Wechselrichter aus der Solarstromtechnik
Ähnlich wie Solarstromanlagen (Photovoltaik) erzeugen Brennstoffzellen Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in netzkonformen Wechselstrom transformiert wird. Die
Anforderungen sind vergleichbar, so dass auf die Photovoltaik-Technologie zurückgegriffen werden kann. Doch werden auch fundamentale Unterschiede deutlich: Während in PV-Anlagen
hohe Spannungen bei geringen Strömen dominieren, liefern Brennstoffzellen das konstruktive Optimum bei kleinen Spannungen und hohen Strömen - die resultierende Gleichspannung
liegt unter 100 Volt. Aus diesem Grund sind die erreichbaren Wechselrichtungswirkungsgrade geringfügig schlechter als bei PV-Systemen. Bei dem Viessmann-Aggregat liegen sie aber
im für den Betrieb typischen Leistungsspektrum durchweg über 93%.
Brennstoffzellentechnik muss billiger, langlebiger und effizienter werden
Als kritische Punkte bei der Entwicklung von Brennstoffzellen-Hausenergiezentralen haben sich - nicht nur in Deutschland - die noch hohen Kosten, der beachtliche Wartungsaufwand
und die Haltbarkeit der Aggregate herauskristallisiert; auch der elektrische Systemwirkungsgrad sollte Werte deutlich über 30% erreichen. Und die Gasaufbereitung muss weiter
entwickelt werden zur kompakten, serientauglichen Einheit. Auch die Brennstoffzellen-Stacks sind bislang zu teuer und deren Haltbarkeit ist noch nicht abgesichert. Bei den
peripheren Bauteilen wird teilweise noch Laborausstattung "verbaut". Sie müssen zu serientauglichen Komponenten und Modulen entwickelt werden.
Wege zu effizienter und emissionsarmer Energieversorgung
Brennstoffzellen sind nicht die einzige Technologieoption für mehr Energieeffizienz und Emissionsminderung. Für das Anwendungsfeld Gebäude gibt es Konkurrenz:
Lüftungs-Kompaktgeräte mit integrierter Wärmepumpe können in Passivhäusern den kompletten Wärmebedarf decken, auch herkömmliche Motor-Blockheizkraftwerke (BHKW) können weiter
optimiert und um die Technologievariante Stirling-Maschine erweitert werden. Und auch Solarkollektor- und Solarstromanlagen oder Mikro-Gasturbinen werden ihre Rolle in der Strom-
und Wärmeversorgung einnehmen.
Brennstoffzellen-Systeme werden langfristig konkurrenzfähig
Aktuelle Studien und die beteiligten Unternehmen gehen davon aus, dass Hausenergiezentralen mit Brennstoffzellen bei Preisen unterhalb 1.000 €/kWel konkurrenzfähig sind.
Dieses Preisniveau ist langfristig realisierbar, sofern einige heute erwartete Entwicklungsfortschritte tatsächlich erreicht werden - unter der Voraussetzung allerdings, dass eine
Serienproduktion mit großem Volumen einsetzt. Auch bei Preisen bis zu 1.500 €/kWel scheint eine Markteinführung machbar, falls es gelingt, den Kunden den Nutzen der Geräte im
Vergleich zu etablierten oder konkurrierenden innovativen Systemen zu vermitteln. Preise über 1.500 €/kWel sind wohl nur in Nischenmärkten realisierbar, die aber als
"Türöffner" für die Technologie fungieren könnten.
Die Mehrkosten in der Anfangszeit könnten zumindest teilweise kompensiert werden durch eine zeitlich begrenzte, öffentliche Förderung, beispielsweise eine gesetzlich garantierte
Einspeisevergütung, die über den derzeitigen KWK-Bonus hinausgeht. Zusätzlich sind aber auch verlässliche energiewirtschaftliche und regulatorische Rahmenbedingungen für die
Kraft-Wärme-Kopplung insgesamt notwendig, damit die neue Technologie eine stabile Marktperspektive erhält.
Die Zukunft: Virtuelle Kraftwerke
Die öffentliche Stromversorgung in Europa leisten wenige große Kraftwerke, deren Leistungsvermögen jeweils in vielen Megawatt oder eher Gigawatt beziffert wird. Das könnte sich in
Zukunft ändern: Mehr und mehr werden dezentrale Anlagen auf Basis von erneuerbaren Energien, kleine KWK-Anlagen oder größere Notstromaggregate hinzukommen. Sie könnten zu so
genannten virtuellen Kraftwerken vernetzt werden. Dabei werden auch Brennstoffzellen eine Rolle spielen: Strom kann so am Ort des Verbrauchs erzeugt und zusammen mit der
anfallenden Wärme genutzt werden. Transportverluste reduzieren sich auf diese Weise, und die Kraftwerkswärme muss nicht mehr an die Umgebung "verheizt" werden. Kleine, vor Ort
installierte Brennstoffzellen-Heizkraftwerke könnten auch helfen, die Lastschwankungen im Stromnetz zu reduzieren oder gar auszugleichen (=> Regelenergie).
Voraussetzung hierfür ist ein zuverlässiger Datenaustausch der kleinen Kraftwerke untereinander und mit einer Leitzentrale. Zunächst müssen die Heizgeräte ihre "Hausaufgaben"
erledigen: Sie liefern Strom und Wärme für das angeschlossene Gebäude. Überschüssiger Strom kann an das Stromnetz abgegeben werden. Bei hohem Strombedarf im Netz kann die
Leitstelle die vielen, dezentralen Anlagen zu einer Überschussproduktion veranlassen.
In dem von Vaillant koordinierten europäischen Projekt "Virtual Fuel Cell Power Plant" wird die Funktionsweise und Praxistauglichkeit eines solchen virtuellen Kraftwerks in
kleinem Maßstab erprobt. Das virtuelle Brennstoffzellen-Kraftwerk besteht aus insgesamt 31 miteinander vernetzten 4,6 kWel Brennstoffzellen-Heizgeräten, die an verschiedenen
Standorten in Deutschland, den Niederlanden, Spanien und in Portugal installiert sind. Die Anlagen stehen in Mehrfamilienhäusern, kleinen Gewerbebetrieben oder öffentlichen
Einrichtungen. Anfang 2004 startete die Phase 2 des Projekts mit 23 Anlagen der weiter entwickelten, dritten Feldtestgeneration von Vaillant (vgl. Abb 3).
=> Weitere Infos zum EU-Projekt Virtual Fuel Cell Power Plant unter http://www.cogen.org/projects/vfcpp.htm
Adressen, Links
Autor: Johannes Lang. Wir danken dem BINE Informationsdienst für die Veröffentlichungsrechte.
|
