M odulares Energieversorgungssystem mit Hochtemperatur-Brennstoffzelle

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1 M odulares Energieversorgungssystem mit Hochtemperatur-Brennstoffzelle Oliver Posdziech EBZ Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft Brennstoffzelle mbh Enertec 2005 Leipzig Internationale Fachmesse für Energie 1

2 EBZ GmbH Gegründet im Januar 2000 Mitglied der A.S.T. Gruppe Standort in Dresden, 800m 2 10 Mitarbeiter in F&E Labor ausgerüstet mit 7 Testständen für Systemund Komponentenentwicklung 2

3 J / (m A / cm 2 ) Spannung Ebene I / A Kernkompetenzen der EBZ Überblick Analyse, Modellierung & Simulation Komponenten & Engineering Stack-Integration & -betrieb System MSR & Sicherheit U / V dvh 2 /dt = 8 ln/m in dv H 2O /d t = 0,3 9 kg /h dvluft/d t = 20 ln /m in 3

4 Systemanalyse and Modellierung Zusammenarbeit mit ITI GmbH, Dresden => Brennstoffzellenbibliothek für SimulationX: - Energie- und Strömungsbilanzen -Verschaltungsvarianten - Dynamisches Verhalten - Regelstrategien CFD von Einzelkomponenten 4

5 Komponentenentwicklung Vorreformierung Erdgas Flüssiggas Wärmeübertrager Verdampfer Prozessgasvorheizung bis 800 C Wärmeauskopplung Brenner Startbrenner Restgasnachverbrennung (volumetrisch / katalytisch) 5

6 SOFC Stack-Integration Design heiße Zone Prozessgaszuführung Temperaturregelung Stack und Gase Nachverbrennung Kennlinienaufnahme Langzeitbetrieb U / V J / (m A / cm 2 ) Kennlinie Stack Fraunhofer IKTS dv H 2 /dt = 8 l N/m in dv H 2 O /dt = 0,39 kg/h dv Luft/dt = 20 l N/m in Spannung Ebene I / A 6

7 MSR und Sicherheitssystem Entwicklung komplettes MSR-System für SOFC- Betrieb 7

8 MSR und Sicherheitssystem Entwicklung komplettes MSR-System für SOFC- Betrieb Nutzerapplikation für Laborbetrieb 8

9 MSR und Sicherheitssystem Entwicklung komplettes MSR-System für SOFC- Betrieb Nutzerapplikation für Laborbetrieb Fernwarnung/-wartung - Statusanfragen - Statusmeldungen - NOT-AUS-Meldung 9

10 MSR und Sicherheitssystem Entwicklung komplettes MSR-System für SOFC- Betrieb Nutzerapplikation für Laborbetrieb Fernwarnung/-wartung Mehrstufiges Sicherheitssystem 10

11 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Primärenergie ist für die Umwandlung in Wärme zu kostbar Abwärme der Energieerzeugung oder von Industrieprozessen steht reichlich zur Verfügung Neue Produkte für die Heizungsbranche Attraktive Einspeisevergütung 11

12 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Motor-BHKW Mikro-Gasturbinen Brennstoffzelle Primärenergie ist für die Umwandlung in Wärme zu kostbar Abwärme der Energieerzeugung oder von Industrieprozessen steht reichlich zur Verfügung Neue Produkte für die Heizungsbranche Attraktive Einspeisevergütung 12

13 Die EBZ setzt auf Brennstoffzellen Technische Herausforderung - Langzeitstabilität der Zelle - Herstellungskosten - Maßgeschneidertes System erforderlich 13

14 Die EBZ setzt auf Brennstoffzellen Technische Herausforderung Ideal für die dezentrale Energieerzeugung - Hoher elektrischer Wirkungsgrad - Gesamtwirkungsgrad 90 % - Hohe Wirkungsgrade in Teillast - Betrieb nahezu lautlos - Einspeisevergütung, Befreiung von Mineralölsteuer 14

