Hamburg, 15. März 2005 - Mit ihrer Beta 1.5 sammelt die european fuel cell gmbh derzeit Erfahrungen im Dauereinsatz: Im Labor prüfen Techniker, wie sich die Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) unter praxisnahen Bedingungen beweisen. Dazu wurden die Einheiten komplettiert: Sie beinhalten neben der eigentlichen PEM-Brennstoffzelle (1,5 kWel und ca. 3 kWth) auch den Reformer zur Erdgasaufbereitung, einen Zusatzbrenner (Brennwerttechnik) sowie die zur Gesamtanlage gehörige Steuerungstechnik. Mit einem für die Anforderungen des BZH entwickelten Pufferspeicher, lässt sich das System optimieren. So ausgestattet passt das Brenn-stoffzellen-Heizgerät eindeutig zu den Bedürfnissen im Einfamilienhaus (EFH) und benötigt auch nur ein Abgassystem.
PEM überzeugt durch guten Wirkungsgrad bei Teillast
Der Kern, die PEM-(Polymer Elektrolyt Membran) Brennstoffzelle, ist für den Einsatz im heimischen Bereich prädestiniert, denn sie reagiert gutmütig auf Lastwechsel, lässt sich ohne nennenswerten Einfluss auf die Haltbarkeit schnell an- und abschalten und weist auch bei Teillast einen guten Gesamtwirkungsgrad auf. Der ist auch verantwortlich für das CO2-Einsparpotenzial, betont efc-Produktmanager Thomas Winkelmann: "Durch die effektive kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung wird mehr als ein Drittel an Kohlendioxidemissionen eingespart, verglichen mit der Stromproduktion in Kondensationskraftwerken und separater Wärmeerzeugung."
"Die Leistung ist so abgestimmt, dass unser Brennstoffzellen-Heizgerät in einem Einfamilienhaus beinahe das ganze Jahr über im Einsatz ist. Es kann den Energiebedarf zum Heizen und zur Warmwasserbereitung decken und zeitgleich Strom produzieren", erklärt Winkelmann. Die thermische Spitzenlast wird durch den Zusatzbrenner gedeckt, und der Pufferspeicher gleicht Differenzen zwischen Erzeugung und Bedarf aus. Die Dimensionierung von Wärmespeicher und Zusatzheizgerät durch efc soll maximalen Komfort bei optimierter Wirtschaftlichkeit gewährleisten. Denkbar ist aber auch, vorhandene Wärmespeicher anderer Anbieter in das System einzubeziehen.
In ihren Labortests stellt efc die Einsatzbedingungen im EFH nach. Dabei ermitteln die Techniker unter anderem das Voll- und Teillastverhalten und die Reaktion auf Lastwechsel. Nach umfangreichen Untersuchungen an den einzelnen Komponenten steht nun deren Zusammenspiel im Vordergrund. Außerdem soll die Steuerung auf Basis der Tests verbessert werden, um einen höchst effizienten und für den Anwender zugleich komfortablen Betrieb zu erreichen, denn "wir streben natürlich an, möglichst den Großteil des Strom- und Wärmebedarfs in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit der Brennstoffzelle zu decken", so Guido Gummert, Geschäftsführer der efc (siehe Foto). Das erlaubt die meiste CO2-Einsparung und die besten Stromerlöse, den nicht benötigten Strom kann der Anwender ins Netz einspeisen und sich vergüten lassen. 
Höhere Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels angestrebt
Nicht zuletzt anhand der Labortests sollen optimierte Komponenten entstehen, die zu einer längeren Lebensdauer des Gesamtsystems beitragen. Dabei stehen Arbeiten am Stack, dem Zellstapel, im Vordergrund. Einen großen Erfolg kann efc schon durch den mit Schunk und Freudenberg realisierten Stack-Aufbau verbuchen: Das Trio hat ein Bipolarplattenkonzept entwickelt, das eine sehr hohe Qualität und eine optimale Fertigung der Zelle ermöglicht. Gummert: "In dieser Hinsicht haben wir Partner, die weltweit führend sind."
Noch kann der Zellstapel in punkto Lebensdauer aber nicht mit normalen Heizungs-systemen konkurrieren. Für ihn werden derzeit 2.000 Betriebsstunden garantiert. "Der Stapel verträgt auch deutlich mehr. Aber man muss bedenken, dass im Vergleich zu konventionellen Kesseln und Betriebszeiten von jährlich 2.700 Stunden, ein BZH über 5.000 Stunden im Jahr und mehr absolvieren kann und dennoch erst nach etlichen Jahren ein Reparatur- oder Ersatzbedarf bestehen soll", erklärt Winkelmann. Man arbeite intensiv mit diversen Anbietern zusammen, um die MEA, die Membrane Electrode Assembly, zu verbessern. "Sie ist eine der Hauptursachen, warum wir erst wenige tausend Betriebsstunden zusagen können."
