Titelbild VDI|VDE-Studie Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge

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28.05.2020 Expertengruppe

V1.1 Wasserstoff und Brennstoffzellen

Gemeinschaftsausschuss von VDE ETG und VDI GEU

Wasserstoff und Brennstoffzellen bilden einen Energiepfad, der in zukünftigen Energiesystemen eine wichtige Rolle spielen wird. Die wichtigsten Vorteile der Brennstoffzellentechnik sind die hohen Wirkungsgrade der Stromerzeugung (auch bei Teillast), die geringen Emissionen (CO2, NOx, CO und CH4), Geräuscharmut und Vibrationsfreiheit sowie schnelle Regelbarkeit der elektrischen Ausgangsleistung (Dynamik).

Ein Betrieb der Brennstoffzellen mit Wasserstoff bietet darüber hinaus den Vorteil, dass als „Abgas“ nur Wasserdampf entsteht. Wasserstoff kann nachhaltig mittels Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt werden.

Der Leistungsbereich von Brennstoffzellen reicht von wenigen Milliwatt für portable Anwendungen bis hin zu mehreren Megawatt zur Versorgung von Industriebetrieben mit Strom und Wärme. Einsatzmöglichen für Brennstoffzellen bieten sich sowohl im stationären Bereich als Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), im mobilen Bereich (Fahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge), als auch für portable Anwendungen.

Aufgaben des Fachausschusses

Informationsaustausch zu aktuellen Entwicklungen
Bewertung von Technologien – Entwicklungstand und Marktpotenziale
Organisation von themenspezifischen Fachtagungen oder Workshops
Stellungnahmen zu aktuellen relevanten Fragestellungen
Vorschläge für Normen/ Mitwirkung bei der Erstellung von Normen (VDI, DKE)
Erstellung von Publikationen und Fachartikeln
Kooperation mit anderen Fachausschüssen von VDE und VDI

Themen

Wasserstofftechnik

Wasserstoffherstellung
Elektrolyseurtechnologien, Reformierung (z. B. Dampfreformierung), biochemische Herstellung (Bakterien und Grünalgen – Abwasseranlagen), Wasserstofferzeugung mittels konzentrierter Sonneneinstrahlung (Hochtemperaturelektrolyse), Wasserstoff als Nebenprodukt, Betriebsweisen von Wasserstofferzeugungssystemen (z. B. fluktuierender Betrieb von Elektrolyseuren entsprechend EE-Dargebot)

Wasserstoff-Nutzungspfade
Brennstoffzellen (stationär, mobil, portabel), H2-Verbrennung (Motoren und Gasturbinen), Verfahrenstechnische Verwertung (H2 als chemischer Rohstoff)

Wasserstoffinfrastruktur
Transportnetz, Verteilungsnetz, Abfülleinrichtungen (z. B. H2-Tankstelle), Speicherung

Brennstoffzellentechnik

Stacktechnologien (Eigenschaften und aktueller Entwicklungsstand)
Alkalische Brennstoffzelle (AFC), Alkalische Polymerbrennstoffzellen (AEMFC), Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC), Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC, HT und NT), Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC), Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), bidirektionale Systeme (Elektrolyseur/Brennstoffzelle), mikrobielle Brennstoffzelle

Brennstoffe
Wasserstoff, gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe, andere

Hilfsaggregate und Peripherie
Gasaufbereitung, Wasseraufbereitung, Leistungselektronik, Steuerung und Regelung, Kommunikationstechnik, Wärmeauskopplung

Anwendungsgebiete für Brennstoffzellen

Stationär

Notstromversorgung, Einsatz im EFH und MFH zur Eigenversorgung mit Strom und Wärme, Einsatz in Gewerbe und Industrie (Strom und Prozesswärme), Betriebsweisen für Brennstoffzellen-KWK (wärmebedarfsorientiert, strombedarfsorientiert, netzdienlich (Regelleistung), netzgekoppelt und netzfern).

Mobil
PKW, Nutzfahrzeuge, Flurförderfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Luft- und Raumfahrt, portabel (z. B. Camping, Ladesysteme)

L.Kotzurab; P. Markewitza; M.Robiniusa; G. Cardosob, P. Stenzela; M.lHelenob; D. Stoltenac

Systemtechnik und Netzintegration

Ausbau erneuerbarer Erzeugung (Entwicklungstendenzen in den Verteilnetzen)
Entwicklung der Energiebedarfe (Strom, Wärme, Gas)
Netzanforderungen
Netzanbindung dezentraler Erzeuger
Elektrotechnische Eigenschaften der Systeme
Betrieb von virtuellen Kraftwerken, Microgrids und zellularen Netzen
Zusammenwirken unterschiedlicher Energieträger (Sektorenkopplung: Strom, Wärme, Gas)
Zusammenwirken unterschiedlicher Anwendungen (mobil und stationär)

Wirtschaftliche, rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen

Kostenentwicklung für Elektrolyseure und Brennstoffzellen
Marktentwicklung
Wirtschaftliche (energiepolitische) Rahmenbedingungen (z. B. Tarifstrukturen)
Rechtliche Rahmenbedingungen
Regulatorische Rahmenbedingungen
Umweltaspekte (THG-Einsparung, …)
Zertifizierung von „grünem“ Wasserstoff
Förderprogramme

VDE|VDI Studie Brennstoffzellen und Batteriefahrzeuge - Bedeutung für die Elektromobilität

VDE|VDI

Veröffentlichungsdatum 01.05.2019

PDF: 3,5 MB

Links

zum Thema Brennstoffzellen

Ballard Power Systems: Hersteller von Brennstoffzellensystemen

Brennstoffzelleninitiative Hessen

BEWAG Innovationspark Brennstoffzelle

Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband

Forschungszentrum Jülich

Group Exhibit Hydrogen + Fuel Cells HANNOVER FAIR

h2stations.org - Wasserstofftankstellen weltweit

HyBalance.eu – Demonstrationsvorhaben Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbarem Strom (power-to-hydrogen) und dessen Nutzung als Fahrzeugkraftstoff sowie Industrierohstoff

Initiative Brennstoffzelle von Herstellern und Netzbetreibern

JEC (JRC-Eucar-Concawe) Well-to-Wheel Analysen zu alternativen Kraftstoffen

Kompetenznetzwerk Brennstoffzelle NRW

Ludwig Bölkow Systemtechnik

Plug Power

Scandinavian Hydrogen Highway Partnership Fahrzeuge mit Brennstoffzellen (FCEV)

Siemens PEM-Brennstoffzellen für Schiffe

Sulzer Hexis: Hersteller von BZ-Systemen

TÜV SÜD

VDI Fachbereich Energietechnik

Vissmann Brennstoffzelle und BHKW

Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH