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| Thema Heiztechnik & Heizungstechnik vom 26.03.2003 @ 09:18:36 CET
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26.03.2003 Erdgas-Reformer für Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk
Fraunhofer ISE zeigt neue Arbeiten zur Wasserstofferzeugung
in Hannover
Der Einsatz von Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerken in Häusern
steht im Mittelpunkt eines Projekts, in dessen Rahmen das Fraunhofer ISE jetzt
einen ...
Fraunhofer ISE zeigt neue Arbeiten zur Wasserstofferzeugung
in Hannover
Der Einsatz von Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerken in Häusern
steht im Mittelpunkt eines Projekts, in dessen Rahmen das Fraunhofer ISE jetzt
einen Erdgas-Reformer für ein 2 kWel-Brennstoffzellen-BHKW erfolgreich
in Betrieb genommen hat.
Im Sinne einer umweltfreundlichen Energiewirtschaft bieten Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke
die Möglichkeit der dezentralen Energieversorgung von Gebäuden. Mit
hohem Wirkungsgrad erzeugen Brennstoffzellen aus Wasserstoff und Luft-Sauerstoff
Strom und Wärme. Der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff
wird durch Elektrolyse oder Reformierung fossiler bzw. biogener Energieträger
gewonnen. Mit der Entwicklung solcher Anlagen zur Wasserstofferzeugung und deren
Integration in Gesamtsysteme befasst sich das Fraunhofer ISE.
Der von den Freiburger Forschern entwickelte Erdgas- Reformer wird mit einer
PEM (Polymerelektrolytmembran)- Brennstoffzelle des Zentrums für Sonnenenergie-
und Wasserstoff- Forschung ZSW (Ulm) kombiniert. Die Gesamtanlage liefert 2
kW elektrischen Strom und rund 4 kW thermische Leistung zum Heizen und zur Warmwasserbereitstellung
im Haushalt. Als Demonstrationsanlage soll sie neben der Betriebserfahrung verlässliche
Daten über die Wirkungsgrade von Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerken
mit Erdgas-Reformern liefern.
Die Reformer-Anlage des Fraunhofer ISE produziert im Nennlastbetrieb ein Produktgas,
das neben 2 Nm3/h Wasserstoff auch CO2, Wasserdampf und geringe Mengen an Methan
und Kohlenmonoxid (CO) enthält. Die Anlage umfasst zusätzlich zum
eigentlichen Dampfreformer eine CO-Shift- Stufe zur Gasaufbereitung, in der
die CO-Konzentration des Reformerproduktgases weiter verringert wird. Bevor
das Produktgas in der PEM-Brennstoffzelle des BHKW verstromt werden kann, muss
der CO-Gehalt bis hinunter zu Konzentrationen von 50 ppm abgesenkt werden. Dies
erfolgt in einer CO-Feinreinigungsstufe (Selox), die vom Projektpartner ZSW
entwickelt und gebaut wird. Eine solche Feinreinigung ist notwendig, weil das
CO den Edelmetall-Katalysator auf den Membranen der PEM-Brennstoffzelle im Laufe
der Zeit vergiften würde.
Die Reformer-Anlage wird zwischen 50% und 100% der Nennlast über eine
Siemens SPS vollautomatisch gesteuert. Sie fährt die von der Brennstoffzelle
angeforderten Wasserstoff- Leistungen in »Minutenschnelle« nach.
Die COKonzentration im Produktgas der Reformeranlage liegt zu allen Zeiten verlässlich
unterhalb 0.3 vol-% (trocken). Selbst bei Lastwechseln bleibt der CO-Gehalt
unter diesem Wert. Das Restgas aus der Brennstoffzelle, das nicht umgesetzten
Wasserstoff enthält, kann im Brenner des Reformers thermisch verwertet
werden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöhen lässt.
Ohne die Anodenabgasnutzung liegt er für die Reformer-Anlage bei Werten
von 65%. Wird das Anodenabgas im Brenner verfeuert, lässt sich der Reformerwirkungsgrad
auf Werte von 70 bis 75% steigern, je nach Wasserstoffumsatz der Brennstoffzelle.
»Dabei ist das Potenzial der Steigerung des Reformerwirkungsgrades noch
nicht ausgeschöpft«, wie Thomas Aicher, Teilprojekt- Leiter am Fraunhofer
ISE, meint. »Durch bessere Wärmeintegration und weitere Reaktoroptimierung
lassen sich im Laufe der
nächsten Jahre sicher Wirkungsgrade von über
80% erreichen.« Da die Brennstoffzelle derzeit noch nicht in das BHKW
integriert ist, wurde der Anodenabgas-Betrieb der Reformer-Anlage mit einem
simulierten Anodenabgas erprobt.
Die Arbeiten werden im Rahmen des Leitprojektes EDISON - »Intelligente
Energieverteilungsnetze durch Anwendung innovativer dezentraler Erzeuger-, Speicher-,
Informations- und Kommunikationssysteme« - durchgeführt. Dieses Projekt
wird vom Bundeswirtschaftsministerium BMWA gefördert. Das Fraunhofer ISE
stellt seine Entwicklungen im Bereich Wasserstofferzeugung auf der Hannover
Messe vor. Neben der Reformierung zählt dazu auch die Elektrolyse. Für
das norwegische Institut für Energietechnik ife baute das Fraunhofer ISE
einen 2 kW Elektrolyseur. Dieser wurde erfolgreich integriert in ein automatisiertes
Gesamtsystem mit Photovoltaikmodulen, Batterie, Wasserstoffspeicher und Brennstoffzelle.
Laufende Untersuchungen des Demonstrationssystems liefern Aussagen über
Systemdynamik und ein optimales Betriebsmanagement.
Quelle:
sanitaerbund
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