View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Anlagentechnischer Überblick
hier die Erzeugung von heißem Wasser oder Prozessdampf, sowie in aufwendigeren Systemen
die Kopplung mit Gas- oder Dampfturbinenprozessen.
Ein Wechselrichter beziehungsweise Inverter wandelt die von der Brennstoffzelle erzeugte
Gleichspannung nach Bedarf in Wechselspannung um. Typische Wirkungsgrade von modemen
Invertern liegen bei 1'\lnv = 95 % [21 , p. 8-46J. Ein weiterer wichtiger Systembestandteil ist die
Mess-, Regel- und Steuerungstechnik. Formier- beziehungsweise Spülgas muss darüber hinaus
bereitgehalten werden, um eine Schädigung der Anode bei An- und Abfahrvorgängen
oder bei Störungen zu vermeiden.
Die Güte des im Gesamtsystem ablaufenden Energieumwandlungsprozesses kann über verschiedene
Wirkungsgrade charakterisiert werden. Der Stromwirkungsgrad 1'\1 beurteilt den Eigenverbrauch
des Systems. Er berechnet sich als Quotient der elektrischen Nutzleistung
Pel,AC,Netto und der elektrischen Bruttoleistung nach dem Wechselrichter Pel,AC,Brutto:
P el,AC,Netto
1'\1 = --'--'"---'-
P el,AC,Brutto
(GI. 2.21)
Der elektrische Anlagenwirkungsgrad 11el beschreibt das Verhältnis der verfügbaren elektrischen
Nutzleistung zu der über den Brennstoff dem System zugeführten Leistung, die in der Kraftwerkstechnik
üblicherweise über den Heizwert ~Hu ermittelt wird:
(GI. 2.22)
Analog berechnet sich der thermische Anlagenwirkungsgrad 11therrn, indem in 2.22 an Stelle der
elektrischen Nutzleistung die verfügbare Wärmeleistung Ptherrn verwendet wird. Der Gesamtwirkungsgrad
11ges ist die Summe aus elektrischem und thermischen Wirkungsgrad:
P ,N +P
11 = 11 + 11 = el,AC etto therm
goo "el "!herrn '. AH
mBG L.l u,BG
(GI. 2.23)
2.2.2 Anlagenvarianten
Atmosphärisch betriebene SOFe-Systeme erreichen maximale elektrische Wirkungsgrade von
45 bis 50 %. Die Gesamtwirkungsgrade liegen je nach Anlagengröße zwischen 70 und
90 %. Es existieren bereits einige Anlagen dieses Typs. Detaillierte Beschreibungen sind in der
Literatur veröffentlicht [6, pp. 380-389]. Hauptgegenstand der in dieser Arbeit durchgeführten
Untersuchungen ist ein atmosphärisch betriebenes SO Fe-System, das auf einer planaren
SOFe basiert. Das System wurde am Forschungszentrum Jülich entwickelt und befindet sich
derzeit im Aufbau. Die projektierte elektrische Nennleistung der für Forschungs- und Demonstrationszwecke
bestimmten Anlage beträgt 20 kW. Bild 2.4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau
des Systems. Er entspricht mit wenigen Ausnahmen dem zuvor in Bild 2.3 vorgestellten grundsätzlichen
Design eines SO Fe-Kraftwerks. Es ist daher davon auszugehen, dass das dynamische
Verhalten des untersuchten Systems in wesentlichen Teilen auf anders ausgeführte
16