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1 Energy is life DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 20072 Stromverbrauch CH –sinkende Produktion ab 2020 Mühleberg geht in Pension.

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2 1 Energy is life

3 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Stromverbrauch CH –sinkende Produktion ab 2020 Mühleberg geht in Pension Mühleberg geht in Pension Beznau I und II gehen ebenfalls in Pension Beznau I und II gehen ebenfalls in Pension Stromverträge mit EDF laufen aus Stromverträge mit EDF laufen aus –steigender Verbrauch 1-2% / Jahr die Stromwirtschaft verkauft CO2-freie Wärmepumpen. die Stromwirtschaft verkauft CO2-freie Wärmepumpen.

4 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Stromlücke 2020 Auswege ??? Auswege ??? –sparen ? WWF Studie spricht von einem Potential von 30% Aber auch Energiespartechnik aller Art braucht Strom Selbst die Fahrzeugbranche rechnet mit Wasserstoff aus Atomstrom für die Brennstoffzellenantriebe WWF Studie spricht von einem Potential von 30% Aber auch Energiespartechnik aller Art braucht Strom Selbst die Fahrzeugbranche rechnet mit Wasserstoff aus Atomstrom für die Brennstoffzellenantriebe –Gas ? ! Die Stromkonzerne planen Gaskombi-Kraftwerke GUD Die Stromkonzerne planen Gaskombi-Kraftwerke GUD und was machen die Gaswirtschaft??? und was machen die Gaswirtschaft???

5 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Die Lösung: Blockheizkraftwerk (BHKW) Strom und Wärme mit Gasmotoren erzeugen D.h.: Mit Gas als Brennstoff Strom und Wärme resp. Kälte produzieren, anstatt mit Wärmepumpen, die Strom brauchen, Wärme produzieren und so Gas substituieren. Strom und Wärme mit Gasmotoren erzeugen D.h.: Mit Gas als Brennstoff Strom und Wärme resp. Kälte produzieren, anstatt mit Wärmepumpen, die Strom brauchen, Wärme produzieren und so Gas substituieren. maximaler Wirkungsgrad maximaler Wirkungsgrad weniger CO 2 weniger CO 2 entlastet die Leitungsnetze entlastet die Leitungsnetze spart Energiekosten spart Energiekosten schafft Arbeitsplätze schafft Arbeitsplätze Chance für die Gaswirtschaft Chance für die Gaswirtschaft Das Gas-Zeitalter

6 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG unsere Produkte Gasmotoren: Gasmotoren: BR … 386 kW el BR … 386 kW el BR … 1600 kW el BR … 1600 kW el Brennstoffzelle: Brennstoffzelle: HotModule250 kW el HotModule250 kW el

7 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Im Oktober wurde das erste. HotModule, die. Karbonat-Brennstoffzelle von MTU in Betrieb gesetzt. 56% Stapelwirkungsgrad und 47% el. Nettowirkungsgrad … bisher Weltrekord hotmodule Tradition und Innovation sichern die Zukunft 1884 wurde der erste schnell laufende Viertaktmotor von Gottlieb Daimler und Willhelm Maybach gebaut.

8 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Brennstoffzelle – Was ist das? Ganz Einfach: Eine Batterie, die anstatt Kohle und Zink Wasserstoff verbraucht Ganz Einfach: Eine Batterie, die anstatt Kohle und Zink Wasserstoff verbraucht Eine technische Revolution: Eine technische Revolution: Umwandlung von Primärenergie direkt in Strom Umwandlung von Primärenergie direkt in Strom Nichts Neues: Nichts Neues: Das Prinzip wurde schon um 1838 vom Basler Professor C.F. Schönbein entdeckt und 1845 vom Engländer W.R. Grove erstmalig in einem funktionsfähigen Laboraufbau umgesetzt. Das Prinzip wurde schon um 1838 vom Basler Professor C.F. Schönbein entdeckt und 1845 vom Engländer W.R. Grove erstmalig in einem funktionsfähigen Laboraufbau umgesetzt.

9 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 2007 Wasserstoffmoleküle treffen auf die Anode und werden zerlegt in atomaren Wasserstoff. Hier geben sie ihre Elektronen ab und wandern als Ionen (Kation: positiv geladen) durch die Membrane (=engmaschiges Gitter, das nur Atomkerne ohne Elektronen durchlässt). Die Elektronen werden durch die leitende Oberfläche der Anode über den Verbraucher zur Kathode geleitet wo sie zusammen mit den Wasserstoffionen und dem Sauerstoff zu Wasser reagieren (verbrennen). Beispiel: kalte Verbrennung PEM oder PAFC H+H+ H+H+ H2H2 O O H+H+ H+H+ H2H2 O2O2 H2OH2O e-e- e-e- H2OH2O H2OH2O H2OH2O O2O2 H2H2 H2H2 Wärme AnodeKathode Membrane (Elektrolyt) e-e- e-e- Brennstoffzelle - Wie funktioniert das?

