18 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 3 - 2.Quartal 2019 Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
haben eigenentwickelte Brennstoff- zellen und Wasserstoff-Speicher er- arbeitet und daraus Produktlösung- gen abgeleitet.
Brennstoffzelle und Wasserstoff- speicher haben wir zu einem Ge- samtsystem zusammengefaßt, wel- ches als universell einsetzbare Batterie mobil und stationär nutzbar ist – die Universalbatterie.
Ein Team von 8 Personen steht in der oberlausitzer Stadt Zittau zur Serienfertigung und zur Weiterent- wicklung dieser Universalbatterie zur Verfügung. Die Marktfähigkeit Dr. Karoly Dobos Sven Roggmann Andre Bräutigam
In Fortsetzung der in 2. Ausgabe dieses Medienmagazins begonne- nen Rubrik “Innovativ“, stellen wir Produktlösungen vor, welche für Je- dermann umsetzbar sind. Für Kontaktanfragen zu technisch-admi- nistrative oder zu Fertigungsthemen steht Radio Oberlausitz Internatio- nal gern zur Verfügung. Senden Sie dazu eine Nachricht an unsere E-Mail-Adresse:
post@oberlausitzer-bergzeitung.de Wir, das sind Dr.Karoly Dobos, Sven Roggmann und Andre Bräutigam,
der Universalbatterie wird vor allem durch den Kostenfaktor der Kern- komponente, der Brennstoffzelle, bestimmt.
Unsere Brennstoffzelle ist eine optimierte reversible PEM-Brenn- stoffzelle, welche als Elektrolysator und als Brennstoffzelle im einem fungiert.
Im nachfolgenden Vergleich geben wir einen Einblick in die Kosten- struktur der PEM-Brennstoffzelle, welche gleichzeitig auch die aktu- elle Wettbewerbssituation im Jahr 2019 widerspiegelt:
Kontakt: post@oberlausitzer-bergzeitung.de
Die hier von uns vorgestellten eigen- entwickelten reversiblen PEM- Brennstoffzellen verfügen über eine wesentlich höhere Lebensdauer und höheren Leistungsdichte gegenüber andere PEM-Brennstoffzellen, zum Stand der Technik 2019.
Aus langjährigen und umfangrei- chen Testreihen aller Komponenten und zum Gesamtsystem, wurden die Ergebnisse zur Integration in eine Batterieeinheit abgeleitet – die Universalbatterie.
Ursachen der höheren Leistungs- dichte und höherer Lebensdauer liegen darin, daß keine Umgebungs- luft, sondern reiner Sauerstoff, der PEM-Brennstoffzelle zugeführt wird.
Selbst bei hocheffizienter Filterung der Umgebungsluft, können nicht alle schädlichen Gasbestandteile und Feinst-Staubpartikel ausgefiltert werden. Daher ist nur mit reinem Sauerstoff die höchste Lebensdauer erreichbar.
Unabhängig von Unreinheiten der angesaugten Umgebungsluft, unter- liegt die Umgebungsluft ständigen Schwankungen der Sauerstoff- Konzentration. Dies hat natürliche und industrielle Ursachen.
Eine weiterer Grund der höheren Lebensdauer und höheren Leis- tungsdichte, gegenüber anderen PEM-Brennstoffzellen, liegen auch in der Reinheit des zugeführten Wasserstoffes.
Grundlegend gilt, daß prozeßtech- nisch nur durch PEM-Elektrolyse die höchste Wasserstoff-Reinheit erzielt werden kann.
Unsere reversiblen PEM-Brennstoff- zellen fungieren auch als Elektroly- sator und generieren den Wasser- stoff und Sauerstoff aus mitgeführ- ten Prozeßwasser. Der Elektrolyse- vorgang wird durch externe Energie- zufuhr ausgelöst.
Die dabei entstehenden Prozeß- gase, Wasserstoff und Sauerstoff, werden in der Universalbatterie ge- speichert. Die Energiezufuhr kann aus Überschußenergie, Spitzen- energie, Bremsenergie oder ande- ren Energiequellen stammen.
Um das Batteriesystem, bestehend aus Brennstoffzelle, Gas- und Pro- zeßwasserspeicher, in ein ther- misches Gleichgewicht zu bringen, sind Adaptionen erforderlich, welche wir in dieser Beitragsreihe ebenfalls erläutern. Nachfolgend geben wir Einblicke in den Aufbau und zum Teststand der Systemkomponen- ten der Universalbatterie.
20 KW - Einheit der eigenentwickelten reversiblen PEM-Brennstoffzellen
100 KW - Dauertest der eigenentwickelten reversiblen PEM-Brennstoffzellen
20 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 3 - 2.Quartal 2019
Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
Die Wasserstoffmoleküle dissoziie- ren auf der Anodenseite und werden unter Abgabe von zwei Elektronen zu je zwei Protonen oxidiert. Diese Protonen diffundieren dann durch die Membran. Auf der Katodenseite wird der Sauerstoff durch die Elek- tronen reduziert, welche zuvor im
äußeren Stromkreis elektrische Energie abgegeben haben.
Zusammen mit den durch den Elektrolyt transportierten Protonen entsteht Wasser. Die elektrische Energie wird nutzbar, wenn Anode und Katode an den elektrischen Ver- braucher angeschlossen werden.
Vorbereitungen der 5 KW - Einheiten zurTestphase im 100 KW – Dauer-Teststand
Detailansicht der aneinandergereihten Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) der reversiblen 5 KW - PEM-Brennstoffzelle (mit Endplatten)
An dieser Stelle geben wir eine ver- einfachte Erläuterung zum Aufbau und zur Wirkungsweise der rever- siblen PEM-Brennstoffzelle.
Durch die Zuführung von Wasser- stoff (H2) und Sauerstoff (O2) wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Als Elektrolyt dient eine feste Poly- mer-Membran. Diese Polymer- Membran besteht beispielsweise aus Nafion, als sulfonierte Fluor- kohlenwasserstoffpolymere, welche teflonartig ist und als Nafion(R)- Membran von General Electric her- gestellt werden. Diese Membran ist nur wenige zehntel Millimeter dick.
Eine Untereinheit besteht aus einer Membran, die beiderseitig mit Platin als Katalysator beschichtet ist. Auf jeder Seite ist eine gasdurchlässige Elektrode angebracht, die mit dem Platin Kontakt hat.
Die Membran ist beidseitig mit einer katalytisch aktiven Elektrode be- schichtet. Das ist eine Mischung aus Kohlenstoff und einem Kata- lysator, oftmals Platin oder einem Gemisch, bestehend aus:
-Platin - Ruthenium, PtRu-Elektrode -Platin - Nickel, PtNi-Elektrode oder aus
-Platin - Cobalt, PtCo-Elektrode
Infolink: https://drive.google.com/file/d/1L1xdx3K4LY0pu8YGRp7Chljte8MfLnRA/view?usp=sharing
22 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 3 - 2.Quartal 2019
Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
Um zu verstehen, warum Wasser- stoff ein idealer Energieträger ist, haben wir die nebenstehende Abbil- dung erstellt.
