Dezentrale Energieeinspeisung mit Brennstoffzellen als virtuelles Kraftwerk im Niederspannungsnetz

Eine techno-ökonomische Analyse

Diplomarbeit, 2005
109 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Wirtschaftsingenieurwesen

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
- Problemstellung
- Lösungsweg
Charakterisierung der technischen und betrieblichen Rahmenbedingungen
- Brennstoffzellentechnik
  - Historie
  - Gasaufbereitung
  - Polymermembran-Brennstoffzelle
  - Karbonatschmelze-Brennstoffzelle
  - Festoxid-Brennstoffzelle
  - Sonstige Brennstoffzellentypen
- Kraft- Wärme-Kopplung
  - Allgemeines
  - Kleinste Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
  - Besonderheiten der Brennstoffzelle
- Speichertechnologien
  - Wärmespeicher
  - Speicher für elektrische Energie
  - Chemische Speicher
- Dezentrale Energieeinspeisung
  - Technik der Netzanbindung
  - Netzstruktur der Stromversorgung
  - Kommunikation dezentraler Erzeugungsanlagen
  - Vergütung
Methodik zur techno-ökonomischen Analyse dezentraler Kraft—Wärme-Kopplungsanlagen
- Simulation
  - Abbildung von Energieflüssen
  - Erzeugung von Einzellastgängen
  - Zeitliche Variationen
- Bewertung
  - Gaspreis
  - Strompreis
  - Jahresdauerlinie und Tageslastgang
  - Primärenergie
  - Externalitäten
- Marktpreisziele für Brennstoffzellen-Heizsysteme
Modellaufbau und Datenbasis
- Siedlungstopologie des versorgten Niederspannungsnetzsegments
  - Einfamilienhaussiedlung
  - Mehrfamilienhaussiedlnng
  - Nahwärmesiedlung
- Das Brennstoffzellen-Heizgerät
  - Brennstoffzelle
  - Zusatzbrenner
  - Wärmespeicher
  - Regelungstechnik
- Verbrauchsprofile
  - Elektrisches Lastprofil
  - Warmwasser- Zapfprofil
  - Heizwä,rme-Lastprofil
- Betriebsweisen des Heizkraft,blocks
  - Wärmegefiihrte Betriebsweise
  - Stromgefiihrte Betriebsweise
  - Netzgefiihrte Betriebsweise
  - Kostengefiillrte Betriebsweise
- Steuerungstechnische Vernetzung
  - Dezentrale Steuerung mit verkniipfendem Preissignal
  - Zentrale Steuerung am Siedlungstrafo
Simulationsergebnisse
- Referenzfall ohne Kraft-Wärme-Kopplung
- TagAastgänge
- J ahresd auerlin ien
- Primärenergetische Bewertung
- Monetäre Bewertung
- Jahresmatrix
Zusammenfassung und Ausblick
- Ausblick
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
DANKSAGUNG
Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit befasst sich mit der dezentralen Energieeinspeisung mittels Brennstoffzellen im Niederspannungsnetz. Sie analysiert die techno-ökonomischen Aspekte der Brennstoffzelle als virtuelles Kraftwerk in einer Wohnsiedlung.

Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen-Heizgeräten im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen
Analyse des Einspeiseverhaltens von Brennstoffzellen im Niederspannungsnetz
Entwicklung eines Steuerungskonzepts für ein virtuelles Kraftwerk aus Brennstoffzellen
Bewertung der primärenergetischen und monetären Effizienz von Brennstoffzellen-Heizgeräten
Bewertung des Einflusses von externen Kosten (z.B. C02-Emissionen) auf die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle

Zusammenfassung der Kapitel

Das zweite Kapitel befasst sich mit der Brennstoffzellentechnik und charakterisiert die verschiedenen Brennstoffzellentypen. Es werden die technischen Grundlagen und Rahmenbedingungen der dezentralen Energieeinspeisung erläutert.

Im dritten Kapitel werden die Methoden zur techno-ökonomischen Analyse dezentraler Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen vorgestellt. Es werden die Simulation des Energieflusses im Heizungssystem und die Bewertung der Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle beschrieben.

