Die Energiezentrale für 1-2-Familienhäuser auf Brennstoffzellenbasis

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1 Die Energiezentrale für 1-2-Familienhäuser auf Brennstoffzellenbasis Dipl. Ing. Till Wodraschka Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.v.

2 Reason why Technologiesprung zur effizienteren Brennstoffnutzung ausgehend von Gas-Brennwerttechnik Gleichzeitige Produktion von Wärme und Strom im 1-2 Familienhaus mehr Unabhängigkeit gegenüber Strompreis- Steigerungen durch Eigenproduktion Energiekosteneinsparung von bis zu pro Jahr im Einfamilienhaus Umweltschonung durch bis zu 50 % CO 2 -Einsparung im Einfamilienhaussegment wenig Platzbedarf durch kompakte Abmessungen einfache Einbindung in bestehendes Heizsystem

3 Die Geschichte der Brennstoffzelle 1839: Sir William Grove beschreibt die Umkehrung der Elektrolyse (= Brennstoffzelle) 1932: Francis Thomas Bacon entwickelt erstes erfolgversprechendes Brennstoffzellensystem ca. 1950: erste Nutzung in Raumfahrt (Gemini-Raumsonde) seit 1997:Feldversuche zur Gebäudeversorgung (SOFC) Buderus PEM Stack : Buderus entwickelt eine PEM Stack ab 2004: Erste Buderus Feldtests mit PEM Brennstoffzellen (Kooperation RWE) ab 2008: Entwicklung SOFC Brennstoffzellen bei Bosch zentrale Forschung ab 2012: Kooperation Bosch Thermotechnik mit Aisin Seiki zur Entwicklung einer Energiezentrale auf Basis der SOFC Brennstoffzelle

4 Gute Gründe für dezentrale µkwk bei der dezentralen Stromerzeugung werden Wärme und Strom mit einem hohen Gesamtwirkungsgrad dort produziert, wo sie benötigt werden keine Übertragungsverluste durch weiten Stromtransport vom Kraftwerk Verringerung des Strombezugs eines Objektes durch Eigenproduktion CO 2 -Einsparung bis zu 50 % im Vergleich zu moderner Gas-Brennwerttechnik Strom kann zu Spitzenlastzeiten hergestellt werden und ggf. zeitlich verschoben werden durch kontinuierlichen Betrieb sind Brennstoffzellen grundlastfähig

5 Energiezentrale in der Energiewende Hocheffiziente Brennstoffzellentechnologie passt zur Energiewende

6 Elektrische Effizienz in % KWK Segmentierung Technologie 60 µkwk mkwk KWK Stirling Organic Rankine Cycle (ORC) Elektrische Leistung in kw el SOFC Brennstoffzellen sind die effizientesten Systeme zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung

7 Solid Oxide Fuel Cell Brennstoffzelle oxidkeramische Brennstoffzelle der Elektrolyt besteht aus hoch innovativem festen keramischen Werkstoff Hochtemperaturbrennstoffzelle mit Betriebstemperatur von 700 bis C vereinfachte Betriebsführung möglich, da der Reformierungsschritt bei Verwendung von Erdgas in die Brennstoffzelle integriert werden kann (interne Reformierung) Quelle: Kyocera Corporation Kyocera SOFC Stack in Röhrentechnologie der Logapower FC10 Unterscheidung in planare Technologie und Röhrentechnologie nachgeschalteter Inverter erzeugt Wechselstrom für den Hausgebrauch

8 Die Funktionsweise der Brennstoffzelle (1) Erdgas wird intern im Reformer zu Wasserstoff H 2 aufbereitet H 2 strömt zur Anode und wird dort mit Hilfe eines Katalysators zu H + oxidiert (Elektronenabgabe) freigesetzte Elektronen e - fließen durch den Stromverbraucher (z.b. Beleuchtung) zur Kathode einströmende Luft O 2 nimmt mit Hilfe eines Katalysators an der Kathode die Elektronen e - auf und wird zu doppelt negativ geladenen Sauerstoffionen O 2-

9 Die Funktionsweise der Brennstoffzelle (2) der ionenleitende Elektrolyt lässt nur die O 2- Ionen durch und isoliert die Elektronen e - an der Anode verbinden sich die O 2- Ionen mit den H + Ionen zu Wasserdampf H 2 O währenddessen fließen permanent Elektronen e - von der Anode zur Kathode und sorgen so für elektrischen Gleichstrom Gleichstrom wird mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt

10 Buderus Energiezentrale Logapower FC10 Brennstoffzelle Produktion von Strom und Wärme Strom 700 W Wärme 700 W h el 45 % h tot 90 % Gasbrennwertgerät Logano plus GBH172 Wärme für Lastspitzen Leistung: 14 /24 kw Pufferspeicher Hohe Laufzeiten Volumen 135 L Warmwasserspeicher Endkunden Komfort Schichtladespeicher 75 Liter Systemaufbau für einfache Installation und geringen Platzbedarf

