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Forschungsprojekt "D2Service" soll Installation und Wartung von brennstoffzellenbasierten KWK-Systemen vereinfachen

Strom und Wärme lassen sich per Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) besonders effizient erzeugen. KWK-Anlagen, die auf Brennstoffzellen basieren, können die Energie künftig sogar emissionsfrei liefern - und das bedarfsgerecht direkt im Gebäude. Bislang ist die Kombination dieser beiden Technologien jedoch kaum verbreitet, nicht zuletzt, weil es an geschulten Technikern mangelt. Damit künftig mehr Servicekräfte die Anlagen betreuen können, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit sechs Partnern aus fünf Ländern im von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekt D2Service ("Design of 2 Technologies and Applications to Service") vereinfachte Lösungen für Installation und Wartung entwickelt. Im Juli 2019 endet die erste jahreszeitliche Betrachtung des abschließenden rund zwölfmonatigen Feldtests. Zwischenfazit: Alle Prototypen laufen störungsfrei, Probleme bei Betrieb und Wartung gab es bislang nicht.

Wartung mit weniger Aufwand und längeren Intervallen

"Brennstoffzellenbasierte KWK-Systeme sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Wirkungsgrade für die Gestaltung des künftigen Energiesystems praktisch unverzichtbar. Deshalb wollen wir mit dem D2Service-Projekt zu größerer Verbreitung und geringeren Kosten beitragen. Der Aufwand für die Wartung der Anlagen soll geringer werden, die Wartungs-Intervalle länger", sagt Marco Zobel, Leiter der Forschungsgruppe "Sektorenkopplung Gastechnik" am DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme. Ein Fokus liegt dabei auf der einfacheren Gestaltung von Schnittstellen, um Fehler beim Tausch von Bauteilen zu minimieren. Ein anderer Schwerpunkt befasst sich damit, die Anleitungen für typische Arbeitsschritte sprachübergreifend anschaulicher zu machen.

Bauteile unterschiedlicher Produkte aufeinander anpassen

Aktuell müssen die wenigen ausgebildeten Techniker europaweit lange Anfahrtswege zurücklegen, um Arbeiten an den Anlagen vorzunehmen. "Während klassische Heizsysteme von einem engen Netz von Fach-Heizungsbauern gewartet werden, sind KWK-Systeme leider viel spezifischer. Bereits für einen einfachen Kartuschenwechsel wird ein Experte mit spezieller Qualifikation benötigt. Das treibt die Kosten in die Höhe", nennt Zobel einen Grund für die überschaubare Verbreitung der Technik.

Hier setzt das D2Service-Konzept an: In Kooperation mit Herstellern und Zulieferern wurde nach Wegen gesucht, Bauteile unterschiedlicher Produkte aufeinander anzupassen. "Wir standen zum Beispiel vor der Herausforderung, die Anschlüsse und die Positionierung von Filtern in unterschiedlichen, bereits marktreifen Produkten zu vereinheitlichen", sagt Zobel. "Damit wollen wir nicht nur den Austausch erleichtern, sondern es auch unmöglich machen, dass Filter oder Kartuschen falsch herum eingesetzt werden."

Synergien technologieübergreifend nutzen

Als besondere Herausforderung hatte es das Projektteam mit zwei technologisch unterschiedlichen Brennstoffzellensystemen zu tun, die auf verschiedenen Betriebsweisen basieren: einem Hoch- und einem Niedertemperaturmodell. Auch hier gibt es für Zobel denkbare Synergieeffekte, zum Beispiel durch die Entwicklung einheitlicher Kartuschen: "Das ist wie bei Benzinern und Diesel: Trotz aller Unterschiede benötigen beide einen Kraftstofftank."   

Intuitive Bildsprache verdeutlicht komplexe Arbeitsschritte  

Mit der Entwicklung eines Handbuchs zur verständlicheren Darstellung von Bedienungsanleitungen für Brennstoffzellensysteme hat das Institut für Vernetzte Energiesysteme einen zweiten Ansatz zu mehr Bedienerfreundlichkeit geleistet. Das Heft gibt Herstellern konkrete Hinweise, wie sie komplexe technische Arbeitsschritte anhand von Farbcodes, der Art von Illustrationen und einer intuitiven Bildsprache mit Piktogrammen darstellen können. Der Projektpartner SOLIDpower hat seine Anleitung bereits entsprechend dieser Anregungen überarbeitet.

Praxistests in Italien und Deutschland

Getestet werden die KWK-Systeme mit den technischen Optimierungen und die Wartungs-Hinweise noch bis Frühjahr 2020 im ganz realen Alltagsbetrieb in einem Baufachmarkt, einem Vereinsheim und einem Geschäftsgebäude in Italien. Eine vierte Anlage durchläuft derzeit am Institut für Vernetzte Energiesysteme einen mehrmonatigen Zeitraffertest, der auf den typischen Energieflüssen eines kleinen Mehrfamilienhauses basiert. Läuft alles wie geplant, erhoffen sich die Projekt-Beteiligten, künftig mehr Servicedienstleister ohne spezielles Fachwissen für die Wartung von brennstoffzellenbasierten KWK-Anlagen gewinnen zu können. 

Das Projekt D2Service

Im Projekt D2Service kooperiert das Institut für Vernetzte Energiesysteme seit August 2015 in koordinierender und forschender Funktion mit den Forschungspartnern Ballard Power Systems (Dänemark), SOLIDpower (Italien), Bosal Emission Control Systems (Belgien), Energy Partner (Italien) sowie dem Duisburger Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT). Gefördert wird das bis März 2020 laufende Forschungsvorhaben über die europäische Fördermaßnahme "Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Untertaking", Grant Agreement Nummer 671473, das vom Horizon-2020-Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union unterstützt wird.

Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Vernetzte Energiesysteme

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