Kapitel vier beschreibt den Modellaufbau und die Datenbasis der Simulation. Es werden die Topologie des versorgten Niederspannungsnetzsegments, die Eigenschaften des Brennstoffzellen-Heizgeräts und die Verbrauchsprofile für Strom, Warmwasser und Raumwärme dargestellt. Außerdem werden die verschiedenen Betriebsweisen des Heizkraftblocks (Wärme-, Strom- und Netzführung) und die steuerungstechnische Vernetzung der Brennstoffzellen zu einem virtuellen Kraftwerk erläutert.

Kapitel fünf präsentiert die Simulationsergebnisse. Es werden die Kosten der Energieversorgung einer Wohnsiedlung im Referenzfall ohne Kraft-Wärme-Kopplung, die Tageslastgänge, die Jahresdauerlinien und die primärenergetische sowie monetäre Bewertung der verschiedenen Wohnsiedlungstypen und KWK-Betriebsarten dargestellt.

Das sechste Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen. Es werden Handlungsempfehlungen für die Förderung dezentraler Energieerzeugung mittels Brennstoffzellen gegeben.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die dezentrale Energieeinspeisung, Brennstoffzellen, Kraft-Wärme-Kopplung, virtuelles Kraftwerk, Niederspannungsnetz, techno-ökonomische Analyse, Simulation, Bewertung, Primärenergie, Externalitäten, C02-Emissionen, Marktpreisziele, Steuerungstechnik, Vernetzung, Jahresdauerlinie, Tageslastgang, Jahresmatrix.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein virtuelles Kraftwerk?

Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Zusammenschluss vieler kleiner, dezentraler Energieerzeuger (wie Brennstoffzellen oder PV-Anlagen), die gemeinsam gesteuert werden, um wie ein großes Kraftwerk am Strommarkt zu agieren.

Welche Vorteile bieten Brennstoffzellenheizsysteme (Mini-KWK)?

Sie nutzen den Brennstoff hocheffizient durch Kraft-Wärme-Kopplung (gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme) und können durch ihre Steuerbarkeit zur Netzstabilität beitragen.

Was unterscheidet wärmegeführten von stromgeführten Betrieb?

Wärmegeführter Betrieb richtet sich nach dem Heizbedarf des Gebäudes. Stromgeführter Betrieb priorisiert die Stromerzeugung, während netzgeführter Betrieb auf die Lastanforderungen im öffentlichen Verteilnetz reagiert.

Welche Brennstoffzellentypen werden für die Hausenergieversorgung genutzt?

Häufig zum Einsatz kommen die Polymermembran-Brennstoffzelle (PEMFC) und die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), die jeweils unterschiedliche Betriebstemperaturen und Wirkungsgrade aufweisen.

Wie kann die Markteinführung stationärer Brennstoffzellen beschleunigt werden?

Durch angepasste Fördermechanismen im Rahmen des KWK-Gesetzes und die Integration in intelligente Netzsteuerungskonzepte (Smart Grids) kann die Wirtschaftlichkeit für Endkunden verbessert werden.

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Details

Titel: Dezentrale Energieeinspeisung mit Brennstoffzellen als virtuelles Kraftwerk im Niederspannungsnetz
Untertitel: Eine techno-ökonomische Analyse
Hochschule: Universität Karlsruhe (TH)
Autor: Gunnar Kaestle (Autor:in)
Erscheinungsjahr: 2005
Seiten: 109
Katalognummer: V133899
ISBN (eBook): 9783640407101
Dateigröße: 2616 KB
Sprache: Deutsch
Schlagworte: dezentrale Energiesysteme virtuelles Kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung Brennstoffzelle Selbstorganisation
Produktsicherheit: GRIN Publishing GmbH
Preis (Ebook): US$ 42,99

Arbeit zitieren: Gunnar Kaestle (Autor:in), 2005, Dezentrale Energieeinspeisung mit Brennstoffzellen als virtuelles Kraftwerk im Niederspannungsnetz, München, Page::Imprint:: GRINVerlagOHG, https://www.diplomarbeiten24.de/document/133899