11 Die Energiezentrale im System eingebunden elektrische Einbindung in Netzparallelbetrieb mit Überschusseinspeisung erzeugter Strom wird primär im Gebäude verbraucht (Eigenverbrauch) nur bei keiner oder geringerer Abnahme im Gebäude, wird überschüssiger Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist der geeichte Strom-Erzeugungszähler ist bereits werksseitig im Gerät integriert

12 Ausgezeichnet Die Energiezentrale Logapower FC10 ist ausgezeichnet mit: Focus Open in Silber 2013 Internationaler Designpreis Baden- Württemberg German Design Award 2015 für ausgezeichnete Designqualität f-cell Award Anerkennungspreis des Landes Baden-Württemberg für anwendungsnahe Entwicklungen aus dem Innovationsfeld Brennstoffzelle

13 Die Marktvorbereitung der Energiezentrale im Rahmen des EU-Demonstrationsprogramms ene.field wird der Einsatz der Brennstoffzelle vorbereitet umfangreiche Demonstrationsanlagen bei Endkunden starten Mitte 2014 mit dem Ziel ca Stück in 12 Ländern zu installieren Bosch Thermotechnik plant 70 Anlagen in ene.field, wobei der Großteil über Buderus installiert wird EU weite Anlageninstallationen und ausführliches Monitoring ermöglichen umfangreiche Erfahrungswerte Ziel: Sicherstellung des wirtschaftlichen Betriebs in Ein- und Zweifamilienhäusern

14 Übersicht Förderung Bundesweit BAFA Mini-KWK-Zuschuss Anlagen mit einer Leistung bis 1 kwel erhalten bis zu 3515 Bundesländer Hessen bis zu 50% der zuwendungsfähigen Kosten, max Sachsen bis zu 50% der zuwendungsfähigen Kosten, max Baden Württemberg pro kwel für den Leistungsanteil bis 1 kwel Nordrhein-Westfalen Anlagen mit einer Leistung bis 1 kwel erhalten 1425 Anforderungen/Randbedingungen der Programme müssen erfüllt werden

15 Eindrücke Demonstrationsanlagen (1/2).

16 Eindrücke Demonstrationsanlagen (2/2)

17 Ergebnisse Demonstrationsanlagen (2/3) Beispielhafter Strom Tageslastgang einer Demonstrationsanlage Der Anteil des Eigenverbrauchs ist abhängig vom Strom Lastgang des jeweiligen Gebäudes Brennstoffzelle deckt die Grundlast des Gebäudes vollständig ab Stromspitzen werden aus dem öffentlichen Netz gedeckt, Strom-Überschuss wird ins öffentliche Netz eingespeist in Gebäuden mit mittlerem und höherem Stromverbrauch sowie bei höherer Strom-Grundlast ist die Eigenverbrauchsquote tendenziell höher

18 Ergebnisse Demonstrationsanlagen (3/3). Beispiel Wärmeerzeugung und Verbrauch (April 2014) einer Demonstrationsanlage Die Demonstrationsanlagen werden messtechnisch überwacht, um die Effizienz nachzuweisen Durchschnittlich wurden % des Heizwärmeverbrauchs in den Demoanlagen durch die Brennstoffzelle gedeckt (Sommer- & Übergangszeit) Im Winter bzw. Jahresschnitt ist aufgrund geringerer thermischer Leistung eine geringere Deckung zu erwarten durch niedrige thermische Leistung in Verbindung mit dem Pufferspeicher werden lange Laufzeiten ohne unerwünschtes Abschalten erreicht Kontinuierlicher Betrieb auch während 7-tägigem Urlaub bzw. Abwesenheit der Familie

19 Ergebnisse Demonstrationsanlagen (1/3). Beispiel Stromerzeugung, Stromverbrauch und Eigenverbrauch im September 2014 einer Demonstrationsanlage In dieser Anlage werden ca. 75 % des Haushaltsstromverbrauchs durch die Energiezentrale selbst gedeckt Erzeugungs- und Verbrauchsprofil in den getesteten Anlagen passen gut zusammen im Durchschnitt werden % des Haushaltsstromverbrauchs durch die Energiezentrale gedeckt

20 Brennstoffzellentechnologie reif für den Einsatz Mit sehr hohem elektrischen und Gesamtwirkungsgrad auf SOFC Basis ist die Buderus Energiezentrale eine der effizientesten Systeme Ihrer Klasse Energiekosteneinsparung bis zu und CO 2 -Einsparung bis zu 50% pro Jahr im Einfamilienhaus Mehr Unabhängigkeit von öffentlicher Stromversorgung und Strompreissteigerungen durch eigene Stromproduktion besonders einfache und flexible Installation für Modernisierung und Neubau Erkenntnisse aus Feldtest zeigen robusten kontinuierlichen Betrieb der Brennstoffzelle mit guten energetischen Kennwerten

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Thank you for your attention Dipl. Ing. Till Wodraschka Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.v. BDH