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Elektrotechnik
3. Brennstoffzellenkongress des VDEW
ep10/2003, 4 Seiten
VDEW sehr interessiert Die Bedeutung der vom Verband der Elektrizitätswirtschaft e. V. (VDEW) zum dritten Mal organisierten Fachtagung wurde durch namhafte Wissenschaftler, Fachkräfte und Produzenten als Vortragende deutlich. Die Elektrizitätswirtschaft zählt zu den Betroffenen, die neben der Kraftstoff- und Automobilindustrie die meisten Veränderungen in ihrer Arbeitsweise zu erwarten haben. Sie wird Großanlagen in ihr Eigentum übernehmen und die dezentral erzeugte Energie vieler kleiner Anlagen abnehmen müssen. Ein Strukturwandel ist demnach zu erwarten. Zudem steht - wie vom VDEW-Präsidenten Dr. Werner Brinkner anlässlich des VDEW-Kongresses am 4. Juli 2003 in Berlin dargestellt wurde - der Ersatz von rund 40 000 MW konventioneller Kraftwerksleistung im Zeitraum von 2010 bis 2020 bevor. Der Tagungsband [1] gibt einen Überblick über mögliche Arten der BZ und der Brennstofferzeugung. Nachhaltige Versorgung Prof. Dr. Alexander Wokaum (Paul Scherer Institut, Villingen, Schweiz) befasste sich im Eröffnungsvortrag mit der strategischen Einordnung der Brennstoffzelle (BZ) in eine nachhaltige Energieversorgung. Es lassen sich u. a. folgende Aussagen treffen: · Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen, führenden Industrieunternehmen und Anwendern ist unverzichtbar · zur Energieträgerverteilung können vorhandene Netze einbezogen werden · Entwicklung von Treibstoffen aus erneuerbaren Energien muss vorangetrieben werden · Kostenreduktion und Langzeitstabilität der BZ sind größte Herausforderungen · Wenn vorher genannte Problemkreise gelöst werden können, bilden BZ eine Schlüsseltechnologie einer nachhaltigen Energiepolitik. Prof. Dr. Wagner (Ruhr-Universität Bochum) verglich und bewertete die BZ mit anderen Erzeugungssystemen [2]. Die Konkurrenzbeziehungen zeigt Tafel . · In vergleichender Energiebilanz zu konventioneller Versorgungstechnik haben BZ 10 bis 20 % Vorteile. Weiterentwicklung der konventionellen Technik kann das Verhältnis ändern. · vergleichende Emissionsbilanz aus heutiger Sicht zeigt 30-40 % zugunsten der BZ. Frau Prof. Dr. Heinzel (Gerhard Mercator Universität, Duisburg) stellte detailliert das Entwicklungspotential der BZ-Technik dar. Bild zeigt anhand der Wirkungsgradaspekte eine Einschätzung der Anwendungsmöglichkeiten von BZ im Vergleich zu Konkurrenzsystemen. Fortschritte bei Herstellern Im Vortrag von Herrn Berger (MTU CFC Solution Gmb H, München) wurde der Aufbau von HOT-Modulen [3] erläutert. Entscheidend für deren wahrscheinlich frühzeitige Serieneinführung ist, dass mit der von Oktober 1999 bis März 2002 in Bielefeld installierten Testanlage ein elektrischer Wirkungsgrad von 55 % und ein Gesamtwirkungsgrad von 76 % erreicht wurde. Diese Werte sollen bei Serienanwendungen auf etwa 65 % bzw. 85 % gesteigert werden. Die Nutzung der Hochtemperatur-Wärme ist auch als Prozessenergie in verschiedensten Anwendungen, als Austreiberwärme in Absorptions-Kältemaschinen oder zum Betrieb von Dampfstrahl-Kältemaschinen geeignet. MTU geht davon aus, dass das Hot Module-Konzept eine starke Vereinfachung der Peripherie ermöglicht, die immerhin 2/3 der Kosten für das Gesamtsystem beinhaltet. Sulzer Hexis startete Ende 2001 die Vorserienphase mit dem BZ-Heizgerät „HXS 1000 Premiere“ [4]. Die im Vortrag von Herrn Dr. Raak aufgezeigten Wertungen bisheriger Einsätze bestätigten den eingeschlagenen Weg: · Manufaktur für max. 20 Systeme/Monat ist aufgebaut · automatische Zellproduktion für max. 500 000 Zellen pro Jahr ist vorhanden · etwa 100 Systeme ausgeliefert · Schulung für etwa 140 Installateure ist erfolgt. Doch auch die Problemfelder „Verringerung der Degradation“, „Verbesserung des Ausfallverhaltens“ und „Übergang zur kostengünstigen Produktion“ wurden angesprochen. Ein seriennahes System soll sich diesen Zielstellungen nähern und 2004/2005 verfügbar sein. Herr Kindler von der Fa. Vaillant stellte in seinem Bericht eine vorrangig positive Bilanz aus den Erfahrungen mit knapp 40 in Europa befindlichen PEMFC-Demonstrationsanlagen für 1 bis 4,6 kWel und 1,5 bis 7 kWtherm dar. Einsatzziel sind größere Wohnanlagen und Mehrfamilienhäuser. Es liegen für 12 Anlagen ausgewertet Betriebsergebnisse vom 17.12.2002 bis 09.06.2003 vor. Demnach wurden 24 300 Betriebsstunden erreicht und 79 900 kWh Gesamtenergie erzeugt. Die durchschnittliche Verfügbarkeit betrug 72 % (40 bis 80 %, je nach Anlage), d. h. die Zuverlässigkeit, aber auch der Wirkungsgrad konnte gegenüber vorherigen Testgeräten deutlich gesteigert werden. Probleme im Praxisbetrieb lagen eher bei der konventionellen Technik. Herr Große (Siemens) informierte über die Weiterentwicklung von tubularen SOFC-Zellen zur sogenannten High-Power-Density-SOFC (HPD). Mit dieser Entwicklung wurden die inneren Verluste reduziert und eine höhere Packungsdichte realisiert. Es besteht noch erheblicher Handlungsbedarf. Konkurrenzfähige BZ Elektropraktiker, Berlin 57 (2003) 10 738 BRANCHE AKTUELL 3. Brennstoffzellenkongress des VDEW Entwicklung der Brennstoffzellen geht voran Am 16. und 17.Juni 2003 fand in Mannheim der 3. Brennstoffzellenkongess der Energiewirtschaft statt. Der Stand der Technik wurde durch bekannte Wissenschaftler dargestellt und Industrievertreter berichteten über ihre Erzeugnisse. Anwendungen Leistung Anwendungs- BZ- konkurrierende (Sektor) beispiele Typen Systeme Antrieb > 100 kW Busse PEMFC Dieselmotor 30 - 100 kW PKW PEMFC Otto-/Dieselmotor Bordnetz- < 1000 kW Flugzeuge, Schiffe PEMFC Batterie, Akkumulator versorgung < 10 kW PKW, Nutzfahrzeuge PEMFC Lichtmaschine, Batterie, Akku > 1 MW zentral; PEMFC, SOFC konventionelles Kraftwerk, Kraftwerke, Heiz- (kraft-) werk Strom-/ Nah-/Fernwärme Wärme-- > 50 kW dezentrale Strom-/ PEMFC, SOFC, Öl-/Gaskessel erzeugung Wärmeerzeugung MCFC, (PAFC) auch: Solaranlagen 1 - 50 kW Hausenergie- PEMFC, SOFC Öl-/Gaskessel versorgung auch: Solaranlagen Strom- < 10 kW Generator PEMFC, DMFC Dieselmotor erzeugung (Militär, Camping, ...) < 100 W Laptop, Ladegeräte PEMFC, DMFC Batterie, Akkumulator mobil stationär portabel Einschätzung der zukünftigen Anwendung von BZ nach Wirkungsgradaspekten Quelle: ZBT, Universität Duisburg-Essen Tafel Konkurrenzbeziehungen von Brennstoffzellensystemen Quelle: LEE erfordern noch wesentliche Forschungsleistungen bei Materialien und Komponenten. Das