View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems<br />
Auf Grundlage der validierten Komponentenmodelle wird in diesem Kapitel das dynamische<br />
Verhalten vollständiger, atmosphärisch betriebener SOFC-Systeme untersucht. Ausführlich<br />
analysiert wird das in Bild 2.6 beschriebene Basiskonzept der geplanten 20 kW Anlage. Diese<br />
Systemvariante beruht auf einem vom Abgasstrom des Nachbrenners beheizten Vorreformer.<br />
Eine Rezyklierung von SOFC-Abgasen findet in der Basiskonfiguration nicht statt, so dass für<br />
die Reformierungsreaktion benötigter Wasserdampf fortlaufend über einen Verdampfer bereitgestellt<br />
werden muss.<br />
Für die Basiskonfiguration des 20 kW Systems werden verschiedene Betriebszustände untersucht,<br />
die in Bild 6.1 im Überblick gezeigt und erläutert sind. Zur Berechnung von Aufheiz- und<br />
Abkühlvorgängen kommt das in Abschnitt 5.5 beschriebene rein thermische Modell der SOFC<br />
zum Einsatz, da hier Reformierungsreaktion und Elektrochemie keine Rolle spielen. In sämtlichen<br />
anderen Betriebszuständen wird das wesentlich detailliertere 1 D-SOFC-Modell verwendet.<br />
Aufheizen<br />
r-I<br />
Anfahren<br />
Gi<br />
"0<br />
0<br />
Nennlasttall<br />
~<br />
u<br />
LL<br />
0 Lastwechsel<br />
CI)<br />
Q<br />
'---<br />
Stand-by<br />
·<br />
·<br />
Komponenten auf Anfahrtemperatur bringen:<br />
SOFC > 600°C<br />
Reformer> 350°C<br />
Nachbrenner > 650°C (maximal 950°C)<br />
Verdampfer 300 - 400 °C<br />
Inbetriebnahme der SOFC:<br />
Elektrochemischer Start<br />
Autheizen auf Betriebstemperatur (SOFC: 700 - 800°C)<br />
Ober Reaktionswärme und Nachverbrennung<br />
StatiOnärer Betrieb im Auslegungsfall (P el = 20 kW)<br />
Reagieren auf wechselnde Lastanforderungen<br />
· Teillast<br />
· Überlast<br />
·<br />
Stabiler Betriebszustand ohne Lastanforderung<br />
Beibehaltung der Betriebstemperatur<br />
Möglichst geringe Energiezufuhr<br />
1 Abfahren Abkühlen des Systems auf Umgebungstemperatur<br />
Bild 6.1: In dieser Arbeit untersuchte Betriebszustände des Systems.<br />
Die Basisvariante des SOFC-Systems wird in einem zweiten Schritt mit einer Anlage verglichen,<br />
in der ein Teil des Anodenabgases rezykliert und frischem Brenngas zugemischt wird. Diese<br />
Konfiguration mit Anodenabgasrückführung verspricht höhere Systemwirkungsgrade insbeso~dere<br />
dadurch, dass für die Reformierung benötigter Dampf nur zu Beginn des Prozesses berelt-<br />
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