Titelbild VDI|VDE-Studie Brennstoffzellen- und Batteriefahrzeuge

Titelbild Studie Elektrofahrzeuge

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11.11.2020 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.

Kontakt

Martin Pokojski, Martin Kleimaier
ETG Geschäftsstelle
ZBT, Nadine van der Schoot

Thema Wasserstofftechnik

ZBT, Nadine van der Schoot
  • 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
V1.1-Brennstoffzellentechnik

Thema Brennstoffzellentechnik

V1.1-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
V1,1.-Anwendungsgebiet Brennstoffzellen

Thema Anwendungsgebiete für Brennstoffzellen

V1,1.-Anwendungsgebiet 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)

Thema 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) 
Hand unter hängenden Paragraphen

Thema Wirtschaftliche, rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen

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

zum Thema Brennstoffzellen

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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

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

 

Weitere Organisationen, Hersteller oder Anwender zum Thema teilen Sie bitte per Email mit.

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Aufgaben des Fachausschusses

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  • 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
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Geschichte

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"Elektrochemische Energiespeicher und -wandler" gehörten schon immer zum Themengebiet des Fachbereichs 1 "Zentrale und dezentrale Erzeugung elektrischer Energie". Bis zum Jahr 2000 gab es dazu den damaligen Fachausschuss FA 1.5, übrigens der einzige Fachausschuss neben neun Fachbereichen. Der zunehmenden Forschung im Bereich der Brennstoffzelle trug die ETG Rechnung, indem sich der Fachausschuss im Jahr 2000 unter Prof. Hartkopf, damals TU Darmstadt, einen neuen Namen gab: Fachausschuss 1.5 "Brennstoffzellen" (heute V1.1). Seitdem wird die Entwicklung der stationären und mobilen Brennstoffzellen thematisch begleitet. Neben der Entwicklung der Brennstoffzelle werden natürlich auch andere zukunftsweisende KWK-Technologien mit in die Betrachtungen einbezogen.

Schon bei den ersten Treffen kristallisierte sich die Netzintegration stationärer Brennstoffzellen als ein Thema kontroverser und engagierter Diskussionen heraus. Es stellte sich die Frage, wie die von den Brennstoffzellen-Herstellern angestrebten großen Stückzahlen in Privathaushalten in das Verteilungsnetz ohne nennenswerte Auswirkungen integriert werden könnten. Die Klärung dieser Fragen übernahm ein ad hoc eingesetzter Arbeitskreis, der seit 2002 als Fachausschuss V1.2 "Netzanschluss und dezentrale Strukturen" bezeichnet wurde. 

In der Praxis haben die Fachausschüsse V1.1 und V1.2 fast immer zusammen getagt und die meisten Arbeiten gemeinsam durchgeführt. Im Zuge einer Zusammenlegung erwies es sich als sinnvoll, mit dem VDI Fachausschuss Wasserstoff enger zusammenarbeiten. Aus dieser Kooperation wurde später der heutige VDI-VDE-Gemeinschaftsfachausschuss Wasserstoff und Brennstoffzellen.

Fotos + Grafiken zum Thema

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