Foto: Wohnhaus der SolarCity

SOFC4City - SOFC-Abwärmenutzung für Gebäude und Industrie

Das hohe Abwärmetemperaturniveau der SOFC-Brennstoffzelle eignet sich prinzipiell um unterschiedliche Wärme- und Stromverbraucher (Wohnbau, Industriebetriebe, ...) bedienen zu können. Ziel ist es, die Abwärme der Brennstoffzelle auf mehreren Temperaturniveaus zur Verfügung zu stellen, um so die Vorteile der Brennstoffzelle besser zu nutzen und den Einsatz für den städtischen Bereich zu prüfen. Einerseits werden die rechtlichen und marktwirtschaftlichen Rahmenbedingungen dazu erhoben, anderseits wird die technische Ausführbarkeit mittels CFD-Simulationen der Wärmeauskopplung sondiert.

Kurzbeschreibung

Status

laufend

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Die Brennstoffzellen-Technologie verspricht ein hohes Zukunftspotential, da hohe elektrische Wirkungsgrade bei der gekoppelten Wärme- und Stromproduktion im kleinen Leistungsbereich bis 1 MWel realisiert werden können.

Derzeit beschränken sich die Marktaktivitäten vermehrt auf Brennstoffzellen-Heizgeräte für den Hausenergiesektor, wobei überwiegend PEFC und SOFC-Brennstoffzellen mit einer elektrischen Leistung von 1 – 5 kWel angeboten werden.

Die hohen Betriebstemperaturen der SOFC-Brennstoffzelle (600 - 1000°C) erlauben grundsätzlich ein breites Brennstoffband (Erdgas, Biogas, Wasserstoff, Methanol,...), sodass auch fossile Energieträger durch erneuerbare Energieträger substituiert werden können (Second Generation Biofuels z.B.: SNG, BtL).

Die Lebensdauer von Brennstoffzellen wird wesentlich von der Aufheizrate und den An/-Abfahrzyklen beeinflusst. Hohe Aufheizraten bedingen hohe Wärmespannungen in den Stacks und vermindern die Standzeit der Stackdichtungen, daher werden niedrige Aufheizraten angestrebt. Selbst bei kleinen Anlagen kann die Anfahrprozedur über mehrere Tage gehen um der schnellen Degradation der Elektroden vorzubeugen [Ric13]. Aufgrund dieser Gegebenheiten reagiert das Brennstoffzellensystem träge und kann sprunghaften Bedarfs­anforderungen nur schwer folgen.

Um diese Problematik zu umgehen kann man Brennstoffzellen einerseits zur Grundlastabdeckung heranziehen, zur Spitzenlastabdeckung bedient man sich eines Spitzenlastbrenners oder eines Energiespeichers im Hausenergiesektor.

Im Sondierungsprojekt SOFC4City soll untersucht werden, ob die Abwärme der SOFC-Brennstoffzelle technisch, rechtlich und marktwirtschaftlich sinnvoll im urbanen Kontext auf unterschiedlichen Temperaturniveaus genutzt werden kann.

Inhalte und Zielsetzungen

  • Ermittlung der rechtlichen und marktwirtschaftlichen Rahmenbedingungen

  • CFD-Simulation des Brennstoffzellen-Heizgerätes

  • Validierung des CFD-Modells

  • Sondierung der technischen Realisierbarkeit der Wärmeauskopplung auf mehreren Temperaturniveaus

  • Wissensgenerierung zur Definition eines zielorientierten Folgeprojektes

Methodische Vorgehensweise

  • Analyse der rechtlichen und marktwirtschaftlichen Rahmenbedingungen

  • Einsatz numerischer Methoden zur Modellentwicklung inkl. Validierungsmessungen

Erwartete Ergebnisse

  • Validiertes Simulationsmodell der Brennstoffzelle

  • Erkenntnisse über die Durchführbarkeit der Wärmeauskopplung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus

  • Simulationsmodell, Messdaten und Konzept als Basis für ein weiterführendes Forschungsprojekt

Projektbeteiligte

Projektleitung

Forschung Burgenland GmbH

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

  • Österreichische Energieagentur (AEA)

  • Vaillant Group Austria GmbH

Kontaktadresse

DI Erich Terkovics
Steinamanger Straße 21
A-7423 Pinkafeld
Tel.: +43 (05) 7705 5443
E-Mail: erich.terkovics@forschung-burgenland.at
Web: www.fh-burgenland.at

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