15 Die EBZ setzt auf Brennstoffzellen Technische Herausforderung Ideal für die dezentrale Energieerzeugung Emissionsminderung, Ressourcenschonung - Kaum Emissionen von NO x, CO - Bis zu 50 % weniger CO 2 Emissionen - Spart bis zu 50 % der Primärenergie - Ideal für regenerative Brennstoffe (Schwachgase!) Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) 15

16 SOFC Prinzip Kalte Verbrennung bei hoher Te mperatur Luft Luft Kathode: ½ O 2 + 2e-! O 2- MEA O 2- O 2- O 2- Elektrolyt CH4 + H2O + H2+ CO Betriebste mperatur C Anode: H 2 + O 2-! H 2 O + 2e- CO + H 2 O! H 2 + CO 2 CH 4 + H 2 O! 3 H 2 + CO 2e- 2e- 2e- H2O + CO2 Mittels keramischen Elektrolytmaterialien, die für Sauerstoffionen leitfähig sind, und hoher Te mperatur kann die SOFC Kohlenwasserstoffe direkt umsetzen. 16

17 SOFC Vorteile Sehr einfache Gasaufbereitung => ideal für kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe PEMFC: Betrieb vollständige mit fossilen oder regenerativen Brennstoffen: SOFC: HT-Shift Reformierung - Erdgas, Flüssiggas, Wasserstoff - Heizöl, Diesel - Grubengas, Vorreformierung Biogas,... NT-Shift SelOx/ SelMeth Höchster elektrischer Wirkungsgrad aller BZ-Typen Gute Kostendegression in Massenfertigung, da keine Edelmetalle nötig Abwärme auf hohem Temperaturniveau auskoppelbar 17

18 Konzept Modulare Energieversorgung EBZ: SOFC-M odul Stack 5 k W el (o.ä.) Brennstoffaufbereitung Nachverbrennung Wärmeübertrager Wechselrichter R egelung Partner: Endgerät SOFC-Modul Zusatzbrenner Gehäuse W ärmeauskopplung! Marketing & Vertrieb Heizkessel-Marke N.N. Brennstoffzellenheizgerät Typ SOFC 18

19 Stationäre Anwendungen Serie ModEV 3-50 kw el Wohnhäuser (Zwei- oder Mehrfamilienhäuser) Kraft-Wärme-Kopplung für Industrie oder Gewerbe Biogasverstromung in Landwirtschaft Massenmarkt 19

20 Mobile Anwendungen Serie BordEV 5-20 kw el Stand-by- oder Zusatzstromversorgung - Schifffahrt -Eisenbahn -Flugzeug Bordstrom unabhängig vom Antrieb => geräuschlos, emissionsarm Nischenmarkt 20

21 Strategische Partner EBZ entwickelt flexible SOFC-Module zur Integration in unterschiedliche Endgeräte In Deutschland kein Mitbewerber in diesem Leistungsbereich Systemperipherie zum Großteil Eigenentwicklungen Kompetenzerweiterung in nationalen und europäischen Forschungsprojekten Möglichkeiten der nachhaltigen Investition in die Zukunft 21

22 Entwicklungsstand Versuchsmuster 1 x 0,8 kw el Stackintegration Betriebserfahrungen Validierung Systemauslegung Langzeitverhalten Zeitskala Markteintritt (2010) Feldtests (2008) Prototyp (2006) Demonstrator (2004) " Versuchsmuster (2002) " 22

23 Entwicklungsstand Demonstrator 2 x 0,75 kw el Modularer Aufbau Erdgasbetrieb Starke thermische Integration Optimierte Regelung Zeitskala Markteintritt (2010) Feldtests (2008) Prototyp (2006) Demonstrator (2004) " Versuchsmuster (2002) " 23

24 Nächste Schritte Entwicklung und Aufbau Prototyp SOFC-Stack Partnerschaften erweitern Aufbereitung für flüssige Brennstoffe entwickeln (Flüssiggas, Methanol, Ethanol, Heizöl) Betriebserfahrungen in Langzeittests erhalten Einzelkomponenten weiterentwickeln Enge Beziehungen zu strategischen Partnern etablieren Finanzierung Produktion Marketing, Vertrieb & Service. 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns: oder Stand C58/2 25