Gesamt-Wirkungsgrad-Potential ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Auf Grund der hohen Kosten wird sich der kommerzielle Einsatz in näherer Zukunft auf Nischenmärkte beschränken. Erfahrungen der Energieversorger In diesem Vortragsabschnitt beschäftigten sich Mitgliedsbetriebe des VDEW als potentielle Anwender und auch als Erstanwender mit der Strategie, den Möglichkeiten und Problemen zum Einsatz von BZ-Anlagen in ihren Betrieben. Die RWE Fuel Cells Gmb H, Essen, sammelt mit Demonstrationsanlagen Betriebserfahrungen für Gewerbe-, Industrie- und Hausenergieanwendungen. Ergebnisse vermittelte Herr Bruch in seinem Vortrag. Der bisherige Anlagenbetrieb bestätigte das technische Potential der BZ-Technologie. Für den kommerziellen Einsatz sind anlagentechnische Optimierungen notwendig. Weitere Demonstrationsanlagen, auch für Sondergasanwendungen, werden für erforderlich gehalten. Zusätzlich zu den bisherigen Forderungen wurde für Gewerbe- und Industrieanwendungen die Reduktion des Betriebsmitteleinsatzes und die Verkürzung der An- und Abfahrzeiten gefordert. Herr Dr. Dub von der gastgebenden MVV Energie AG vertrat die Prämisse: „Die zukünftige Energieversorgung ist dezentral“. Deshalb sollten sich die Energieversorger rechtzeitig und intensiv mit dezentralen Erzeugungstechnologien auseinandersetzen, um den Anschluss im liberalisierten Strommarkt nicht zu verlieren. Das energiepolitische Umfeld hat einen starken Einfluss auf die Investitionsentscheidungen der Energieversorger. Das EEG hat Planungssicherheit gegeben und führt zu umfangreichen Investitionen. Diese Investitionen in neue Technologien sind für Energieversorger ein Muss, um das Knowhow für zukünftige Ertragsquellen zu erlangen. Bezeichnung Status Titel Ausgabe DIN IEC 62282-1 Norm-Entwurf Brennstoffzellentechnologien - Teil 1: 09.2002 (IEC 105/28/CD 1: 03.2002; Begriffsbestimmung closing date 2nd draft: 30.05.03) DIN IEC 62282-2 Norm-Entwurf Brennstoffzellentechnologien - Teil 2: 09.2002 (IEC 105/25/CD: 2002) Brennstoffzellenmodule OEVE/OENORM EN 62282-2 Norm-Entwurf Fuel Cell Technologies - Part 2: 03.2003 (IEC 105/42/CDV: 2002; Fuel Cell Modules closing date CDV: 23.05.03) C56-282-2PR Norm-Entwurf Fuel Cell Technologies - Part 2: Fuel Cell Modules DIN IEC 62282-3-2 Norm-Entwurf Brennstoffzellentechnologien - Teil 3-2: 10.2002 (IEC 105/26/CD 1: 02.2002; stationäre Brennstoffzellen - closing date 2nd draft: 21.03.03) Energieerzeugungseinrichtungen; Prüfverfahren für die Leistungskennwerte VDI 6012 Blatt 3 VDI-Richtlinie Dezentrale Energiesysteme im Gebäude - 07.2002 Brennstoffzellen DVGW VP 119 Prüfgrundlage Brennstoffzellen-Gasgeräte bis 70 kW OENORM M 7454 Vornorm Gasgeräte - Brennstoffzellen-Heizgeräte mit 08.2002 einer maximalen Wärmebelastung von 70 kW SAE J 2574 Norm Fuel Cell Vehicle Technology 03.2002 SAE J 2578 Norm Recommended Practice for General Fuel 12.2002 Cell Vehicle Safety Tafel Verfügbare Normen zur Brennstoffzelle (Stand 8.5.2003) Quelle: Forschungszentrum Jülich BRANCHE AKTUELL Normen und Empfehlungen Herr Prof. Ludger Blum vom Forschungszentrum Jülich zeigte in seinem Vortrag, dass international deutliche Anstrengungen für die Normung erforderlich sind. Auch Deutschland