Aachener STAWAG testet Mini-BHKW mit Brennstoffzelle

HEXIS Galileo1000N
HEXIS Galileo1000N

Aachen (STAWAG) – Heute ist in einem Aachener Privathaushalt eine Brennstoffzelle für die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom in Betrieb gegangen. Bei dem Projekt handelt es sich um einen Pilotversuch der STAWAG Aachen, der WINGAS GmbH & Co. KG aus Kassel und des Anlagenherstellers HEXIS AG aus Winterthur (Schweiz).

Dezentrale Wärme- und Stromerzeugung

„Wir freuen uns, dass wir hier optimale Bedingungen für unseren Pilotversuch gefunden haben. Zudem sind die Eigentümer des Hauses sehr offen für neue Technologien und damit hervorragende Partner für den Testbetrieb“, zeigte sich STAWAG-Vorstand Dr. Christian Becker bei der Inbetriebnahme glücklich über den Start des Projekts. „Zur Familie Pieren haben wir schon eine sehr gute Beziehung im Rahmen unseres Kleinkessel-Contractings. Nun betreuen wir das Projekt vor Ort und können so wertvolle Erfahrungen mit der Brennstoffzelle im Privathaushalt sammeln, um früh in diesen neuen Markt für die dezentrale Wärme- und Stromerzeugung einzusteigen.“

Testhaushalt mit drei Wohneinheiten

Der Testhaushalt hatte einige Bedingungen zu erfüllen, damit das Brennstoffzellen-Gerät installiert werden konnte: Im Keller mussten genügend Platz und eine ausreichende Raumhöhe vorhanden sowie die Anlieferung der Anlage ohne Hindernisse möglich sein. Auch der Wärmebedarf des Hauses mit drei Wohneinheiten – Großmutter, Mutter und Sohn wohnen in verschiedenen Etagen unter einem Dach – entsprach den Anforderungen.


Erdgasbetriebene Brennstoffzelle

Rüdiger Mackenthun, Geschäftsführer von WINGAS, ist ebenfalls überzeugt von der neuen Brennstoffzellen-Anlage, die während der Testphase von zwei Jahren Wärme und anteilig Strom für das gesamte Haus liefern soll. „Die Brennstoffzelle als Kleinstkraftwerk ist eine Technologie der Zukunft, die in der Energieversorgung künftig eine wichtige Rolle spielen soll. Diese Brennstoffzelle hier zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit Erdgas betrieben wird und gegenüber einer getrennten Strom- und Wärmeerzeugung einen enorm hohen Wirkungsgrad hat. Für uns ergeben sich daraus neue Potenziale für den Gasabsatz, wobei wir gleichzeitig dem wichtigen Ziel des Klimaschutzes gerecht werden. Deshalb setzen wir früh auf diese innovative Technologie.“

Anlage wird im 15Min.-Takt getrackt

Die Hersteller der Anlage aus der Schweiz gehen in den nächsten zwei Jahren den wesentlichen Fragen auf den Grund: „Wie fügt sich die Technologie der Brennstoffzelle in einen Privathaushalt ein? Wie können wir die Zuverlässigkeit und die Praxistauglichkeit gewährleisten? Das sind die Themen, die uns beschäftigen werden“, so Volker Nerlich von HEXIS. Dazu werden im 15-Minuten-Takt die Daten der Anlage nach Winterthur übertragen und ausgewertet. Die Anlage ist über diese Verbindung sogar aus der Ferne steuerbar. Nichtsdestotrotz ist ein Service vor Ort gewährleistet.

Vorbereitung Serienreife

Die HEXIS AG entwickelt die Brennstoffzellen-Technologie bereits seit einigen Jahren und hat die dabei gesammelten Erfahrungen in die aktuelle Baureihe einfließen lassen. Das Vorserien-Modell «HXS 1000 Premiere» wurde seit 2001 in rund 110 Häusern installiert. Bei zukünftiger Serienreife des aktuellen Modells soll das Brennstoffzellen-Heizgerät den konventionellen Kessel eines Privathaushaltes ersetzen und neben der Sicherstellung einer vollständigen Wärmeversorgung auch gleichzeitig kostengünstig Strom erzeugen.
Im Brennstoffzellenmodul wird Erdgas in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt und in einem anschließenden elektronischen Prozess Wärme und Strom erzeugt. Gegenüber der herkömmlichen Stromversorgung aus einem Kondensationskraftwerk und einer separaten Wärmeerzeugung werden dabei 20 bis 30 Prozent CO2-Emission eingespart. Das Kleinstkraftwerk ist mit seinen Raummaßen mit einem normalen Heizkessel vergleichbar und nutzt durch seinen großen Wirkungsgrad die Ressource Erdgas höchst effizient.

Technische Daten

Das Hexis-System ist mit einem modernen Gas-Brennwert-Heizgerät vergleichbar. Darüber hinaus produziert es jedoch auch Strom. Die Brennstoffzelle liefert eine elektrische Leistung von etwa 1 kW und eine thermische von etwa 2.5 kW. Wenn der Gebäude-Wärmebedarf diesen Wert überschreitet, stellt ein integrierter Gasbrenner weitere 20 kW Heizwärme bereit.
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Der Galileo 1000 N von HEXIS besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Im oberen Teil ist das Brennstoffzellenmodul. Im unteren Teil befinden sich die Komponenten für Stromumwandlung, Wärmeauskopplung und Bereitstellung der Zusatzwärme. Im Doppelkammer-Wärmetauscher sind der Zusatzbrenner mit Lüfter und Gas-Luft-Verbund sowie die Heizkreispumpe integriert. Über einen Heiz-Wasserkreislauf kann die Abwärme der Brennstoffzelle und des Zusatzbrenners für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser genutzt werden. Inhärente Sicherheit gegen Gasleckage ist gegeben, da die Brennstoffzelle im Unterdruck arbeitet. Zur Stromumwandlung von Gleich- in 230 V-Wechselstrom dient ein Wechselrichter.

Prinzip Hexis-SOFC

Aufbau Brennstoffzelle
Aufbau Brennstoffzelle

Das Festoxid-Brennstoffzellenmodul von Hexis besteht aus der Zelle (keramische Elektrolyt-/Elektroden-Einheit) und dem metallischen Stromsammler (MIC: Metallic Interconnect). Beide sind planar ausgeführt und haben in der Mitte eine runde Öffnung. Die etwa 60 aufeinander geschichteten Zellen und Stromsammler bilden den Zellstapel, wobei die innere Öffnung als Kanal zur Brennstoffzuführung dient. Der MIC hat mehrere Funktionen. Seine Hauptaufgabe ist es, den elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Zellen zu gewährleisten. Zudem verteilt er die Gase auf der Elektroden-Oberfläche, dichtet den Gas- gegen den Luftstrom und ermöglicht die Nachverbrennung am Stapelumfang. Brennstoff strömt von innen aus dem Kanal auf der Anoden-Seite der Zelle radial nach aussen. Gleichzeitig strömt vorgewärmte Luft von aussen durch vier Kanäle auf dem MIC ins Innere des Zellstapels und wird dort umgelenkt und strömt über die Kathoden-Seite der Zelle radial nach aussen. Nicht auf der Anode umgesetzter Brennstoff wird am Rand des Zellstapels nachverbrannt.

Quelle: STAWAG.de, HEXIS.com

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