FlexSOFC

Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs

01.08.2016

30.04.2020

FKZ-Nr.:

03KB112

Ziel des Projektes ist es mithilfe der Impedanzspektroskopiefunktion des Wechselrichters kritische Betriebszustände des Brennstoffzellenstacks zu identifizieren. Unterschreitet die Gasqualität einen gewissen Wert, steigt die Brennstoffausnutzung unzulässig an. Die in Folge auftretenden Reoxidationsvorgänge an der Nickelanode schädigen die Zelle nachhaltig und müssen prozesstechnisch vermieden werden. Informationen über die aktuelle Gaszusammensetzung und somit die Gasqualität kann impedanzspektroskopisch aus der Systemantwort einer sinusförmigen Anregung des Zellstacks im niederfrequenten Bereich (0,1 – 30 Hz) abgeleitet werden.

Das Gesamtprojekt thematisiert die Kopplung von Biomassevergasersystemen und Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs). Die dezentrale integrative Lösung bietet den Vorteil auch teerbeladenen Gase sehr effizient in Strom und Wärme umzusetzen. Schwankende Gasqualitäten können jedoch erheblich zur Degradation der Brennstoffzellen beitragen. Kritische Betriebszustände müssen daher diagnostisch erfasst und regelungstechnisch entgegengewirkt werden.

KWK, Strom, Validierung Marktpotenzial, Wärme

Der am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik in Nürnberg bestehende 1kW-Stackprüfstand wird auf den Betrieb mit synthetischen Holzgas umgerüstet. Der vom Projektpartner entwickelte Wechselrichter wird integriert. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme und Analyse der Spektrogramme wird die Prozessregelung entsprechend angepasst.

Die Dresdner Firma NOVUM Engineering GmbH entwickelt einen speziell auf den Stackprüfstand zugeschnittenen Leistungswechselrichter. Dieser ist besonders rauscharm und dadurch in der Lage Impedanzspektrogramme aufzunehmen, die als Grundlage zur Detektion des Betriebszustands dienen.

Ergebnisse aus dem Projekt FlexSOFC:

- Konzeption und Entwicklung softwareseitige Impedanzspektroskopie an dem NOVUM Frequenzanalysator
- Aufbau und Inbetriebnahme des Frequenzanalysators an einem 1 kWel SOFC-Stack
- Methodenentwicklung Impendanzspektroskopie an komplettem SOFC-Stack zur Analyse der Schwachgasen wechselnder Gasqualität
- Dauerprobebetrieb des Online-Diagnostik Messkonzepts mit typischen Gasqualitäten und –schwankungen
- Methodenentwicklung zur Analyse der EIS-Daten
- Dauerbetrieb des 1 kWel SOFC Stacks an der realen EVT-Laborvergaser

Veröffentlichungen
- Herrmann, T.; Birth, S.; Karl, J.; Dillig, M. (2018): Monitoring a commercial μ-CHP SOFC-Stack by electrochemical impedance spectroscopy. In: Proceedings of the 13th European SOFC & SOE Forum 2018. Luzern, CH

Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik

Pin Icon Fürther Straße 244f, 90429 Nürnberg

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl

+49-(0)9115302-99021 +49-(0)911 5302-9021

juergen.karl@fau.de

Weitere Ansprechperson:

M.Sc. Tobias Hermann +49-(0) 911 5302-9022 tobias.herrmann@fau.de Dipl.-Ing. Marius Dillig +49-(0) )911 5302-9029 marius.dillig@fau.de M.Sc. Tobias Herrmann +49-(0) 911 5302-9022 tobias.herrmann@fau.de

NOVUM engineerING GmbH

Pin Icon Schnorrstrasse 70, 01069 Dresden

Projektleitung:

Mandy Schipke

+49-(0)35147591151

m.schipke@novum-engineering.com

Spanner Re² Renewable Energy Experts GmbH

Pin Icon Niederfeldstraße 28, 84088 Neufahrn in Niederbayern

Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe (TEER)

Pin Icon Wüllnerstraße 2, 52062 Aachen

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