ist im IEC TC 105 vertreten, dessen Aufgabe es ist, internationale Standards für BZ für die verschiedensten Anwendungen zu erarbeiten. An diesem Normungsausschuss nehmen derzeit 15 Länder teil, 7 weitere haben Beobachterstatus. Innerhalb Deutschlands erarbeitet der VDE mit der DKE, Komitee K 384, als Spiegelgremium zum IEC TC 105 nationale Vorschläge. Normen für ein Produkt, das noch nicht am Markt ist, haben noch keine Bedeutung für die Wertschöpfung der Betriebe. Deshalb entspricht die Industriebeteiligung am Normenentwurf gegenwärtig nicht den Wünschen. Die Normung ist trotzdem unverzichtbar und wird die Markteinführung fördern. Bis jetzt verfügbare Dokumente sind in Tafel aufgelistet. Virtuelle Kraftwerke Im Vortrag von Herrn Dr. Kleimaier (RWE Net AG, Dortmund) wurden verschiedene Aspekte des als gegeben angesehenen Einsatzes von BZ-Anlagen beleuchtet. Diese dürfen nicht isoliert betrachtet werden, sondern müssen als Teil einer gesamthaften Erzeugungsstrategie für Strom und Wärme (zentral und dezentral) insbesondere unter Einbeziehung regenerativer Erzeugung gesehen werden. Regenerative Energien und auch wärmegeführte KWK-Anlagen erfordern die Bereitstellung von kurz- und mittelfristiger Regelleistung, was den Aufbau zusätzlicher Erzeugungseinheiten bedingen kann. Mögliche Funktionen einer BZ-KWK-Anlage sind in Bild dargestellt. Die Auswirkungen auf Anlagengestaltung, Netztopologie, Schutzmaßnahmen, Toleranzgrenzen, Einfluss auf Netzentgelte und Management-Systeme usw. und die technischen Probleme sind umfangreich und auch die Wirtschaftlichkeit muss noch nachgewiesen werden. Prof. Handschin (Uni Dortmund) beleuchtete in seinem Vortrag die Konsequenzen der zunehmend dezentralen Energieerzeugungen. Die Wirtschaftlichkeit einzelner dezentraler Energieversorgungsanlagen kann nur durch Bündelung zu einem virtuellen Kraftwerk erreicht werden. Zu deren Realisierung müssen neue leit- und kommunikationstechnische Konzepte umgesetzt werden. Die Berücksichtigung der netztechnischen Belange ist eine wichtige Voraussetzung, um virtuelle Kraftwerke technisch und wirtschaftlich betreiben zu können. Literatur [1] Die Brennstoffzelle - Möglichkeiten und Grenzen ihrer Verwendung, Materialienband zum 3. Brennstoffzellenkongress der Energiewirtschaft 2003. Frankfurt/Main: VWEW Energieverlag. [2] Kabisch, H.: BHKW contra Brennstoffzelle. Elektropraktiker Berlin 56(2002)5, S. 394-397. [3] Kabisch, H.: Brennstoffzellen mit hoher Betriebstemperatur - Überblick. Elektropraktiker Berlin 55(2001)10, S. 824-827. [4] Geitmann, S.: Brennstoffzellen in der Hausenergie-Versorgung. Elektropraktiker Berlin 56(2002)2, Seite 113-115. W.-D. Sieberth BRANCHE AKTUELL Mögliche Funktionen einer BZ-KWK-Anlage Quelle: RWE Kommunikation Steuerung/Regelung/Datenerfassung Wechselrichter BZ-Stack Netz Gas Reformer Kuppelschalter Wechselstrom el. Energie/Gleichstrom Wärme Spitzenleistung, Netzregelung, Engpass-/Lastmanagement, USV (premium power) Absorption/ Adsorption Blindleistung Spannungsregelung Klimatisierung? Gleichstromsystem? Oberschwingungs- und Flickerkompensation
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- W.-D. Sieberth
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