10 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Brennstoffzelle gegenüber konventionellen Technologien viel versprechend: viel versprechend: –hohe Wirkungsgrade (kein Carneau-Prozess) –Minimale Abgasemissionen (Chemische Umformung, keine Verbrennung) –kein Russ / Staub (Russ entsteht bei jedem Verbrennungsprozess) –Wartungsfrei (kein Schmieröl, keine bewegliche Teile, kein Verschleiss) –Einfacher Aufbau, geringe Kosten (…jedenfalls in der Serienproduktion) aber: je nach Typ und Hersteller aber: je nach Typ und Hersteller –reine Brennstoffe notwendig (prinzipiell nur Wasserstoff und Sauerstoff) –Gasaufbereitung bedingt teure Wartung –Degradation der Zellen (Stapellebensdauer meist gering) –Produktionsverfahren müssen erst entwickelt werden

11 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb A) mit kalter Verbrennung bis ca. 200°C A) mit kalter Verbrennung bis ca. 200°C kann nur Wasserstoff direkt verwenden kann nur Wasserstoff direkt verwenden hohe Ansprüche an die Gasqualität z.B.: kein CO (wirkt toxisch) hohe Ansprüche an die Gasqualität z.B.: kein CO (wirkt toxisch) Reformer extern Reformer extern Komplexe Zusammensetzung mit teilweise problematischen Materialien Komplexe Zusammensetzung mit teilweise problematischen Materialien PAFC, PEM PAFC, PEM Entwicklungsstand: Feldtest / Serieneinführung teilweise seit mehreren Jahren auf dem Markt. Entwicklungsstand: Feldtest / Serieneinführung teilweise seit mehreren Jahren auf dem Markt. Anwendung: Fahrzeuge (Stationärbetrieb solange keine Alternative besteht) Anwendung: Fahrzeuge (Stationärbetrieb solange keine Alternative besteht) B) mit heisser Verbrennung über 600°C B) mit heisser Verbrennung über 600°C Reformer intern (Dampfreformer) Reformer intern (Dampfreformer) geringere Ansprüche an die Gasqualität. geringere Ansprüche an die Gasqualität. Erdgas und Biogas als Energiequelle direkt nutzbar. (Ev. sogar mit Erdöl) Erdgas und Biogas als Energiequelle direkt nutzbar. (Ev. sogar mit Erdöl) Unproblematische Materialien Unproblematische Materialien MCFC, SOFC MCFC, SOFC Entwicklung: Labor / Feldtestanlagen, Markteinführung in wenigen Jahren Entwicklung: Labor / Feldtestanlagen, Markteinführung in wenigen Jahren Anwendung: voraussichtlich nur Stationärbetrieb Anwendung: voraussichtlich nur Stationärbetrieb Wir unterscheiden grundsätzlich zwei Typen von Brennstoffzellen Brennstoffzelle – Welche Typen gibt es?

12 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb HochtemperaturBrennsstoffzellen Phosforsaure BZ Membran BZ H2H2H2H2 O2O2O2O2 H2OH2OH2OH2O H+H+H+H+ PAFC: 180°C – 220°C PEM: 30°C – 80°C Alkalische BZ H2OH2OH2OH2O H2H2H2H2 H2OH2OH2OH2O O2O2O2O2 OH - AFC: 25°C – 35°C Festoxyd BZ H2H2H2H2 H2OH2OH2OH2O O2O2O2O2 O 2- SOFC: 1000°C Schmelz- karbonat BZ CO 2 H2H2H2H2 H2OH2OH2OH2O O2O2O2O2 CO 3 2- MCFC: 650°C NiedertemperaturBrennsstoffzellen Brennsstoffzellen Typen Elektrolyt Kathode Anode

13 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Die MCFC-Technik kombiniert einzigartig: interne Reformierung hoher Wirkungsgrad mit hoher Ablufttemperatur gute Abwärmenutzung (Fernwärme, Dampf, Absortionskälte…) mit hoher Ablufttemperatur gute Abwärmenutzung (Fernwärme, Dampf, Absortionskälte…) bei akkuraten Systemtemperaturen metallische Baustoffe (Lebensdauer, Preise, Isolation…) bei akkuraten Systemtemperaturen metallische Baustoffe (Lebensdauer, Preise, Isolation…)

14 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Die Brennstoffzelle der MTU CFC wird HotModule genannt und baut auf der Schmelzkarbonat Brennstoffzelle auf, der so genannten Molten Carbonate Fuell Cell resp. MCFC. Die Brennstoffzelle der MTU CFC wird HotModule genannt und baut auf der Schmelzkarbonat Brennstoffzelle auf, der so genannten Molten Carbonate Fuell Cell resp. MCFC. Vorteile des gegenüber anderen Techniken Vorteile des hotmodule gegenüber anderen Techniken –Hohe Arbeitstemperatur von 650°C (Hochtemperatur-Zelle) –Im Gegensatz zur SOFC mit über 900°C (z.B. Hexis) kann mit handelsüblichen Metallwerkstoffen gearbeitet werden; Kein Keramik –Mittlere Leistung mit 250kW el; Anlagenbau –Hoher Wirkungsgrad 47% netto, 55% DC (Zellstapel) –Hohe Ablufttemperatur; weites Anwendungsgebiet für Wärmeverwendung Dampf, Absorber… –kein Kühlkreislauf notwendig; überschüssige Wärme in der Abluft hotmodule

