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Funktionsprinzip, Eigenschaften,

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Funktionsprinzip, Eigenschaften, Powered By Docstoc
					                                   TU Dresden
                                   Institut für Thermodynamik und TGA
                                   01062 Dresden
                                   Dr.- Ing. Andreas Gassel
                                   Tel. 0351/4633423
                                   Fax: 0351/4637105
                                   mail: gassel@mttnv01.mw.tu-dresden.de




 Funktionsprinzip, Eigenschaften,
Anwendung und Betriebserfahrungen




        www.malteser-krankenhaus-kamenz.de ; www.adsorber.de
1. Brennstoffzellen
2. Adsorptionskältemaschinen
3. Projekt Kamenz
Energiedienstleistungen
           Kohle, Gas,
           Uran


Kraftwerk                - Kraft         Kessel
                                                    Gas, Öl,
                Strom    - Kälte
                (36 %)
                                                   Kohle, Holz
                         - Licht
                                         - Wärme
                         - Information
  Verlust
  (64 %)



Gegenwärtige Hauptstruktur der Energieversorgung
                                     Verlust
                                       (15 %)

                    - Kraft                  BHKW
                                    Strom                  Gas, Öl,
                    - Licht         (35 %)
                                                          Kohle, Holz
                    - Information

                    - Kälte     SKM             - Wärme
                                                 (50 %)




Alternative 1: Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung
          Gas,
          Kohle

 Super-                               Wärme-
                      - Kraft         pumpe
Kraftwerk                                       Umgebungs
             S
             Strom    - Kälte
             (75 %)                               wärme
                      - Licht
                                      - Wärme
                      - Information
 Verlust
 (25 %)



Alternative 2: Das „Super-Kraftwerk“
Historie
          Brenn-                  Wärmekraft-
         kammer
                                                       Generator
                                   prozess

Brennstoff         Wärme hoher                          h
                                              Mechanische     Strom
                   Temperatur                   Energie
                                  Wärme niedriger
                                   Temperatur


                      Wärme

              Brenn-
             stoffzelle
Brennstoff
        ff                Strom


   Stromerzeugung im Vergleich
          Brenn-                  Wärmekraft-
         kammer
                                                       Generator
                                   prozess

Brennstoff         Wärme hoher                          h
                                              Mechanische     Strom
                   Temperatur                   Energie
                                  Wärme niedriger
                                   Temperatur


                      Wärme

              Brenn-
             stoffzelle
Brennstoff
        ff                Strom


   Stromerzeugung im Vergleich
                                                100
                                                          Wärmeabfuhr bei 30 °C (DaKrW)




                       Max. Wirkungsgrad in %
                                                 80


                                                 60


           tzu − tab                                                         Wärmeabfuhr bei

η max =
                                                 40
                                                                             400 °C (Motor)

        tzu + 273°C                              20


                                                  0
                                                      0        500    1000       1500   2000   2500

                                                 Temperaturniveau Wärmezufuhr [°C]




Maximal möglicher Wirkungsgrad
a) Hohe Temperatur Wärmezufuhr: b) Geringe Temperatur Wärmeabfuhr:
  - Brennstoff: kein Problem                 - Dampf-KW: sehr gut (30 °C)
  - Arbeitsstoff:                            - Dampf-KWK: gut (70 .. 200 °C)
      - Heissdampf (Kohle-KW): bis 650 °C    - GT und Motoren: schlecht (300 .. 600 °C)
      - Sattdampf (Atom-KW): bis 300 °C
      - Luft (GT, Motor):      unbegrenzt   c) Hoher Gütegrad (g):
  - Material: 1200 °C                         - Dampf-gross: sehr gut (0,7 .. 0,85)
                                              - Dampf-klein: schlecht (0,55 .. 0,75)
         tzu −zuab tab
             tt−
 η max =
   =                  ∗g                      - GT und typ. Motoren: schlecht (0,45 .. 0,7)

          t 273°C
      tzu +zu + 273°C                         - Stirlingmotor: sehr gut (bis 0,9)




  Wege zum hohen Wirkungsgrad
Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle
                                          tzu − tab
                                    η=              ∗g
                                       tzu + 273°C
1. Keine reale Temperatur der Wärmezufuhr:
  => kein temperaturbedingtes Werkstoffproblem
  => keine Schadstoffe ausser CO2

2. Scheinbare Temp. der Wärmezufuhr hoch:
  => gute Voraussetzung für hohe Effizienz
  aber: Gütegrad schlecht oder Temp. Wärmeabfuhr hoch

3. Keine bewegten Teile:
  => leise
  => potenziell zuverlässig


Die Brennstoffzelle aus thermodyn. Sicht
Verluste in einer Brennstoffzelle
 Name   Elektrolyt Temp. Brennstoff Güteg. Wirkg-g. Bemerkung

                    °C              %     %

 AFC    Kalilauge   65     H2                      Problem: CO2
                                                   Nur Raumfahrt
 PEMFC Membran      80     H2       55    55       Problem: CO
                                                   Gute Aussicht
 PAFC   Phosphor- 200      H2       55    50       Einziges
        säure                                      Serienprodukt
 MCFC   Schmelz-    650    H2, CO   80    55
        karbonat
 SOFC   Festoxyd    1000   H2, CO   85    55
        (ZrO2)



Arten von Brennstoffzellen
Temp. in °C
2500
                                            BZ            BZ                 BZ

              Güte: 0           Güte: 0                        Güte: 0,85     Güte: 0,85


1000
                           GT
                                Güte: 0,6    Güte: 0,55    Güte: 0            Güte: 0,6

                                                                             GT
 400    Dampf
                        Dampf
              Güte: 0,75     Güte: 0,75
 30
       Kohle-KW            GuD            NT-BZ       HT-BZ                 BZ-GT
         49 %              61 %           48 %        46 %                   66 %

   Übersicht Stromerzeugung aus Brennstoff
                                     Abgas

                              Wärme-            Nutz-
                              übertrager        wärme
 Dampf, Restgas
                                     Restgas,
          Reformer
                                     Abluft       Strom
                       H2-reiches
Erdgas                 Gas        Zell-    Wechsel-
                                         =              ~
                                  stapel   richter


                     Luft            Luft

 Aufbau einer erdgasbetriebenen Brennstoffzelle
Temperatur


             Brenner

                                     SOFC/
                                     MCFC
650 °C                  Reformer



             PAFC
100 °C                 Verdampferr
             PEMFC


   Wärmeströme in einer BZ-Anlage
Einordnung von Brennstoffzellen
Elt. Lstg.:     200 kW

Th. Lstg.:      220 kW
                (30/110°C)

Elt. Wirk.-grad: 40 %

Preis:          900000 USD




 PAFC ONSI
Elt. Lstg.:     250 kW

Th. Lstg.:      180 kW
                (> 100°C ?)

Elt. Wirk.-grad: 47 %

Preis:          5 Mill. DM




 MCFC MTU
Elt. Lstg.:     1 kW

Th. Lstg.:      3 kW
                (> 100 °C ?)

Elt. Wirk.-grad: 25 %

Preis:         100000 DM




 SOFC Sulzer
PEMFC von Vaillant
 ühoher Wirkungsgrad ûeingeschränkte
 ügutes Teillast-     Lebensdauer
  verhalten             ûzu hohe Kosten
 ümodulare Bauweise     ûEntwicklungsstand
 ügeringe Schadstoff-
  emissionen
 ügeringe Schall-
  emissionen


Vor- und Nachteile einer Brennstoffzelle

				
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Tags: MCFC
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posted:3/31/2011
language:German
pages:24