Für die Beurteilung von Batterielö- sungen sind folgende Kriterien von hoher Relevanz:
- Masse - Kosten - Volumen - Aufladezeit - Lebensdauer - Energiedichte - Materialgiftigkeit - Recyclingkosten - Recyclingfähigkeit - Abhängigkeit zur Luft - Kapazitätsverlust im
Ruhezustand - Kapazitätsverlust im
Betriebszustand (Alterung) - Abhängigkeit zur
Umgebungstemperatur - Materialvorkommen
weltweit (aller Batterie- komponenten)
- Entwicklungspotential Untenstehende Abbildung zeigt den Vergleich von Lithium-Batterien zur Universalbatterie. Bei der Lithium- Batterie wurde die zum Stand der Technik 2019 verfügbare Lithium- Batterietechnik zugrunde gelegt. Auf der folgenden Seite 23 haben wir zur Lithium-Batterietechnik, mit Stand der Technik im Jahr 2019, wichtige
Zusammenhänge und Besonderhei- ten dargestellt.
Die Universalbatterie besteht aus einer funktionellen Einheit von PEM- Brennstoffzelle, dem Wasserstoff- Sauerstoffspeicher und einem Pro- zeßwasserspeicher. Der Wasser- stoffspeicher arbeitet auf Basis me- tallorganischer Gerüstverbindungen.
Die hohe Speicherfähigkeit der me- tallorganischer Gerüstverbindungen werden wir in dieser Beitragsreihe ebenfalls erläutern und Einblicke in den besonderen Speichermechanis- mus geben.
Um zu verstehen, warum die Lithium-
Batterien so schnell altern und die Speicherkapazität permanent sinkt, haben wir auf den beiden Folgesei- ten Aufbau und innere Vorgänge in der Lithium-Batterie dargestellt ….
Fortsetzung in nächster Ausgabe
____________________________________________
Fragen und Anregungen zu diesem Thema unter:
post@oberlausitzer-bergzeitung.de
24 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 3 - 2.Quartal 2019
Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
Ursachen von Alterung und Abnahme der Speicherkapazität bei Lithium-Batterien
Zur Wasserstoffspeicherung kom- men komplexe nanostrukturierte Verbindungen zum Einsatz, welche sich aus folgenden Stoffgruppen zu- sammen setzen:
1. metallische Verbindung 2. organische Verbindung Die metallischen Verbindungen, in Form von Oxiden, bestehen aus den Metallen:
- Zink (Zn) - Eisen (Fe) - Nickel (Ni) - Chrom (Cr) - Kobalt (Co) - Kupfer (Cu) - Mangan (Mn) - Vanadium (V) - Aluminium (Al) Die in vorangegangener 3.Ausgabe
vorgestellte Brennstoffzelle wird in diesem Beitrag mit Wasserstoff- speicher gekoppelt, um ein Batterie- system aufzubauen.
Jedes Speichermaterial hat, bezo- gen auf seine Masse, eine spezielle Energiedichte.
Selbst bei Erhöhung der Speicher- dichten in der Lithium-Technologie sind Speicherdichten von Wasser- stoff in MOF-Strukturen aus natur- physikalischen Gesetzmäßigkeiten nicht erreichbar.
Das als „MOF“ bezeichnete Spei- chermaterial kennzeichnet metall- organische Gerüstverbindungen (engl: Metal-Organic-Frameworks), welche durch eine hohe innere Oberfläche die Speicherung von Gasen ermöglicht. Speicherdichte und das Entwicklungspotential von Metal-Organic-Frameworks (MOF) sind gegenüber Metallhydriden we- sentlich höher.
Die Entscheidung für ein Energie- speichersystem ist von mehreren Faktoren abhängig, wie:
• Volumen
• Masse
• Kosten
• Wartung
• gespeicherte Energie
• Ladezyklenfestigkeit
• Entladezyklenfestigkeit
• Lebensdauer
• Giftigkeit
• Verfügbarkeit
Hinzu kommt das Einsatzgebiet des Energiespeichers, welches sich in stationäre- und in mobile Anwen- dungen einteilen läßt. Das Einsatz- gebiet grenzt die Auswahl der Ener- giespeicher ein, da Einflußfaktoren wie Umgebungstemperatur, Umge- bungsdruck und weiteren, die Leistungsfähigkeit bestimmen.
Die organischen Verbindungen be- stehen aus den Elementen:
- Sauerstoff (O) - Kohlenstoff (C) - Wasserstoff (H)
Untenstehende Abbildung zeigt im oberen Bereich das Metall Zink (rot dargestellt) mit angelagerten Sauer- stoffatomen (blaugrün dargestellt) als Gerüstelement und die Kohlen- stoffverbindung (grau dargestellt), welche synthetisiert wird (rechts oben).
Im unteren Bereich wird die aus erster Zeile entstandene Gerüstver- bindung mit weiteren Gerüstverbin- dungen synthetisiert, sodaß im Pro- zeßergebnis komplexe räumliche Strukturen: die metall-organische- Gerüstverbindung, entstehen.
Kontakt: post@oberlausitzer-bergzeitung.com
Dr. Karoly Dobos Frederic Sägner Sven Roggmann Andre Bräutigam
26 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 4 - 3.Quartal 2019 Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
Die anorganischen metallischen Ge- rüstverbindungen verankern die or- ganischen Verbindungen in einer Gerüststruktur zu einem mecha- nisch festen und porösen Material- gefüge mit sehr hoher innerer Oberfläche, um Änderungen von Temperatur und Druck, bei der Ein- und Auslagerung von Wasserstoff, zu erreichen.
Die wesentlichsten physikalischen Eigenschaften sind:
- Speichermenge von Wasserstoff im MOF-Material beim Volumen von 1 Liter MOF
- Speichermenge von Wasserstoff im MOF_Material bei einer Masse von 1 Kilogramm MOF
Für die Herstellung und Einsatz der Speichermaterialien sind die Verfüg- barkeit-, Beschaffungs- und Verar- beitungskosten der Materialien und der prozeßtechnische Aufwand zur Herstellung von Bedeutung.
Nachfolgend eine kleine Auswahl an MOF-Speichermaterialien, Bild- quelle BASF:
Auf der folgenden Seite ist das vereinfachte Funktionsbild zu se- hen, welches das Zusammenwir- ken von Brennstoffzelle mit dem MOF-Speicher veranschaulicht.
