View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems
Tabelle 6.6: Vergleich stationärer Betriebszustände in Abhängigkeit der Stromdichte.
i/io = 100 % i/io = 75 % i/io = 40 % i/io = 15 %
Brenngasstrom Hu 41,4 kW 31,1 kW 16,6 kW 6,2kW
Wasserdampfverhältnis sIe 2,2 2,2 2,2 2,2
Luftüberschuss A.u 5,2 5,2 3,6 4,4
Strom dichte i 350 mAlcm 2 263 mAlcm 2 140 mAlcm 2 53 mAlcm 2
Zell spannung U 778 mV 783 mV 874 mV 924 mV
Brutlostackleistung PDC.brutto 21,6 kW 16,3 kW 9,7kW 3,9kW
Maximale Zelltemperatur T max 756 oe 724 oe 721 oe 713 oe
Zellwirkungsgrad 11L 74,6% 74,9% 83,6% 88,4%
Stackwirkungsgrad 1151 52,2% 52,4% 58,5% 61,9%
Vorreformierungsgrad XBrenngas 30% 28% 23% 25%
Abgastemperatur TAbgas 221 oe 226 oe 155 oe 96 oe
Nutzbare Wärme P1herm 9,8kW 7,6kW 1,7kW 0,3kW
Elektr. Eigenbedarf Pel.Eigenbedarf 1,7kW 0,9kW 0,3kW 0,2kW
Elektr. Nettoleistung P AC,netto 18,5 kW 14,3kW 8,8kW 3,4kW
Elektr. Anlagenwirkungsgrad 11el 44,7% 46,0% 52,9% 54,4%
Therm. Anlagenwirkungsgrad 11lherm 23,6% 24,2% 10,1 % 4,4%
6.1.4.2 Lasterhöhung
Die Lasterhöhung stellt im Brennstoffzellenbetrieb eine größere Herausforderung als die Lastreduzierung
dar, da zum Zeitpunkt der Laständerung die für den erhöhten Lastfall benötigte
Brenngasmenge nicht zwingend in der SOFC verfügbar ist. Wird die Brennstoffzelle beispielsweise
bei einer Brenngasnutzung von 75 % betrieben, so ist direkt offensichtlich, dass die in der
SOFC irn Moment der Laständerung vorhandene Brenngasmenge höchstens ausreicht, um die
Stromdichte um ein Drittel zu steigem. Allerdings würde in diesem Fall eine Brenngasnutzung
von 1"\u = 100 % erreicht. Realistische Obergrenzen für die Brenngasnutzung liegen jedoch bei
1"\u.Grenz = 85 %, um eine Schädigung der Anodenseite zu vermeiden, weswegen eine plötzliche
Änderung der Stromdichte geringer ausfallen muss. Die maximal zulässige Höhe der Laständerung
ist auch von der dafür benötigten Zeit dt Last und der für die Nachregelung der Brenngasversorgung
benötigte Verzögerungszeit dtverz abhängig. So kann eine große Änderung der Stromdichte
problemlos erfolgen, sofern sie langsam durchgeführt wird und die Nachregelung der
Brenngasmenge zügig erfolgt. Eine Lasterhöhung innerhalb einer Laständerungszeit dt Last ist in
Bild 6.21 schematisch dargestellt. Die Abbildung verdeutlicht, welche Brenngasmassenströme
bei unterschiedlichen Brenngasnutzungen in der Brennstoffzelle als Folge der Lasterhöhung
vorliegen müssen. Zudem ist in grau als Grenzfall die minimale Menge an Brenngas gekennzeichnet,
die bereitgestellt werden muss, ohne die maximal zulässige Brenngasnutzung zu
überschreiten. Aus der Grafik lässt sich dann sofort die höchstens zulässige Verzögerungszeit
dtverz ablesen.
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