View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

7 Zusammenfassung und Ausblick
höhere elektrische Wirkungsgrade von bis zu 54 %. Der thermische Wirkungsgrad sinkt zugleich
auf etwa 5 % ab.
Das Gesamtsystem lässt auch bei sehr geringer Stromdichten von 15 % des Nennlastwertes
stabil betreiben. Darüber hinaus ist ein Stand-by-Betrieb, bei dem lediglich die Eigenverbräuche
des Systems gedeckt werden, nicht über mehrere Stunden möglich. Jedoch kann das System
über Wärmezufuhr auf Betriebstemperatur gehalten werden. Die 20 kW Anlage kann innerhalb
eines Tages vollständig auf Umgebungstemperatur gebracht werden, sofem der Abkühlvorgang
durch einen hohen Kühlluftdurchsatz forciert wird.
Für eine Anlage mit Rezyklierung des Anodenabgases werden Berechnungsergebnisse für den
Nennlastbetrieb sowie Lastwechsel vorgestellt. Bei einer deutlich reduzierten Brenngas- und
Luftmenge ist es hier möglich, ähnliche elektrische und thermische Nutzleistungen wie bei der
Basiskonfiguration bereitzustellen. Folglich steigt der elektrische Wirkungsgrad bei dem System
mit Anodenabgasrückführung im Nennlastbetrieb auf 55 %. Der Gesamtanlagenwirkungsgrad
erhöht sich auf bis zu 85 %. Ein Betrieb bei Teillast ist stabil möglich und führt analog zur Basiskonfiguration
des Systems zu höheren elektrischen Wirkungsgraden als im Nennlastfall.
Mit der in dieser Arbeit entwickelten Systemsimulation ist ein Werkzeug verfügbar, dessen besondere
Stärke in seinem modularen und damit flexiblen Modellansatz liegt. Herauszustellen
sind der für dynamische SOFC-Anlagensimulatoren hohe Detaillierungsgrad und die breite experimentelle
Absicherung der zugrunde liegenden Teilmodelle. Aufbauend auf diese Arbeit
eignen sich insbesondere zwei Bereiche für weiterführende Arbeiten:
Zum einen kann das Gesamtmodell mit Messdaten aus dem realen Anlagenbetrieb verglichen
werden, sobald diese zur Verfügung stehen. Mögliche Erkenntnisse betreffen hier insbesondere
die Modellierung des Zusammenspiels der Einzelkomponenten, die für hochgenaue Beschreibungen
des dynamischen Systemverhaltens gegebenenfalls verfeinert werden muss. So bleibt
in der vorliegenden Arbeit die Wärmeleitung zwischen den Einzelkomponenten unberücksichtigt.
Vor allem in thermisch hoch integrierten Systemen können jedoch Wärmeleitungseffekte
zwischen einzelnen Anlagenteilen den Wärmehaushalt der Komponenten und damit auch die
Systemdynamik stärker beeinflussen. Eine Verfeinerung des bestehenden Anlagenmodells ist
zudem auf dem Gebiet der Regelungstechnik von Interesse, da detaillierte Regelungsstrategien
oder der modellgestützte Reglerentwurf in dieser Arbeit nicht behandelt werden. In Bezug auf
den elektrischen Anlagenteil ist die dynamische Modellierung der Netzanbindung eine besondere
Herausforderung.
Darüber hinaus stellt die Ausdehnung der Systemanalyse auf zusätzliche Verfahrensvarianten
ein sehr vielversprechendes Feld zukünftiger Arbeiten dar. Dies kann auf Basis der bestehenden
Modelle geschehen, indem beispielsweise auch Prozesse mit Kathodengaskreislauf simuliert
werden. Besonders interessant ist jedoch die Untersuchung des dynamischen Verhaltens
kombinierter Prozesse, wofür die bestehende Modellbibliothek erweitert werden muss. Neben
einer Kopplung des SOFC-Systems mit einer Mikrogasturbine ist diesbezüglich eine Verschaltung
mit einer Kälteerzeugungseinheit zur kombinierten Kraft-Wärme-Kälteerzeugung besonders
aussichtsreich.
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