BET SA (m/g) Excess (wt%) Total (wt%) Total (g/L)
MOF-5 3800 7.1 9.6 63
MOF-177 4500 6.8 10.4 50
MOF-200 4530 6.9 14.0 36
MOF-205 4460 6.5 10.7 46
MOF-210 6240 7.9 15.0 44
UMCM-2 5200 6.5 11.0 50
NU-100 6143 9.0 14.1 41
Porösität und Wasserstoffaufnahme von metallorganischen Gerüstverbindungen
Wasserstoffaufnahme zinkbasierter Gerüstverbindungen beim Speicherdruck:
1 bar 20 bar 50 bar
Wasserstoffaufnahme in mg / g
0 5 10 15 20 Speicherdruck in Bar eines ausgewählten MOF-Materials
28 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 4 - 3.Quartal 2019 Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
Die auf vorangegangener Seite im vereinfachten Funktionsbild darge- stellte Brennstoffzelle mit Wasser- stoffspeicher, wurde stark verein- facht dargestellt, zum Schutz vor Nutzung unseres geistigen Eigen- tums und aller erarbeiteten prak- tischen Entwicklungsarbeiten..
So bilden die Wärmetauscher, mit dem integriertem Thermospeicher, eine Einheit mit der Brennstoffzelle.
Dies führt gegenüber derzeit beste- henden Lösungen mit Brennstoff- zellen zu einer erheblichen Reduk- tion von Volumen, Masse und Her- stellungskosten (Stand 2019).
Desweiteren resultiert aus dieser Lösung ein thermisches Gleich- gewicht, sodaß eine Ankopplung an externe Kühlsysteme nicht mehr er- forderlich ist. Dies führt zusätzlich zur erheblichen Reduktion von Volu- men, Masse und Herstellungskos- ten gegenüber bestehenden Lö- sungen mit Brennstoffzellen (Stand 2019). Bei externem thermischen Energiebedarf kann eine partielle Abgabe erfolgen.
Der MOF-Wasserstoffspeicher ver- fügt über maximalen Speicherinnen- druck von 20 Bar. Dies bedeutet, daß der Energiebedarf zur Speiche- rung des Wasserstoff wesentlich ge- ringer ist, gegenüber Flüssigwasser- stoff- oder Hochdruckwasserstoff- Speichersystemen
Durch den maximalen Speicher- druck von 20 Bar verringern sich die Gefahren des Berstens bei mecha- nischen Einflüssen und der Alterung des Speicherbehälter. Dies ist vor allem bei Anwendungen in mobilen Bereichen und in Wohngebäuden relevant.
Eine Vielzahl von MOF-Materialien, eignen sich zur Wasserstoffspeiche- rung, jedoch kommen den kupfer- und zinkbasierten MOF eine beson- dere Bedeutung zu.
Nach aktuellem Stand der Technik im Jahr 2019, haben vor allem die zink- und kupferbasierten MOF`s ein sehr hohes Entwicklungspotential, um die Speicherfähigkeit weiter zu erhöhen.
Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit der metallischen Ausgangsmateria- lien Zink und Kupfer optimal. Zink steht an 24.Stelle und Kupfer an 23.Stelle in Bezug auf das Vor- kommen in der Erdkruste.
Bei Kupfer sind aktuell weit über 3000 Fundorte und bei Zink über 30
vertraulicher Basis zur Verfügung.
Nach derzeitigem Stand der Technik 2019 sind verfügbare Energiespei- cher im Herstellungsprozeß zeit-, energie- und kostenintensiv, beste- hen aus toxischen Materialien und unterliegen einer kontinuierlichen Abnahme der Speicherkapazität durch Alterungseffekte.
Aufgrund der chemischen Zusam- mensetzung derzeit verfügbarer Energiespeicher ist die Aufnahme und Abgabe von Spitzenenergien über einen längeren Zeitraum nicht möglich, da eine Überhitzung zur Zerstörung der Speichermaterialien führt.
Desweiteren sind derzeit verfügbare Energiespeicher noch nicht vollum- fänglich für das intelligente Strom- netz (smart grid) oder dem Aufladen von Elektrofahrzeugen nutzbar.
Am Ende des Produkt-Lebenszyklus ist ein aufwendiger und kosten- intensiver Entsorgungsprozeß der Speichermaterialien erforderlich.
Eine Tiefentladung auf 0 % der Speicherkapazität, eine Überladung und die Abgabe von Wärmeenergie beim Lade- und Entladevorgang, ist bei derzeit am Markt verfügbaren Energiespeichern nicht möglich. Der steigende Bedarf an alterungsresis- tenten, umweltgerechten und intelli- genten Energiespeichern erfordert die Entwicklung und Herstellung an- Fundorte bekannt. Es ist an dieser
Stelle wichtig zu erwähnen, daß die Entwicklung von MOF-Materialien, zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff, am Anfang steht.
Eine Besonderheit, welche ebenfalls im vereinfachten Funktionsbild, aus vorangegangener Seite, nicht sicht- bar wird, betrifft das Speichersys- tem.
Es muß ohne zeitliche Begrenzung die Speicherung des Wasserstoff gewährleisten, wobei dieser nicht durch die Wandungen des Spei- cherbehälters diffundieren darf.
Auf Basis jahrelanger Arbeiten mit unterschiedlichsten Materialien und Materialgefügen, hat sich ein leich- tes kostengünstiges Material als das Geeignetste erwiesen.
Aus Gründen des Schutzes unseres geistigen und praktischen Eigen- tums, werden an dieser Stelle keine technischen Details veröffentlicht.
In einem speziellen vereinfachten Herstellungsverfahren, lassen sich hohe Stückzahlen an Behältern mit unterschiedlichen Innenvolumen herstellen.
Dafür verfügt Radio Oberlausitz In- ternational im Bereich Energie, über Spezialwissen und Fertigkeiten zum Herstellungsprozesse, welche die zuverlässige Entwicklung und Pro- duktion der MOF-Speicher ermög- lichen.
Bei Interesse an einer Entwicklung und Herstellung von anwendungs- spezifischen Lösungen stehen wir
Zink
Kupfer
Quelle: Wikipedia (Stand 2019)
Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 4 - 3.Quartal 2019 29
Energiespeicherung und Energieab-gabe folgende Vorteile:
[1]
Der Vorteil ergibt sich sich aus der mechanisch geschlossenen Bau- weise des Gerätes mit der Funktionalität zur Umwandlung elektrischer Energie und im Gerät gespeicherten Prozeßwasser in gasförmigen Wasserstoff und gas- förmigen Sauerstoff, durch die re- versibel arbeitende Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle, bei gleichzeitiger Speicherung des erzeugten Wasserstoff und erzeug- ten Sauerstoff und mit der Funktio- nalität zur Rück-Umwandlung des gespeicherten Wasserstoff und gespeicherten Sauerstoff, durch die gleiche im Gerät vorhandene rever- sibel arbeitende Proton-Austausch- Membran-Brennstoffzelle, in elek- trische Energie und Wasser, in ein und dem gleichen Gerät.
