View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

6 Dynamische Simulation des Gesamtsystems
Tabelle 6.9 vergleicht verschiedene Betriebszustände des Systems mit Anodenabgasrückführung
für Teil- und Überlast. Geringe Stromdichten erfordern eine Reduktion des Luftüberschusses,
um ein Auskühlen der SOFe zu verhindern. Bei allen gezeigten Betriebsfällen wird
die lokal in der Brennstoffzelle strömende Brenngasmenge nur zu rund 60 % umgesetzt. Auf
das gesamte System bezogen ergibt sich jedoch durch die Rezyklierung eine elektrochemische
Brenngasnutzung von 80 %.
Tabelle 6.9: Vergleich stationärer Teil- und Überlastzustände in Abhängigkeit der Stromdichte.
ilio = 125 % ilio= 75 % ilio = 40% ilio = 15 %
Brenngasstrom H u 45,4 kW 27,2 kW 14,5 kW 5,4 kW
Wasserdampfverhältnis sie 2,2 2,2 2,2 2,2
Luftüberschuss Au 4,7 3,5 2,4 2,0
Stromdiehte i 438 mAlem 2 263 mAlem 2 140 mAlem 2 53 mAlem 2
Zellspannung U 723 mV 776 mV 858 mV 927 mV
Bruttostaekleistung POC,brutto 25,1 kW 16,2 kW 9,5kW 3,9kW
Maximale Zelltemperatur T rnax 762 oe 725 oe 713 oe 698 oe
Zellwirkungsgrad T]L 69,2% 74,2% 82,1 % 88,7%
Staekwirkungsgrad T]SI 55,3% 59,4% 65,6% 70,9%
Abgastemperatur TAbgas 315 oe 326 oe 262 oe 144 oe
Nutzbare Wärme Plherrn 16,6 kW 7,8kW 2,2kW 0,3kW
Elektr. Eigenbedarf P el,Eigenbedart 2,6kW 0,7 kW O,4kW 0,3kW
Elektr. Nettoleistung P AC, netto 21,OkW 14,4 kW 8,6kW 3,4kW
Elektr. Anlagenwirkungsgrad T]el 46,2% 52,9% 58,9% 61,8%
Therm. Anlagenwirkungsgrad T]lherrn 36,5% 28,6% 14,8% 5,6%
Trotz eines geringeren Brennstoffeinsatzes werden in den gezeigten Lastfällen ähnliche elektrische
und thermische Nutzleistungen erzielt wie in der Basiskonfiguration. So ergeben sich deutlich
höhere elektrische und thermische Anlagenwirkungsgrade. Wie auch in der vorherigen Konfiguration
steigen die elektrischen Wirkungsgrade zu niedrigeren Stromdichten, während sich
die thermischen Wirkungsgrade verschlechtern. Bei Nennlast und dem Nennlastbetrieb nahen
Betriebsbereichen können Gesamtwirkungsgrade von bis zu 85 % erreicht werden.
6.3 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Mit der erstellten dynamischen Prozesssimulation ist es möglich, das Verhalten des SOFe-Systems
für verschiedene Betriebszustände und unterschiedliche Anlagenkonfigurationen zu untersuchen.
Vor der elektrochemischen Inbetriebnahme muss eine SOFe-Anlage zunächst eine Aufheizphase
durchlaufen. Die Simulationsrechnungen helfen am Beispiel der Basiskonfiguration des
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