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Das Wärmebild macht Schwächen sichtbar: In der Evaluierungsphase des Projekts werden system- und montagebedingte Isolationsschwachstellen identifiziert und mittels vorgefertigter Baugruppen optimiert. Bild: Next Energy
Europäisches Forschungsprojekt

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Ikea-Handbuch für KWK-Anlagen

Wissenschaftler entwickeln ein Verfahren, dass die Wartung unterschiedlicher Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen auf Basis von Brennstoffzellen vereinfacht.

Am EWE-Forschungszentrum Next Energy haben die Arbeiten für das von der Europäischen Union geförderte Forschungsprojekt D2Service (Design of 2 Technologies and Applications to Service) begonnen. Gemeinsam mit Projektpartnern aus fünf Ländern soll unter Leitung der Oldenburger Energieforscher ein Verfahren entwickelt werden, dass die Wartung unterschiedlicher Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) auf Basis von Brennstoffzellen vereinfacht. Vorrangiges Ziel ist, Kosten und Aufwand für Reparaturarbeiten spürbar zu senken und damit die Verbreitung dieser energieeffizienten brennstoffzellenbasierten Technologie europaweit zu steigern.

Einige der aktuell betriebenen KWK-Anlagen sind mit komplexer Technik ausgestattet, die zudem speziell für unterschiedliche Brennstoffzellensysteme entwickelt wurde. Die Folge: Für einen bestimmten Anlagen-Typ sind jeweils nur wenige Techniker ausgebildet, sodass Reparaturen mit langen Anfahrten und hohen Kosten verbunden sein können. Hier setzt D2Service an, wie Projektleiter Tobias Thomsen verdeutlicht: „Wir wollen die Konstruktion von zwei am Markt erhältlichen unterschiedlichen KWK-Systemen soweit vereinfachen und vereinheitlichen, dass später relevante Komponenten leicht austauschbar sind. Parallel entwickeln wir eine grafisch aufbereitete Bedienungsanleitung, die auch Installateuren ohne spezielle Kenntnisse die Wartung Schritt für Schritt erläutert – ganz anschaulich im Ikea-Stil.“

Projektverlauf

Das Projekt soll mit einer Evaluationsphase beginnen, in der alle sieben Projektpartner die KWK-Anlagen und deren Komponenten zum Beispiel auf Wartungs- und Reparaturarbeiten, Zuverlässigkeit, Fehlerzustände und Ersatzteile analysieren. Dafür werden die vorhandenen Erfahrungen aus diversen nationalen und internationalen Feldtests zugrunde gelegt. Aus den Ergebnissen lassen sich dann erforderliche Entwicklungsschritte ableiteten, auf denen später die Überarbeitung beider Anlagen basieren wird. In dieser Angleichung der Gerätedesigns besteht die besondere Herausforderung, wie Thomsen betont: „Wir wollen möglichst einheitliche Komponenten für beide Systeme entwickeln, haben es jedoch mit einer Polymerelektrolyt- und einer Festoxid-Brennstoffzelle zu tun – also mit zwei unterschiedlichen Technologien.“ Weil sich entsprechend nicht jede Komponente für die Vereinheitlichung anbietet, werden neben Gemeinschaftsentwicklungen, zum Beispiel in der Wasseraufbereitung und bei der Entschwefelungseinheit, auch individuelle Design-Änderungen durch den Hersteller vorgenommen. Für die Charakterisierung dieser Optimierungsschritte entwickelt Next Energy Testprozeduren auf Basis von Realdaten aus früheren Feldtests.

Ein weiterer Projektschwerpunkt der Oldenburger Energieforscher ist die Evaluierung der KWK-Systeme mittels eigenentwickelter Zeitraffertests. Diese simulieren den Verlauf eines Jahres im Labor innerhalb weniger Wochen, sodass mehrere reproduzierbare Entwicklungszyklen innerhalb kürzester Zeit ermöglicht werden. Die dabei gewonnen Messdaten werden für weitere Optimierungsempfehlungen für das Wärmemanagement sowie für den elektrischen und den thermischen Energieertrag genutzt.

Getestet werden die optimierten Serviceeigenschaften in der letzten Projektphase im realen Feldtest. Je sechs Einheiten beider Anlagentypen kommen dafür in privaten und öffentlichen Einrichtungen an mehreren europäischen Standorten zum Einsatz. Dabei werden alle relevanten Daten zur Auswertung aufgezeichnet, was die erweiterte Langlebigkeit der Komponenten außerhalb von Laborversuchen belegen soll. Außerdem wird Next Energy die Akzeptanz und Anwenderfreundlichkeit des erstellten Manuals im realen Einsatz durch bisher technologiefremde Installateure validieren und weiter verbessern.

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt D2Service (Grant Agreement Number 671473) wird über das europäische Forschungsprogramm Horizon 2020 und das Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaken (FCH-JU) mit insgesamt rund drei Millionen Euro gefördert. Neben Next Energy sind als Projektpartner beteiligt: die Hersteller Dantherm (Dänemark) und Solidpower (Italien), der Komponentenentwickler Bosal Emission Control Systems (Belgien), der Energiedienstleister Energy Partner (Italien), der Energieversorger British Gas Trading Limited (Großbritannien) sowie das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (Deutschland).

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