[2]
Der Vorteil ergibt sich aus der vollständigen Unabhängigkeit zur Umgebungstemperatur des Gerätes mit der Funktionalität zur Umwand- lung elektrischer Energie und im Gerät gespeicherten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, durch die reversibel arbeitende Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle, bei gleichzeitiger Speicherung des erzeugten Wasserstoff und erzeugten Sauerstoff und mit der Funktionalität zur Rück-Umwand- lung des gespeicherten Wasserstoff und gespeicherten Sauerstoff, durch die gleiche im Gerät vorhandene reversibel arbeitende Proton-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle, in elektrische Energie und Wasser, in ein und dem gleichen Gerät.
[3]
Der Vorteil ergibt sich aus der vollständigen Unabhängigkeit zur Umgebungsluft des Gerätes mit der Funktionalität zur Umwandlung elektrischer Energie und im Gerät gespeicherten Wasser in Wasser- stoff und Sauerstoff, durch die re- versibel arbeitende Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle, bei gleichzeitiger Speicherung des erzeugten Wasserstoff und erzeug- ten Sauerstoff und mit der Funk- tionalität zur Rück-Umwandlung des gespeicherten Wasserstoff und gespeicherten Sauerstoff, durch die gleiche im Gerät vorhandene rever- sibel arbeitende Proton-Austausch- wendungssorientierter Speichersys-
teme. Die eingesetzten Materialien zur Energieaufnahme, Energiespei- cherung und Energieabgabe ent- scheiden wesentlich über Her- stellungskosten, Güte, Lebens- dauer, Umweltverträglichkeit und Einsatzvielfalt.
Der Markt für stationäre Energie- speicher teilt sich in netzgekoppelte und netzentkoppelte Anwendungen.
Die Nutzbarkeit von Energiequellen mit unzyklischen Energiespitzen treiben die Nachfrage zu Energie- speichern mit zunehmender Kapazi- tät und Stückzahl an – ein Wachs- tumsmarkt.
Energiespeicher mit variablen Leis- tungsklassen, Schnellstartfähigkeit, Langlebigkeit, Aufnahme und Ab- gabe von Energiespitzen, smart- grid-Funktion, eine vollständige Recyclingfähigkeit kurze Liefer- zeiten mit niedrigem Preisniveau sind wesentlich, damit sich eine Energiespeichertechnologie durch- setzen kann.
Zusammenfassend möchten wir an dieser Stelle eine Systembeschrei- bung geben, welche in Modulbau- weise eine universelle Batterie, als Energiespeicher, aus Brennstoff- zelle und Wasserstoffspeicher er- möglicht.
Anstelle der Begrifflichkeiten wie Batterie oder Energiespeicher, wird nachfolgend die Bezeichnung Gerät verwendet.
Mit dem Gerät zur Aufnahme und Abgabe elektrischer Energie durch reversible Umwandlung elektrischer Energie und Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, mit Speicherung von Wasserstoff, mit Speicherung von Sauerstoff und mit Speicherung von Wasser in thermisch und mecha- nisch geschlossener Bauweise, ist die Aufnahme und Abgabe elek- trischer Energie durch Umwandlung elektrischer Energie und Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff und um- gekehrt, in einem mechanisch ge- schlossenen, thermisch isoliert auf- gebauten Gerät, mit Unabhängig- keit zur Umgebungstemperatur und Unabhängigkeit zur Umgebungsluft und höherer Energiespeicherdich- te, im Verhältnis zum Systemge- wicht und zum Systemvolumen, ge- genüber derzeit verfügbaren Ener- giespeichern, realisierbar.
Es ergeben sich aus dem Gerät zur
Membran-Brennstoffzelle, in elek- trische Energie und im Gerät ge- speicherten Wasser, in ein und dem gleichen Gerät.
[4]
Der Vorteil ergibt sich aus dem integrierten Brandschutzsystem des Gerätes, mittels innerhalb des Ge- rätes mitgeführten gespeicherten Stickstoff zur Sauerstoffverdrän- gung bei Brandgefahr oder Brand- entstehung.
[5]
Der Vorteil ergibt sich aus der Speicherung des von der reversi- blen Protonen-Austausch-Mem- bran-Brennstoffzelle produzierten Wasserstoff in Metall-Organischen- Gerüstverbindungen (eng: MOF:
Metall-Organic-Frameworks) in einem mechanisch geschlossenem Behälter, welcher von flüssigem Sauerstoff umgeben und um- schlossen ist und sich innerhalb des Gerätes befindet.
[6]
Der Vorteil ergibt sich aus der Speicherung des von der rever- siblen Protonen-Austausch-Mem- bran-Brennstoffzelle produzierten gasförmigen Wasserstoffes in Grafit-Nano-Faserstrukturen (engl:
CNT: Carbon-Nanotube-Structures)
in einem mechanisch
geschlossenem Behälter, welcher von flüssigem Sauerstoff umgeben und umschlossen ist und sich innerhalb des Gerätes befindet.
[7]
Der Vorteil ergibt sich auf das im Gerät, in einem Behälter gespei- cherten Prozeßwassers, welches durch Zuführung elektrischer Ener- gie an die reversible Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und gespeichert wird und in der Um- kehrung durch Zuführung des in dem gleichen Gerät gespeicherten Wasserstoff und Sauerstoff durch die reversible Protonen-Austausch- Membran-Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie und Wasser umgewandelt wird und als ge- schlossener Prozeßwasser-Kreis- lauf fungiert.
In der nachfolgender vereinfachten Erläuterung, zum Aufbau und Wir- kungsweise unseres Energiespei- chersystems, wird der Batterie- Begriff zur Vereinfachung, als Gerät bezeichnet. Geltende technische
30 Oberlausitzer Bergzeitung Ausgabe 4 - 3.Quartal 2019 Innovativ – Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher
tausch-Membran-Brennstoffzelle hat auch die Funktion Wasserstoff und Sauerstoff wieder in elektrische Energie und Wasser umzuwandeln.
Die im Betriebszustand entstehende thermische Energie gibt die Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle, über den Wärmetauscher, an den Wasserstoff und Sauerstoff ab, welcher von der Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle im Betriebszustand vorge- wärmt benötigt wird.
Der Wärmetauscher ist thermisch nach aussen isoliert, beinhaltet wärmespeichernde Materialien und bildet mit dem Speicher für Wasserstoff und Sauerstoff einen thermisch geschlossenen Kreislauf.
