View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems<br />
Der genannte Effekt wird in der rechten Grafik in Bild 6.17 für Betriebfälle mit unterschiedlich<br />
starken Reduzierungen der Stromdichte veranschaulicht. Die gezeigten Ergebnisse entstammen<br />
Simulationsrechnungen mit dem Anlagenmodell. Bei vorliegenden Gasverweilzeiten innerhalb<br />
des Systems von rund einer Sekunde und üblichen Reglergeschwindigkeiten sind die gezeigten<br />
Temperaturspitzen allerdings nur kurzzeitige Effekte, die, wie auch Bild 6.16 zeigt, keine<br />
dauerhaften Auswirkungen auf das Temperatumiveau der Komponenten haben.<br />
Über die Temperaturspitzen hinaus ergeben sich durch die Reduzierung der Stromdichte auch<br />
längerfristige Auswirkungen insbesondere auf das Temperaturprofil der SOFC. In Bild 6.18 ist<br />
ausgehend von der Nennlaststromdichte die Entwicklung der Temperaturprofile der SOFC für<br />
unterschiedlich große Lastsprünge gezeigt, wobei Brenngasnutzung und Luftüberschuss konstant<br />
gehalten werden. Die Darstellung verdeutlicht, dass die maximale Brennstoffzellentemperatur<br />
nach einer Lastreduzierung absinkt, da in der Zelle weniger Wärme produziert wird.<br />
Je stärker die Stromdichte und damit die Zellleistung abnehmen , desto deutlicher kühlt die<br />
SOFC aus, sofern die Stromdichte nicht sehr niedrige Werte von rund 25 % des Auslegungswertes<br />
erreicht. Bei Stromdichten unterhalb dieses Grenzwertes vergleichmäßigt sich das Temperaturprofil<br />
und verlagert sich wieder zu etwas höheren Werten.<br />
()<br />
~iii 1<br />
i/ia= 75 % i/ia= 40 %<br />
()<br />
.<br />
-.,<br />
lä<br />
~<br />
'&<br />
~ii5 1<br />
2 2<br />
750<br />
()<br />
.<br />
-..<br />
J<br />
8.<br />
~ii5 1<br />
o 0 o 0<br />
i/ia= 25 % i/ia= 15 % 650<br />
700<br />
()<br />
)<br />
600<br />
l!<br />
8.<br />
~ii5<br />
2<br />
o 0 o 0<br />
11u=70%, ~=5 , 2 konstant; Lastwechsel innerhalb 1 5<br />
Bild 6.18: SOFC-Temperaturprofil bei unterschiedlich großen Reduzierungen der Stromdichte.<br />
(Gegenstrombetrieb: Brenngaseintritt bei xlL=O, Lufteintritt bei xlL=1)<br />
Dieser zunächst unerwartete Effekt ist durch die Wärmeübertragungscharakteristik des verwendeten<br />
Plattenwärmeübertragers zu erklären. Wie auch in Bild 5.8 bereits veranschaulicht, wird<br />
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