Erdgasbetriebene PEMFC-Hausenergieversorgungsanlage II: innovativer Beitrag zur Ressourcenschonung und Energiereduktion
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2008
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 6, Energietechnik ; Nr. 576 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis IX
1 Einleitung 1
2 Stand der Technik 4
2.1 Internationaler Stand der Technik 4
2.2 Stand der Technik bei Viessmann zu Projektbeginn 7
2.3 Projektstruktur 7
3 Gaserzeugungssystem 9
3.1 Untersuchungen von Reaktorstufen zur Gasaufbereitung 9
3.1.1 Stcam Reformer 9
3.1.2 Single-Shift 25
3.1.2.1 Single-Shift H03 25
3.1.2.2 Singlc-Shift H04 27
3.1.3 Methanisicrung 31
3.1.3.1 Mcthanisierung 3. Generation 32
3.1.3.2 Methanisierung 4. Generation 39
3.1.3.3 Dcsaktivierung und Regeneration 46
3.2 Modellierung des Reformersystems 54
3.2.1 Modellierung des Brennraums (Fortran) 54
3.2.1.1 Das Brcnnraum-Zonenmodell 55
3.2.1.2 Berechnung von Einstrahlzahlen 57
3.2.1.3 Strahlungswärmcaustausch 58
3.2.1.4 Überlagerung von Strahlung und Konvektion 62
3.2.1.5 Berechnung der Brennraumtemperaturen 62
3.2.2 Modellierung des Reaktors 63
3.2.2.1 Aufbau des Modells 63
3.2.2.2 Modellgleichungen 64
V
3.3 Optimierung des Brennraums 68
3.3.1 Einstrahlzahlbcrechnung unterschiedlicher Brcnncrgcomctrien 68
3.3.2 Energieeinträge der untersuchten Brcnncrgcomctrien in den Reformer 72
3.4 Stationäre Simulationen 76
3.4.1 Überprüfung konstruktiver Varianten 76
3.4.2 Simulation der Anodenrestgasaufschaltung 79
3.4.2.1 Stationärer Betrieb bei 0 % Anodenumsatz (Störfallszcnario) 79
3.4.2.2 Stationärer Betrieb bei 70% Anodenumsatz (Rcgclbctricb) 81
3.4.2.3 Grenze des minimalen Anodenumsatzes im stationären Betrieb 84
3.5 Aufbau und Test des Gaserzeugungssystems "5
4 Brennstoffzellen-Subsystem 90
4.1 Untersuchungen zum Einfluss von Schadgasen auf die Leistung und die
Standzeit von PEMFC 90
4.1.1 Bestimmung des Schadgascinflusscs von NH3 auf die PEMFC-Lcistung •¦ 90
4.1.1.1 Einfluss von NH3 auf die Anode 90
4.1.1.2 Einfluss von NH3 auf die Kathode 92
4.1.1.3 Zeit- und Stoffmengenabhängigkeit des NH3-Einflusscs 93
4.1.1.4 Einfluss der NH3-Konzentration auf I-U-Kcnnlinien 97
4.1.1.5 Impedanzspektroskopische Untersuchungen zum Einfluss der NHr
Zudosierung l"0
4.1.1.6 Einfluss von Rezyklierverfahren auf die NH3-bcdingtcn
Spannungsabfall l01
4.1.2 Bestimmung des Schadgascinflusscs von HiS auf die PEMFC-Lcistung ¦ 1°'
4.1.3 Bestimmung des Schadgascinftusses von CO auf die PEMFC-Lcistung- I04
4.1.4 Einfluss von Ethylcn auf die PEMFC-Leistung 107
4.1.5 Zusammenfassung '^
VI
4.2 Optimierung der Stack-Hardware 109
4.3 Stacktests 112
4.3.1 GDL-Variationcn 113
4.3.2 Bestimmung spannungsoptimierter Betriebsparameter 115
4.3.3 Dauerbetrieb von PEMFC Stacks 118
4.3.4 Vergleich der Langzeitstabilität unterschiedlicher MEAs 119
4.3.5 Vergleich der unterschiedlichen Gasvcrtcilcrfcldcr 121
4.3.6 Analyse der Stack-Degradation 122
4.3.7 Lebensdaucruntcrsuchungcn an Stacks 123
4.3.8 Weitere Optimierung der Stack-Hardware 125
4.3.9 Zusammenfassung der Stackwcitcrcntwicklung 128
4.4 Wechselrichter 129
5 Betriebssimulation, Energieeinsparungen und die CO2-Bilanz des
Brennstoffzellenheizgerätes 132
5.1 Modcllcntwicklung 132
5.2 Simulationscrgcbnissc und Diskussion 137
5.3 Schlussfolgerung 145
6 Betrieb des SOFA-2-Systems 147
6.1 Rcformcrcinhcit, Shiftstufc und Mcthanisicrung des SOFA 2 Systems 150
6.2 BZ-Stack des SOFA 2 Systems 151
7 Betrieb des SOFA 3.1-Systems 152
7.1 Reformercinhcit, Shiftstufc und Methanisicrung des SOFA 3.1 Systems 153
7.2 BZ-Stack des SOFA 3.1 Systems 153
VII
8 Betrieb des SOFA 3.2-Systems 155
8.1 Reformereinheit, Shiftstufe und Methanisierung des SOFA 3.2 Systems 156
8.2 BZ-Stack des SOFA 3.2 Systems 156
9 Planung und Aufbau des SOFA 4.3-Systems 158
10 Zusammenfassung und Ausblick 161
11 Literaturverzeichnis 165 |
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