Durch die Wärmespeicherung im Wärmetauscher ist die Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle in der Lage einen Schnellstart zu realisieren und im Anforderungs- fall auch Energiespitzen abzugeben.
Zwischen dem Wärmebedarf des vorzuwärmenden Wasserstoff und des vorzuwärmenden Sauerstoff UND dem abzuführenden Wärme- überschuss der Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle besteht ein funktioneller Zu- sammenhang, welcher zu einem thermischen Gleichgewicht führt und keine externe Wärmezufuhr oder externe Wärmeabgabe, durch Kühlung, erfordert.
Durch den von der Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle erzeugten reinen Sauerstoff ist keine Zuführung von externer ge- reinigter Umgebungsluft an die Pro- tonen-Austausch-Membran- Brenn- stoffzelle erforderlich, sodass auch keine Fremdpartikel, keine Fein- staubpartikel und auch keine schä- digende Gasbestandteile in die Pro- ton-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle gelangen.
Durch den von der Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle er- zeugten reinen Sauerstoff, mit dessen Speicherung, ist ein höchst- möglicher Energieumsatz in der Proton-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle gewährleistet, da die Kon- zentration des Sauerstoffgehaltes, gegenüber angesaugter Umge- bungsluft, höher und kontinuierlicher ist. Dadurch erhöht sich die Lebens- dauer der Protonen-Austausch- Membran-Brennstoffzelle erheblich.
Normen und Richtlinien, zum Auf- bau und Betrieb, reichen wir bei entsprechender Rückfrage.
Außengehäuse:
Das Außengehäuse des Gerätes ist als Schutzgehäuse den geo- metrisch-konstruktiven Anforderun- gen der mobilen und stationären Verkehrs-, Energie- und Gebäude- Systeme adaptierbar. Die Gehäu- seform des Gerätes ist variabel und ist in Quader-, Torus-, Zylinder- oder unregelmässiger Form aus- führbar. Das Außengehäuse, als Schutzgehäuse, beinhaltet die re- versible Protonen-Austausch-Mem- bran-Brennstoffzelle, den Wärme- tauscher, die Steuereinheit, den Wasserbehälter, den Wasserstoff-, den Sauerstoff- und den Stickstoff- speicher.
Die Außenwandung des Gerätes ist thermisch und mechanisch so ausgeführt, dass sich die innerhalb des Gerätes befindlichen Teile von äußeren thermischen und mecha- nischen entkoppelt sind. Zum Aufbau einer gewichtsreduzierten, dünnwandig, geschichteten und kosteneffizienten thermischen Iso- lation, eignen sich folgende Mate- rialien:
• Wärmeleitfähigkeit von Vakuumdammplatten:
0,01 W·m-1·K-1
• Wärmeleitfähigkeit von Aerogel: 0,02 W·m-1·K-1
• Wärmeleitfähigkeit von Polyurethanschaum:
0,03 W·m-1·K-1
• Wärmeleitfähigkeit von Schaumglas:
0,05 W·m-1·K-1 Brennstoffzelle:
Innerhalb des thermisch isolierten Gehäuses befindet sich die reversibel arbeitende Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle, welche elektrische Energie und gespeichertes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff wandelt.
Der so gewonnene Wasserstoff und Sauerstoff ist derart rein, dass keine nachgelagerte Gasreinigung erfor- derlich ist und eine unmittelbare Speicherung ermöglicht.
Die Reinheit des Wasserstoff und Sauerstoff durch die Protonen-Aus-
Flüssiggasbehälter(LOX)
Der Flüssigsauerstoffspeicher (LOX) dient zur Speicherung von flüssigem Sauerstoff, dessen Auf- nahmevolumen von der Energie- speichermenge abhängig ist. Das Verhältnis zwischen gespeicherter Menge von Sauerstoff zu Wasser- stoff beträgt 1 : 2. Der Flüssig- sauerstoff dient als Reaktionsför- derer zur Erhöhung der Energieaus- beute und wird in expandierter, vorgewärmter und strömungsge- regelter Form der reversiblen Protonen-Austausch-Membran- Brennstoffzelle zugeführt. Die erforderliche thermische Energie, zur Vorwärmung des Sauerstoffes, entstammt der reversiblen Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle.
Die externe Befüllung mit Flüssig- Sauerstoff und/oder das Ablassen des Flüssig-Sauerstoffes erfolgt über ein Ventil und Strömungs- regler. Weiterhin ist der Flüssig- sauerstoffspeicher sicherheitstech- nisch mit Überdruckventilen und Temperatur-, Gas- und Druck-Sen- soren ausgeführt.
Flüssiggasbehälter (LN)
Der Flüssigstickstoffbehälter (LN) schliesst sich formschlüssig direkt an die thermisch leitende Wandung zum Flüssigsauerstoff (LOX) nach innen an. Der Flüssigstickstoff wird strömungsgeregelt in der statio- nären- oder mobilen Nutzung, bedarfsorientiert einem internen und externen automatischen Brand- schutzsystem zugeführt. Aufnahme und Abgabe des Flüssigstickstoff (LN) erfolgt über ein in Reihe geschaltetes Ventil mit Strömungs- regler. Der Flüssigstickstoffspeicher ist sicherheitstechnisch mit Über- druckventilen und Temperatur-, Gas- und Druck-Sensoren verse- hen. Der Flüssigstickstoffbehälter (LN) ist mit einer Wandung aus thermisch isolierendem und mecha- nisch beständigem Material um- schlossen.
Wasserstoffspeicher:
Der Wasserstoffspeicher befindet sich innerhalb des Flüssigsauer- stoffspeichers und wird dadurch thermisch vollständig umschlossen.
Der Wasserstoffbehälter befindet
aus einem thermisch isolierten geschlossenen Behälter, welcher di- rekt an der reversiblen Protonen- Austausch-Membran-Brennstoff- zelle angeschlossen ist. Das bei der elektrischen Energieaufnahme von der reversible Protonen-Austausch- Membran-Brennstoffzelle benötigte Wasser wird vom Wasserbehälter direkt der Protonen-Austausch- Membran-Brennstoffzelle zugeführt und daraus der Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt und gespeichert.
Der bei der elektrischen Energie- abgabe von der reversible Proto- nen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle benötigte Wasserstoff und Sauerstoff wird über den Wärme- tauscher vom Wasserstoff- und Sauerstoffbehälter direkt der Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle zugeführt und daraus elektrische Energie und Wasser erzeugt.