15 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 2007 Neue Technologien Katalysator CH H 2 O ---> CO H 2 H 2 + CO > H 2 O + CO e - CO 2 + 1/2 O e - ---> CO 3 -- Anode Matrix mit Elektrolyt Kathode CO 3 -- CH 4, H 2 O CO 2 O 2, CO 2 Abluft Reformier-Reaktion Anoden-Reaktion Kathoden-Reaktion 2 e - Karbonat-Brennstoffzelle Wie funktioniert das?

16 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 2007 Neue Technologien Kreuzstrom – Zellblock Gas-Verteiler Endplatte Isolierung Brenngas Anode Matrix Kathode Zuganker Oxidatorgas Karbonat-Brennstoffzelle Aufbau Zellstapel

17 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Karbonat-Brennstoffzelle Der Zellstapel Der so genannte Stack besteht aus 300 Zellen. Eine einzelne Zelle gibt eine Spannung von ca. 0,7V und ist aus min. drei Platten aufgebaut: Anode, Elektrolyt, Kathode. Zwischen den Platten müssen leitende Stromkollektoren und andere Zwischenschichten angebracht werden. Zur Zeit müssen noch alle Schichten von Hand zusammengebaut werden! Im Bild: Einer der Urstapel

18 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb 2007 Neue Technologien Das erste HotModule im Labor- test Das erste HotModule im Labor- test Das erste HotModule wurde 1997 bei der Ruhrgas AG In Dorsten getestet

19 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb hotmodule Im Bild: Anlage im Röhn-Klinikum Von diesem Typ sind derzeit 16 Feldtestanlagen in Betrieb und haben bereits bis zu Stunden ohne Nennenswerte Störungen gearbeitet.

20 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb hotmodule Im Bild: Anlage Vattenfall in Berlin Zweistoff-Anlage mit Methanol / Erdgas im Betrieb umschaltbar.

21 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Vorteile für die Umwelt WKK mit Brennstoffzellen ist problemlos möglich, sogar in der Stadt Zürich (50 mg NOx). –NOX ca. 2 mg/Nm3 weit unter dem Grenzwert –CO ca. 10 mg/Nm3 weit unter dem Grenzwert –Staub / Russ entsteht prinzipbedingt gar nicht –Biogene Brennstoffe sind verwendbar (z.B. Kompogas direkt oder via Erdgasnetz)

22 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Nachteil Preissituation: Wirtschaftlichkeit noch nicht gegeben! Preissituation: Wirtschaftlichkeit noch nicht gegeben! –Stack ist Einzelfertigung in Handarbeit –Aufwendiger Einfahrprozess im Labor –Anlagebau bei der Montage der Komponenten –Einzelstückpreise bei den Zulieferanten Fördermittel: Fördermittel: Dank dem hohen Innovationsgrad und dem grossen Potential werden Anlagen von verschieden Institutionen und Firmen gefördert. –Wir suchen geeignete Standorte für eine Feldtestanlage –Wer in welchem Umfang finanziert ist Aufgabe der GL

23 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Quelle: DLR1999 S.124 (Non-Methane Hydrocarbons)Emissionen Emissionen der Brennstoffzelle an der Nachweisgrenze

24 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb MDE 3066 L4 MDE 3042 L1 HotModule HM300

25 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb MDE 3066 L4MDE 3042 L1 HotModule HM300

26 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Systemansatz BIOVISION BiogasStrom High Value Food HotModule Mineral- Dünger Gärrestver- arbeitung Saubere CO 2 Düngung Hygienic Green House New Value Food Substrat- reinigung Hitze

27 DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AGWerner Frei, Feb Unsere Produkte Gasmotoren Magerturbo für Biogas el 38% Gasmotoren Magerturbo für Biogas el 38% – 50 kW el MAN –100 kW el MAN –120 kW el MAN –180 kW el MDE –360 kW el MDE Brennstoffzelle el 50% Brennstoffzelle el 50% –245 kW el / 180 kW th Dieselmotoren 75…9000 kW el Dieselmotoren 75…9000 kW el

28 27 24h Pickettdienst 079 / Innerhalb der Bürozeiten verwenden Sie bitte: 044 / Sollte es einmal vorkommen, dass der Pickettdienst nicht erreichbar ist (technische Panne, vorübergehend kein Empfang …), dann versuchen Sie es bitte in dringenden Fällen unter einer der folgenden Nummern: Jost Mathis 079 / Erich von Arx 079 / René Walti 079 / Werner Frei 079 / DaimlerChrysler PowerSystems Schweiz AG Gaswerkstrasse 6 CH-8952 Schlieren


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