Druckaufgeladenes SOFC-System (Hybridkraftwerk)

Die Großforschungsanlage des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik in Stuttgart – das druckaufgeladene SOFC-System – bietet die einzigartige Möglichkeit der Untersuchung von großen Festoxid-Brennstoffzellenmodulen mit Anodenabgasrezirkulation bei gleichzeitiger Variation von Druck, Temperatur und Brennstoff. Die Brennstoffzellen, die hier zum Einsatz kommen, sind Solid Oxide Fuel Cells (SOFC; deutsch: Festoxid-Brennstoffzellen).

Brennstoffzellen unter Druck und Hitze

Die SOFC, eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, ist aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und niedriger Schadstoffemissionen hervorragend für die stationäre Strom- und Wärmeerzeugung geeignet. Sie wandelt hocheffizient chemische in elektrische Energie um. Möglich ist die Nutzung von erneuerbar erzeugtem Wasserstoff als auch von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wie Erdgas und Biogas. Die Verwendung dieser wird durch den Einsatz des integrierten, katalytischen Dampfreformers möglich, der mit heißen, rezirkulierten Abgasen betrieben wird.

Die Anlage ist auf eine elektrische Leistung von 30 Kilowatt ausgelegt. Mittels eines Hochtemperaturgebläses können unterschiedliche Rezirkulationsraten des Anodenabgases in den Anodeneingang eingestellt werden. Das System kann auf bis zu 5 bar (absolut) aufgeladen werden. Der Aufbau der Großforschungsanlage erlaubt beispielsweise durch die Emulation einer gekoppelten Mikrogasturbine den Betrieb eines Hybridkraftwerks im Reallabor zu erforschen.

Am DLR-Institut für Technische Thermodynamik wird das stationäre und dynamische Verhalten großer SOFC-Syteme untersucht. Analysiert werden unterschiedliche Regelungsstrategien und Betriebskonzepte. Breite Betriebsbereiche bei möglichst hoher Effizienz und schnelle Leistungswechsel können damit verwirklicht werden.

Ziel der Forschungstätigkeiten ist die technische Machbarkeit hocheffizienter und brennstoffvariabler Kraftwerke mit niedrigsten Emissionswerten darzustellen sowie die Untersuchungen von großen, stationären Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodulen im Systemkontext.

Kontakt

Volker Speelmann

Leitung Forschungsinfrastrukturen
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Vorstandsbereich Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen
Linder Höhe, 51147 Köln

Dr. Asif Ansar

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Technische Thermodynamik
Pfaffenwaldring 38-40, 70569 Stuttgart