Wärmetauscher:
Der Wärmetauscher besteht aus einem thermisch isolierten ge- schlossenen Behälter, welcher di- rekt am geschlossenen Kühlkreis- lauf der reversiblen Protonen-Aus- tausch-Membran-Brennstoffzelle angeschlossen, mit einem Kühlme- diumeintritt und einem Kühl- mediumaustritt. Im Wärmetauscher sich innerhalb des Flüssigstickstoff-
speichers (LN) und Flüssigsauer- stoffspeichers (LOX). Der Behälter des Wasserstoffspeichers besteht aus Aluminiumverbindungen.
Innerhalb des Wasserstoffspeichers befindet sich ein Druck bis maximal 20 Bar und wird dem erforderlichen Eingangsdruck der reversiblen Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle über Druck- und Strö- mungsregler angepasst.
Jeder Wasserstoffspeicher ist mit einem Sicherheits- und Strömungs- regelventil versehen und enthält Temperatur-, Gas- und Drucksenso- ren.
Die externe Befüllung und/oder das Ablassen des gasförmigen Wasser- stoff erfolgt über en hintereinander geschaltete Ventil- und Strömungs- regler. Desweiteren ist der Wasser- stoffspeicher sicherheitstechnisch mit Überdruckventilen und homogen verteilten Temperatur-, Gas- und Druck-Sensoren versehen.
Steuereinheit:
In der Steuereinheit werden alle erforderlichen Meßwerte erfasst, alle erforderlichen Prozesse gesteu- ert und geregelt. Dabei werden aus sicherheitsrelevanten Gründen alle Ventile und Strömungsregler nach Prioritäten und Sicherheitsanfor- derungen gesteuert.
Die Meßwerte aller Spannungs-, Strom-, Temperatur-, Gasströ- mungs- und Gasdrucksensoren werden in einem nichtflüchtigen Speicher erfasst und aus deren Ableitung erforderliche Steuerfunk- tionen ermittelt. Die Steuer-Einheit ist redundant aufgebaut.
Eine mechanisch geschützte Schnitt-stelle ermöglicht die Fernwirk-barkeit, den Datentransfer und die externe Steuerung für den Betriebs- und Wartungszustand.
Die Steuereinheit hat auch die Funktion eines Unfallschreibers und ist daher explosions- und brandsicher im Gerät integriert.
Prozeßwasserspeicher:
Der Prozeßwasserspeicher besteht
diumeintritt und einem Kühl- mediumaustritt. Im Wärmetauscher befinden sich wärmespeichernde Materialstrukturen, um die ther- mische Energie, welche die Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle an den Wärmetauscher abgibt, zu speichern.
Die wärmespeichernden Material- strukturen liegen zur optimalen Wärmeübertragung formschlüssig am innenliegenden Aufbau des Wärmetauschers an und umgeben alle mediendurchströmten Kom- ponenten.
Der Wärmetauscher beinhaltet auch ein geschlossenes Rohrsystem, durch welches der Wasserstoff vom Wasserstoffspeicherbehälter zur Protonen-Austausch-Membran- Brennstoffzelle strömt und beim Durchgang durch den Wärmetau- scher vorgewärmt wird.
Der Wärmetauscher beinhaltet auch ein geschlossenes Rohrsystem, durch welches der Sauerstoff vom Sauerstoffspeicherbehälter zur Pro- tonen-Austausch-Membran-Brenn- stoffzelle strömt und beim Durch- gang durch den Wärmetauscher vorgewärmt wird.
Fortsetzung in nächster Ausgabe
Kontakt: post@oberlausitzer-bergzeitung.com
Lastenheft
Stationärer Energiespeicher
Version Erstellt
001_2019 © ROI
Bearbeiter © ROI
Stand 29.01.2019
1 [50]
Lastenheft
Stationärer 500 MWh - Energiespeicher zur Auf- nahme und Abgabe unzyklischer und zyklischer Energieverläufe für dezentrale und zentrale
Anwendungen
Datum Bearbeiter Abschnitt Inhalt der Änderung
29.01.2019 © ROI Gesamt Erstellung Lastenheft auf Basis Pflichtenheft
3 [50]
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 6
2 Zielstellung 6
2.1 Markt 6
2.2 Verwendung 6
2.3 Auftraggeber 7
2.4 Dokumente 7
2.5 Auftragnehmer © ROI 7
3 Anlagenanforderungen 7
3.10 Normen, Richtlinien, Empfehlungen 7
3.11 Bauart und Bauform 8
3.12 Standsicherheit 9
3.13 Masse 9
3.14 Störgrössenschutz 9
3.15 Einsatzbedingungen 9
3.16 Energiespeicher-Leistungsklassen 11
3.17 Energiespeicher-Formfaktoren 11
3.18 Energiespeicher-Durchsatz 11
3.19 Ableitung Alterungseigenschaften aus Lade- und Entladevorgang 11
3.20 Anlagenaufbau und Teilkomponenten 12
3.21 Ausbaustufen 12
3.22 MMI – Mensch-Maschine-Interface / Bedienoberfläche 12
3.23 Schnittstellen 12
3.24 Kennzeichnung und Beschilderung von Kabel-, Verbindungs- und Steuerleitungen 14
3.25 Schutz- und Sicherheitseinrichtung 14
3.26 Erdung und Potentialausgleich 14
3.27 Wärmeabgabe 15
3.28 Konfigurationsmanagement und Versionspflege 15
3.29 Betriebs-, Prozess- und Produktdaten 15
3.30 Wartung und Instandhaltung 16
3.31 Lebensdauer und Ausfallsicherheit der Anlagenkomponenten 16
3.32 Energieeffizienz und Umweltanforderungen 17
3.33 Sicherheit 17
3.34 Anlagenzubehör 19
3.35 Verfügbarkeit der Anlagenteile 19
4 EZF – Energiezufuhr und Netzkopplung 19
4.10 Aufgabe 19
4.11 Aufbau 20
4.12 Bauart und Bauform 23
4.13 Temperaturbereich 24
4.14 Integration der EZF im Anlagenfeld 24
4.15 MMI – Mensch-Maschine-Interface / Bedienoberfläche 24
4.16 Netzwerkintegration 24
4.17 Schnittstellen 24
4.19 Betriebsarten 26
4.20 Parameter der Energiezufuhr 26
4.21 Netzkopplung 26
4.22 Signalisierung 26
4.23 Diagnosefunktion 27
4.24 Zwischenspeicher 27
4.25 Betriebsdaten 27
4.26 Befehlssteuerung 28
4.27 Schutz- und Sicherheit 28
5 ZSE – Zentrale Steuereinheit 28
5.10 Aufgabe 28
5.11 Aufbau 29
5.12 Bauart und Bauform 29
5.13 Temperaturbereich 30
5.14 Integration der ZSE im Anlagenfeld 30
5.15 Bedienoberfläche 30
5.16 Netzwerkintegration 30
