TY - THES

T1 - Modellierung einer Power-to-Gas-(to-Power)-Anlage auf Basis einer RSOC mit Ebsilon® Professional

AU - Spath, Simon

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die Einbindung fluktuierender erneuerbarer Energieträger schafft vielseitige Herausforderungen für das Stromnetz. Erhöhte Energiespeicherkapazitäten könnten eine zunehmende Integration erneuerbarer Energien erleichtern. Power-to-Gas-Anlagen stellen eine mögliche Option hierfür dar, indem sie überschüssigen Strom zur elektrochemischen Gewinnung von Brenngasen (meist Wasserstoff) nutzen. Diese können gespeichert und gegebenenfalls wieder rückverstromt werden (Power-to-Gas-to-Power). Dadurch ist sowohl eine kurzfristige Stabilisierung der Stromnetze als auch eine langfristige Speicherung überschüssiger elektrischer Energie möglich. PtG-Konzepte auf Basis von Reversiblen Festoxidzellen (RSOC) sind dabei besonders vielversprechend. Sie weisen theoretisch die höchsten Wirkungsgrade auf und ermöglichen Elektrolyse-und Brennstoffzellenbetrieb mit derselben elektrochemischen Zelle. Allerdings befinden sich die Zellen und ihre Einbindung in eine Gesamtanlage noch im Entwicklungsstadium. Ziel der Arbeit ist einerseits die Entwicklung eines elektrochemischen Modells einer RSOC, andererseits die Einbindung dieses Modells in die Modellierung einer Gesamtanlage inklusive Balance of Plant. Das RSOC-Modell erlaubt es dabei eine RSOC-Zelle zu dimensionieren (Zellfläche) bzw. Aufbau (Anzahl Einzelzellen) und Anzahl benötigter RSOC-Stacks zu ermitteln, sowie Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb in Teillast abzubilden. Dabei kann auch der Betrieb der Zellen mit unterschiedlichen Brenngasen simuliert werden. Die gesamte Modellierung erfolgt mithilfe der Simulationssoftware EBSILON® Professional. Abschließend werden wichtige Ergebnisse, wie beispielsweise die Round-Trip-Efficiency der gesamten Energiewandlungskette, auf Anlagenebene diskutiert und Potenziale für weitere Prozessoptimierungen aufgezeigt.

AB - Die Einbindung fluktuierender erneuerbarer Energieträger schafft vielseitige Herausforderungen für das Stromnetz. Erhöhte Energiespeicherkapazitäten könnten eine zunehmende Integration erneuerbarer Energien erleichtern. Power-to-Gas-Anlagen stellen eine mögliche Option hierfür dar, indem sie überschüssigen Strom zur elektrochemischen Gewinnung von Brenngasen (meist Wasserstoff) nutzen. Diese können gespeichert und gegebenenfalls wieder rückverstromt werden (Power-to-Gas-to-Power). Dadurch ist sowohl eine kurzfristige Stabilisierung der Stromnetze als auch eine langfristige Speicherung überschüssiger elektrischer Energie möglich. PtG-Konzepte auf Basis von Reversiblen Festoxidzellen (RSOC) sind dabei besonders vielversprechend. Sie weisen theoretisch die höchsten Wirkungsgrade auf und ermöglichen Elektrolyse-und Brennstoffzellenbetrieb mit derselben elektrochemischen Zelle. Allerdings befinden sich die Zellen und ihre Einbindung in eine Gesamtanlage noch im Entwicklungsstadium. Ziel der Arbeit ist einerseits die Entwicklung eines elektrochemischen Modells einer RSOC, andererseits die Einbindung dieses Modells in die Modellierung einer Gesamtanlage inklusive Balance of Plant. Das RSOC-Modell erlaubt es dabei eine RSOC-Zelle zu dimensionieren (Zellfläche) bzw. Aufbau (Anzahl Einzelzellen) und Anzahl benötigter RSOC-Stacks zu ermitteln, sowie Brennstoffzellenbetrieb und Elektrolysebetrieb in Teillast abzubilden. Dabei kann auch der Betrieb der Zellen mit unterschiedlichen Brenngasen simuliert werden. Die gesamte Modellierung erfolgt mithilfe der Simulationssoftware EBSILON® Professional. Abschließend werden wichtige Ergebnisse, wie beispielsweise die Round-Trip-Efficiency der gesamten Energiewandlungskette, auf Anlagenebene diskutiert und Potenziale für weitere Prozessoptimierungen aufgezeigt.

KW - RSOC

KW - Power-to-Gas

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KW - Modellierung

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M3 - Masterarbeit

ER -