Junges Frame-Konzept erleichtert Austausch einzelner Zellen
Für den Feldtest, der noch 2005 starten soll, sind trotzdem zwei Jahre Betrieb geplant: Ein Service- und Wartungsvertrag stellt sicher, dass eventuelle Defekte behoben werden, und der Test weiterlaufen kann. Um Wartungs- und Servicearbeiten zu vereinfachen, ist der Zellstapel (Stack) nach einem so genannten Frame-Konzept aufgebaut, das efc den Besuchern der Fachmesse ISH auf dem Stand in Form eines Modells vorstellt. Das Konzept erlaubt bei Defekten den Austausch einzelner Zellen. "Anhand des Cell Voltage Monitors erkennen wir, bei welcher Zelle Leistungseinbrüche vorliegen und können sie gezielt tauschen", erklärt Gummert. Bei Ausfällen der Brennstoffzelle sei die Wärmeversorgung nie gefährdet, betont er, denn "der Zusatzbrenner liefert auch für kalte Wintertage genügend Heizenergie."
Kompetenz seitens efc fließt aber nicht allein bei der partnerschaftlichen Entwicklung von Komponenten ein. Ein wesentlicher Baustein des Brennstoffzellen-Heiz-gerätes trägt eindeutig die Handschrift der Hamburger: die Steuerungstechnik. Sie ist entscheidend, einerseits für die Wirtschaftlichkeit im Betrieb, andererseits weil sie die Schnittstelle zum Anwender oder Installateur darstellt.
Energiemanagement stimmt den Betrieb auf den Bedarf ab
Die Regelungs- und Steuerungstechnik arbeitet auf verschiedenen Ebenen. Sicher-heit hat oberste Priorität: Eine Überwachung des Gaszuführungs- und Verbrennungsprozesses soll den CE-konformen Betrieb sicherstellen. Bei Störungen wird die Anlage sofort angehalten und in einen sicheren Zustand überführt.
Die Prozesssteuerung gewährleistet den technisch optimalen Betrieb von Komponenten wie dem Reformer und dem Zellstapel abhängig von den Vorgaben des Energiemanagements. Letzteres kann damit den bedarfsgerechten Betrieb des Brennstoffzellen-Heizgerätes sicherstellen. So wird zum Beispiel dafür gesorgt, dass in der Dusche morgens warmes Wasser zur Verfügung steht, auch wenn bis kurz zuvor kein thermischer Bedarf bestand. Das Energiemanagement koordiniert also anhand von Bedarfsdaten den Betrieb von Brennstoffzelle, Pufferspeicher und Zusatzbrenner und favorisiert dabei den Betrieb der Brennstoffzelle. "In ihr läuft der KWK-Prozess ab, der wesentlich für einen umweltschonenden Betrieb und eine zukünftige Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems ist", unterstreicht Winkelmann die Bedeutung der jungen Technologie.
Neue Prozessvisualisierung bietet Hilfe bei Inbetriebnahme
Erst kürzlich haben die Techniker von efc eine Prozessvisualisierung mit grafischer Oberfläche realisiert. Sie bietet Anwendern und Installateuren je nach Zugriffs-rechten Überblick über die wichtigsten Prozesse und ihre Parameter. Was für Kunden und Energieversorger eher zur Information gedacht ist, dient dem Installateur als Hilfe bei der Inbetriebnahme oder bei Wartungsarbeiten. Für den Anwender will efc bald noch eine Auswerteebene anbieten. Die Feldtestpartner können dann genau verfolgen, wie das Aggregat läuft und welchen Strom- bzw. Wärmebedarf der Haushalt gerade hat.
"Schlussendlich soll der Kunde sich aber nicht um das Gerät kümmern", stellt Gummert fest. "Ausgerüstet mit Zusatzbrenner, Pufferspeicher und dem Energie-management wird die Anlage ohne Eingriffe laufen können." Mit der Beta 1.5 ist das Brennstoffzellen-Heizgerät zu einer kompletten, in sich harmonischen Einheit für den Einsatz im Feldtest herangereift. Der Marktreife ist man so wieder ein kleines Stück näher gekommen. (Pressemeldung der efc european fuel cell GmbH) |