5.17 Schnittstellen 30
5.18 Kühlsystem 31
5.19 Betriebsarten 31
5.20 Parameter der ZSE 32
5.21 Befehlssteuerung 33
5.22 Unterbrechungsfreie Stromversorgung 33
5.23 Signalisierung 33
5.24 Diagnosefunktion 34
5.25 Daten-Speicher 34
5.26 Betriebsdaten 34
5.27 Fremd-Messdaten 34
5.28 Schutz- und Sicherheit 34
6 ZPS – Zentrale Pufferstation 35
6.10 Aufgabe 35
6.11 Aufbau 35
6.12 Bauart und Bauform 36
6.13 Temperaturbereich 36
6.14 Integration der ZPS im Anlagenfeld 36
6.15 Bedienoberfläche 36
6.16 Netzwerkintegration 36
6.17 Schnittstellen 37
6.18 Kühlsystem 37
6.19 Betriebsarten 37
6.20 Parameter der ZPS 38
6.21 Unterbrechungsfreie Stromversorgung 38
6.22 Signalisierung 38
6.23 Diagnosefunktion 38
6.24 Datenspeicher 38
6.25 Betriebsdaten 39
6.26 Befehlssteuerung 39
6.27 Schutz- und Sicherheit 40
5 [50]
7 RES – Reversible Energiespeicher 40
7.10 Aufgabe 40
7.11 Aufbau 40
7.12 Bauart und Bauform 41
7.13 Temperaturbereich 41
7.14 Integration der RES im Anlagenfeld 41
7.15 Bedienoberfläche 41
7.16 Netzwerkintegration 41
7.17 Schnittstellen 41
7.18 Kühlsystem 42
7.19 Betriebsarten 42
7.20 Parameter der RES 42
7.21 Befehlssteuerung 44
7.22 Unterbrechungsfreie Stromversorgung 44
7.23 Signalisierung 44
7.24 Diagnosefunktion 44
7.25 Daten-Speicher 45
7.26 Betriebsdaten 45
7.27 Betriebsvarianten 45
7.28 RES-Prozes-Messdaten 45
7.29 Schutz- und Sicherheit 46
8 Service 46
8.10 Dokumentation 46
8.11 Schulung 47
8.12 Montage 47
8.13 Erstinbetriebnahme 47
8.14 Probebetrieb bei Abnahme 47
8.15 Instandhaltung 48
8.16 Softwarepflege 48
8.17 Gewährleistung 48
8.18 Ersatzteile 48
8.19 Qualitätsanforderungen 48
9 Projektabwicklung 49
9.1 Projektorganisation 49
9.2 Projektdurchführung 49
10 Anhang 49
Anlage 1: Pflichtenheft 49
Anlage 2: Blockbild stationärer Energiespeicher 49
Anlage 3: Kostenplanung und Beschaffung 49
Anlage 4: 49
Anlage 5: 49
Nach derzeitigem Stand der Technik sind verfügbare stationäre Energiespeicher im Herstellungsprozess zeit-, energie- und kostenintensiv, bestehen aus toxischen Materialien und unterliegen einer kontinuierlichen Abnahme der Speicherkapazität durch Alterungseffekte.
Derzeit am Markt verfügbare Speicherlösungen weisen ein unrentables Gewicht und ein extrem hohes Volumen in Bezug auf die Menge an gespeicherter Energie auf, sodaß die Errichtung, Betrieb und Service zu hohem Dauerkostenfaktor führt, welches die Rentabilität des Produktes Energie am Markt unwirtschaftlich und unbezahlbar macht.
Aufgrund chemischer Zusammensetzung derzeit verfügbarer Energiespeicher-Technologien ist die Aufnahme und Abgabe von Spitzenenergien über einen längeren Zeitraum nicht möglich, da eine Überhitzung zur Zerstörung der Speichermaterialien führt.
Desweiteren sind derzeit verfügbare stationäre Energiespeicher noch nicht vollumfänglich für das intelligente Stromnetz (smart grid) oder dem Aufladen von Elektrofahrzeugen nutzbar. Am Ende des Produkt-Lebenszyklus ist ein aufwändiger und kostenintensiver Entsorgungsprozess der Speicher- materialien erforderlich. Eine Tiefentladung auf 0 % Speicherkapazität, eine Überladung und die Abgabe von Wärmeenergie beim Lade- und Entaldevorgang, ist bei derzeit am Markt verfügbaren Energiespeichern nicht möglich.
Steigender Bedarf an alterungsresistenten, umweltgerechten und intelligenten Energiespeichern erfordert die Entwicklung und Herstellung anwendungssorientierter Speichersysteme. Die eingesetzten Materialien zur Energieaufnahme, Energiespeicherung und Energieabgabe entscheiden wesentlich über Herstellungskosten, Güte, Lebensdauer, Umweltverträglichkeit und Einsatzvielfalt.
Dieses Lastenheft berücksichtigt die Anforderungen an stationäre Energiespeicher-Lösungen zur Aufnahme und Abgabe unzyklischer und zyklischer Energie mit Energiespitzen. Dieses Lastenheft beschreibt einen stationären Energiespeicher, welcher durch Netzkopplung zur Aufnahme und Abruf von unzyklischer Netzenergie (Spitzen und Kontinous) einsetzbar ist, dem Energieversorger als intelligentes Stromnetz (smart grid) zur Verfügung steht, dezentral und zentral erzeugte elektrische Energie speichert und abgibt.
Dieser stationäre modular aufgebaute Energiespeicher ermöglicht, die Versorgung von stationären Elektroenergieverbrauchern und Elektrofahrzeuge.
Fortlaufende Verbesserungen der Schlüsselkomponenten, in Bezug auf Sicherheit, Alterung, Energiedichte, Funktionalität der Reversibilität, Leistungsdichte, Teillastfähigkeit, Schnellstartfähigkeit und modulare Leistungsklassen, ermöglichen die in diesem Lastenheft beschriebene Lösung.
2 Zielstellung
2.1 Markt
Der Markt für stationäre Energiespeicher teilt sich in netzgekoppelte und netzentkoppelte Anwendungen.
Die Nutzbarkeit von Energiequellen mit unzyklischen Energiespitzen treiben die Nachfrage zu Energiespeichern mit zunehmender Kapazität und Stückzahl an – ein Wachstumsmarkt.
Dieser Energiespeicher soll als exemplarische 500 MWh-Demonstartionsanlage zum serienhaften Aufbau und Betrieb von 1 GWh - Energiespeichern dienen.
Hersteller von stationären Energiespeichern stammen aus der Energieindustrie, der Gebäudetechnik, der Kommunikation und Sicherheitstechnik. Diese benötigen Energiespeicher mit variablen Leistungs- klassen, Schnellstartfähigkeit, Langlebigkeit, Aufnahme und Abgabe von Energiespitzen, smart-grid- Funktion, bei kurzen Lieferzeiten mit niedrigem Preisniveau.
