Innovationspreis für Planung, Forschung und Entwicklung
Preisträger
Absorptionskäteanlage mit
Hochtemperatur-Brennstoffzelle
Anerkennung
Am 19. Oktober 2004 wurden in Berlin im Rahmen
einer Festveranstaltung die Gewinner des
Innovationspreises der deutschen Gaswirtschaft
2004 bekannt gegeben. Diese Auszeichnung
wird für herausragende Leistungen zur Einsparung
von Energie und zur Steigerung der Energieeffizienz vergeben.
Der mit insgesamt 50.000 Euro dotierte Preis wird alle zwei Jahre
von der ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen
und umweltfreundlichen Energieverbrauch
e.V. ausgelobt und steht unter der Schirmherrschaft
des BGW Bundesverband der deutschen
Gas- und Wasserwirtschaft e.V. sowie des
DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und
Wasserfaches e.V.
Eine Anerkennung ging an die EAW-Energieanlagenbau
GmbH aus Westenfeld für das Projekt
„Absorptionskälteanlage für Hochtemperatur-
Brennstoffzelle“.
Große kommerzielle Objekte wie Krankenhäuser
stellen für die verbrauchsnahe, gekoppelte
Erzeugung von Strom und Wärme aus Erdgas
ein bedeutendes Potenzial dar, da sich damit
eine wesentlich bessere Ausnutzung der eingesetzten
Primärenergie bei gleichzeitiger Reduzierung
der Emissionen realisieren lässt. Voraussetzung
dafür ist aber das Erreichen der erforderlichen
Nutzungszeiten für die erzeugte Abwärme.
Um dies auch im Sommer zu gewährleisten,
bietet sich die Erzeugung von Kälte aus
Wärme an. Dieses Konzept wurde zum Beispiel
im Rahmen eines Pilotprojektes unter Federführung
der EAW-Energieanlagenbau GmbH
aus Westenfeld in der Klinik Bad Berka praktisch
umgesetzt.
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung, Errichtung,
Erprobung, Vermessung und Evaluierung einer speziell
an die Abwärmebedingungen eines MCFC-Hochtemperatur-
Brennstoffzellensystems (Molten-Carbonate-
Fuel-Cell) der Firma MTU angepassten Wasser/
Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage, um
durch die Kombination aufeinander abgestimmter
neuer Technologien einen Effizienzsprung in
der energetischen Versorgung zu erreichen. Dieser
neue Systemansatz soll eine optimale energetische
Ausnutzung der Brennstoffzellenabluft
nahezu unabhängig vom wechselnden Energiebedarf
(Wärme oder Kälte) ermöglichen.
Um dies in der Praxis zu realisieren, wird das
rund 400 °C heiße Abgas der Brennstoffzelle,
die insgesamt 148,4 kW liefert, mehrstufig abgekühlt;
zunächst in einem Hochtemperaturgenerator
auf etwa 135 °C und anschließend in
einem Niedertemperatur-Wärmeübertrager auf
zirka 90 °C. Sowohl der Hochtemperaturgenerator
als auch der Niedertemperatur-
Wärmeübertrager wurden speziell für diesen
Anwendungsfall entwickelt.
Die so gewonnene Wärme wird dann auf zwei
Arten genutzt: entweder direkt mit einer neu entwickelten
Multi-Effekt-Absorptionskälteanlage zur Kälteerzeugung (Temperaturbereich 8 bis 14
°C) gekoppelt und/oder unmittelbar zur Heizwärmeauskopplung
mit einem Temperaturniveau
von 70 bis 90 °C.
Eine neu entwickelte Regelstrategie mit gleitenden
Arbeitspunkten zwischen Wärme- und Kältenutzung
sorgt zudem für eine flexible Lastanpassung
und ermöglicht auf diese Weise eine
optimale energetische Ausnutzung des Brennstoffzellenabgases
nahezu unabhängig vom
wechselnden Energiebedarf (Wärme oder Kälte).
Durch die Ausnutzung des hohen Exergiegehaltes
der Hochtemperaturabwärme in der
Multi-Effekt-Absorptionskälteanlage ergab sich
bei einer gasbetriebenen Simulationsanlage auf
dem Prüfstand der Firma EAW eine Steigerung
des Wärmeverhältnisses (COP-Zahl) von 1,15.
Herkömmliche, einstufige Absorptionskälteanlagen
kommen nur auf eine COP-Zahl von 0,65.
Das heißt, bei gleichem Einsatz an Wärmeenergie
kann diese Anlage 65 Prozent mehr Kälte
(im Bereich von 8 bis 14 °C) erzeugen. Diese
Ergebnisse bestätigten sich auch in der Praxis
an der Pilotanlage in Bad Berka. Die von der Hochtemperatur-
Brennstoffzelle insgesamt gelieferten
148,4 kW Wärme ließen sich mit Hilfe der Multi-
Effekt-Absorptionskälteanlage in eine Kälteleistung
von 170 kW umwandeln. Im Heizbetrieb
ergab sich hingegen eine Wärmeauskopplung
von 100 Prozent, entsprechend 148,4 kW.
Außerdem zeigte sich bei Vergleichsrechnungen,
dass bei einem Anlagenbetrieb von 8.000
Stunden pro Jahr gegenüber
einer R134a-Kompressionskälteanlage
hinsichtlich des Kohlendioxid-Ausstoßes
ein Rückgang von rund 20 Prozent zu
erwarten ist, während die SO2-, NOx- und
Staubemissionen vernachlässigbar
gering sind. Die Verwendung des umweltverträglichen
Stoffpaares Wasser/Lithiumbromid in der Absorptionskälteanlage
trägt ebenfalls zu einer wesentlichen Umweltentlastung bei.
Der Probebetrieb der hier beschriebenen Anlage
in Bad Berka startete am 27. Oktober 2003.
Daran schließt sich nun ein mehrjähriges Versuchs-
und Optimierungsprogramm an, das die
energetische Vermessung und Evaluierung der
Anlage einschließt und bei dem die einzelnen
Komponenten erprobt und gegebenenfalls optimiert
werden.
