherheitsproblematik c) Speicherung, Systemlösungen 2. Konventionelle Blockheizkraftwerke - Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung 3. Grundbegriffe der Brennstoffzellen-Technologie a) Funktionsprinzip b) Brennstoffzellen- Stacks c) Verschiedene Brennstoffzellentypen d) Reformierung (Gasaufbereitung) e) Gesamtsysteme 4. Technischer Einsatz von Brennstoffzellensystemen a) Mobile Anwendungen b) Stationäre Anwendungen

2 Speichersysteme - D-2 Einsatzgebiete der verschiedenen Brennstoffzellentypen - Raumfahrt - Militär -Speichersysteme - Kraft-/Wärmekopplung - Dezentrale Stromversorgung 1020 C AFC PEM/DMFC PAFC MCFC SOFC 80 C - Transport - Dezentrale Stromversorgung - Militär - Kleinstverbraucher - Kraft-/Wärmekopplung - Dezentrale Stromversorgung - Sonderanwendungen

3 AFC in Apollo Lunar Landing Missions Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-3 Apollo 11 CM & SM Apollo 11 Liftoff E. Aldrin Leaves LM for Lunar Surface Apollo Missions were powered by a 7 kw el AFC-System (Pratt & Whitney) N.Armstrong Inside LM

4 Speichersysteme - D-4 AFC Problems during Apollo 13 Mission Mission Control during Oxygen Cell Failure Damaged Apollo 13 Service Module Fused Thermal Switch Apollo 13 Oxygen Cell Failure: Fuel Cells Without O 2 -Supply Causing Severe Shortage of Electrical Power (and other severe problems) Apollo 13 Splashdown

5 Speichersysteme - D-5 AFC in US Space Shuttle Cockpit View US Space Shuttle is Powered by a 12 kw el AFC-System (Pratt & Whitney) US Space Shuttle Cargo Bay

6 Brennstoffzelleneinsatz in U-Booten Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-6 40 kw el PEM-Modul für U-Boote (Siemens) U-Boot 212 Eurosub-H der deutschen Bundesmarine U-Boot Klasse 212 der HDW ausgerüstet mit 40 kw el PEM- Modulen (Siemens) Gesamtleistung bis 800 kw el

7 Speichersysteme - D-7 Brennstoffzelleneinsatz in Kraftfahrzeugen NECAR 1 bis 3 Schnittbild des NECAR 3 Daimler-Chrysler A-Klasse (Necar) ausgerüstet mit 2 St. 25 kw PEM-Modulen (Ballard) NECAR 4

8 Daimler-Chrysler: Necar 4 Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-8 Antriebsaggregat des NECAR 4: 2 Stacks mit je 35 kw el, H 2 -Betrieb NECAR 4

9 Daimler-Chrysler: Necar 5 Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-9 Jeep Commander 2 und NECAR 5 Antriebsaggregat des NECAR 5: 2 Stacks mit je 35 kw el, Methanol-Betrieb NECAR 5

10 Speichersysteme - D-10 Daimler-Chrysler: Entwicklung der Necar-Flotte

11 Speichersysteme - D-11 Brennstoffzelleneinsatz in Kraftfahrzeugen Opel Fuel Cell Car Toyota EV Ford Prodigy 0 Emissions Brennstoffzellen-Fahrzeuge verschiedener PKW-Hersteller

12 Speichersysteme - D-12 Brennstoffzelleneinsatz in Kraftfahrzeugen Ballard Fuel Cell Bus Daimler-Chrysler NEBUS Brennstoffzellen-Busse ausgerüstet mit PEM-Modulen für reinen H 2 -Betrieb (Ballard)

13 MAN: Niederflurbus mit Siemens-PEM-Modulen Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-13 MAN-Brennstoffzellenbus mit 4 x 30 kw el PEM- Modulen

14 Speichersysteme - D-14 Brennstoffzelleneinsatz in Sonderfahrzeugen Golfwagen und Kleintraktor der Firma Energy Partners (John Deere) Linde -Gabelstapler angetrieben mit PEM-Zellen (Siemens)

15 Speichersysteme - D-15 Brennstoffzelleneinsatz in Kleinverbrauchern PEM-System der Firma Ballard mit Metallhydridspeicher (~20W) PEM-System für Profi- Videokameras (H-Power) Portables PEM-System von FhG-ISE mit Metallhydridspeicher (~250 mw)

16 Weitere Eigenschaften einer DMFC Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-16 DMFC ist als Weiterentwicklung der PEMFC anzusehen Verwendung eines Brennstoffes (Methanol), der bei Zimmertemperatur flüssig ist; H 2 -Erzeugung entfällt Kein Reformer, da Methanol von Zelle umgewandelt wird Katalysatormaterial: Mischung aus Platin und Ruthenium Niedertemperaturbrennstoffzelle

17 Vergleich PEMFC und DMFC Fakultät für Architektur Speichersysteme - D-17 Vorteile DMFC geringes Systemvolumen und -gewicht einfaches Systemdesign einfachere Betriebsweise mit schnellerem Ansprechverhalten bessere Dynamik geringere Investitions- und Betriebskosten Nachteile DMFC reduzierte Leistungsdichte (durch mangelhafte Kinetik der Methanoloxidation und Methanolpermeation durch die Membran). Brennstoffverluste und reduzierte Spannung (durch Mischpotentialbildung an der Kathode durch Wandern von Methanol von der Anoden- zur Kathodenseite)

18 Speichersysteme - D-18 Beispiele für Einsatzgebiete der DMFC