7 [50]
2.2 Verwendung
Der stationäre Energiespeicher dient der Aufnahme und Abgabe unzyklischer und zyklischer Energieverläufe und Energiespitzen mit oder ohne Kopplung an das Energieversorgungsnetz.
Stationäre Energiespeicher werden im Wesentlichen für folgende Anwendungen benötigt:
- Meliorations- und geophysikalische Systeme und Anlagen - Aufnahme und Abgabe wasserkraftelektrischer Energie - Aufnahme und Abgabe windkraftelektrischer Energie - Aufnahme und Abgabe BHKW-elektrischer Energie - Aufnahme und Abgabe solarelektrischer Energie - Zwischenspeicherung unzyklischer Energiespitzen - Bergwerks-, Meteorologie- und Kraftwerkstechnik - Energiepufferung in Netzversorgungsanlagen - Energieabgabe unzyklischer Energiespitzen - Anlagen der Gebäudeenergieversorgung - unterbrechungsfreie Stromversorgung - Telekommunikations- und IT-Anlagen - Ladesystem für Elektrofahrzeuge - Netzenergiepuffer (Smart Grid) - Notstromversorgungsanlagen
2.3 Auftraggeber
Auftraggeber sind Betreiber und Nutzer von energieversorgungstechnischen Anlagen und Produkten.
2.4 Dokumente des Auftraggebers
Allgemeine Vorgaben zur Speicherung elektrischer Energie von 500 MWh mit und ohne Netzkopplung.
Allgemeine Vorgaben zur Abgabe elektrischer Energie von 500 MWh mit und ohne Netzkopplung.
2.5 Auftragnehmer
Auftragnehmer ist die Projekgruppe © ROI.
3 Anlagenanforderungen
3.10 Normen, Richtlinien, Empfehlungen
Zum Zeitpunkt der Erstellung des Lastenheftes gelten folgende einzuhaltende Normen und Richtlinien:
- Produktnorm DIN 41494, EIA310-D, IEC60297 Bauweise
- Produktnorm DIN EN 60529 (VDE 0470-1) Schutzarten durch Gehäuse - Produktnorm EN 60950 Einrichtungen der Informationstechnik – Sicherheit - Produktnorm EN 61326-1 Elektrische Mess- Steuer- Regel- und Laborgeräte
- Produktnorm EN 61326-2-3 Elektrische Mess- Steuer- Regel- und Laborgeräte – Messgrößenumformer
- Produktnorm GL 2003 VI Part 7 Prüfanforderungen an elektrische/elektronische Geräte und Systeme - Produktnorm EN 55022 Einrichtungen der Informationstechnik, Funkstöreigenschaften – Grenzwerte
und Messverfahren - DIN EN 1089 Kennzeichnung von Gasbehältern
- DIN 477 Gasbehälterventile, Ventileingangs- und Ventilausgangs- Anschlüsse - TRG 280 Betrieb von Druckgasbehälter
- DIN EN ISO 2151 Akustik - Geräuschmessnorm für Kompressoren und Vakuumpumpe
- DIN EN 62282-3-100 (VDE 0130-3-100) Stationäre Brennstoffzellen-Energiesysteme-Sicherheit - IEC / TC105 Brennstoffzellentechnologie
- IEC 61850 Übertragungsprotokoll für die Schutz- und Leittechnik in elektrischen Schaltanlagen - DIN EN 50438 Anforderungen für den Anschluß von Kleingeneratoren an das öffentliche
Niederspannungsnetz
- DIN CLC/TS 50549 Anforderungen für den Anschluss von Stromerzeugungsanlagen über 16 A je Phase an das Niederspannungsverteilungsnetz
- IEEE 1547 Netzanschluß verteilter Erzeugungsanlagen mit dem Elektrizitätsversorgungsnetz - DIN EN 62040-3 Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
- DIN VDE 0100 Errichtung von Starkstromanlagen und Niederspannungsanlagen, Schutzmassnahmen - DIN 18012 Haus- Anschlusseinrichtungen in Gebäude, Raum- u.Flächenbedarf Planungsgrundlage - DIN 2403 Kennzeichnung von Rohrleitungen nach dem Durchflussstoff
- DIN 3179-1 Einteilung von Atemgeräten; Übersicht - DIN 4066 Hinweisschilder für die Feuerwehr - DIN 14 406-4 Tragbare Feuerlöscher; Instandhaltung - DIN EN 3 Tragbare Feuerlöscher
- DIN 14 497 Kleinlöschanlagen; Anforderung, Prüfung - DIN 14 675 Brandmeldeanlagen; Aufbau und Betrieb - DIN 33 404 Gefahrensignale für Arbeitsstätten
- DIN EN 54 Bestandteile automatischer Brandmeldeanlagen
- DIN VDE 0833 Teil 1 Gefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch u. Überfall; Teil 1: Allg.Festlegungen - BGR 134 Einsatz von Feuerlöschanlagen mit sauerstoffverdrängenden Gasen
- DIN EN 3 Löschmittel Brandklasse D - Kennbuchstabe PM: Pulverlöscher für Brände von Metallen Im gesamten räumlichen Umfeld des stationären Energiespeichers, als auch unmittelbar über und/oder an dem stationären Energiespeicher darf keine Sprinkleranlage installiert und betriebsfähig sein.
3.11 Bauart und Bauform
Alle Teilkomponenten sind im Gehäusestandard kompatibel, modular, skalierbar und in vertikaler Bau- form aufzubauen. Der Neigungswinkel darf 2° nicht überschreiten. Die Vorschriften des EX-Protected sind zu gewährleisten. Alle Teilkomponenten sind in transportablen Standard-Containern zu integrieren.
- Schrank- und Container-Bauweise in geschlossener Bauform bei minimalem Platzbedarf - Platzbedarf je Anlagenkomponente ist minimal und servicefreundlich zu halten
- Gewicht je Anlagenkomponente ist minimal zu halten
- Erweiterbarkeit aller Teilanlagen, bei Einhaltung ausreichender Entwärmung, ist zu gewährleisten - Fachböden zur Brennstoffzellaufnahme ausziehbar mit Teleskopschienenführung
- Transportösen (Kranösen) in den Eckbereichen aller Gehäuse vormontiert - Mindest-Schutzgrad IP55 und besser
- verschliessbare Vordertür (mit innenliegender Gummierdichtung) - Oberflächen sind korrsiongeschützt auszuführen
- Ausgasungen gasführender Anlagensysteme durch Deckenabsaugung - Kabelsystem-Zuführung für Energie, Steuerung über Bodenzuführung - Kabelrangierbügel
- Kabelabfangschiene
