REVERSIBLE SOLID OXIDE CELL SYSTEMS AND THEIR APPLICATION
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Dissertation
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Abstract
Der größte Anteil von Treibhausgasemissionen entsteht im Zusammenhang mit Bereitstellung und Verbrauch von Energie. Um die Klimaziele der Vereinten Nationen und der Europäischen Union zu erreichen, benötigt es daher einen starken Ausbau von erneuerbarer Energieerzeugung und eine Effiziente Nutzung dieser Energie. Die Produktion von Wind und Photovoltaik ist allerdings nicht steuerbar und nur teilweise vorhersehbar. Das führt zu Herausforderungen für das elektrische Übertragungsnetz und für Speichersysteme. Eine Sektorkopplung von Strom- und Gasinfrastruktur kann die Übertragungs- und Speicherkapazitäten des Gasnetztes zum Ausgleich, von räumlichen und zeitlichen Abweichungen von Verbrauch und erneuerbare Erzeugung, zur Verfügung stellen. Die Pläne, zur Transformation des Gasnetzes zu einem Wasserstoffnetz, die Notwendigkeit CO2 freie Ausgangsstoffe und hoch-temperatur Wärme für Industrie zur Verfügung zu stellen, machen Wasserstoff zu einem zukünftig wichtigen Energieträger. Reversible Solid Oxide Zellen (rSOC) sind eine bidirektionale elektrochemische Technologie zur Wasserstoffumwandlung, für Strom zu Wasserstoff und zurück. Deshalb ermöglichten sie die Kopplung zwischen Strom- und Gasinfrastruktur. Weiters erlaubt ihr Betrieb bei hohen Temperaturen vielseitige thermische Integrationsmöglichkeiten für industrielle Abwärme und Fernwärmebereitstellung. Dadurch können hohe Gesamtumwandlungseffizienzen von über 55% erzielt werden. Eine weitere Stärke von rSOC-Systeme ist die Brenngasflexibilität, welche einen Brennstoffzellenbetrieb mit Erdgas, von derzeitigen Gasnetzen und auch Wasserstoff, ermöglicht. In dieser Arbeit werden rSOC-Systeme zur Energieumwandlung und deren Anwendung im Energiesystem untersucht. Zuerst werden wichtige Systemparameter und ihre Werte für ein optimal ausgelegtes System, bestimmt. Danach werden die Möglichkeiten und die Vorteile der thermischen Kopplung für beide Umwandlungsrichtungen analysiert. Daraus werden Charakteristika guter Integrationsstandorte abgeleitet. Weiters wird die Anwendung von rSOC-Systemen über eine Optimierung der Betriebsweise, für unterschiedliche Energiesystemintegrations- und Marktpreisszenarien, untersucht. Daraus ergeben sich die notwendigen wirtschaftlichen Voraussetzungen für einen profitablen Betrieb von rSOC-Systemen. Abschließend werden räumlich aufgelöste Anwendungspotentiale und geeignete Standortcharakteristika für den netzdienlichen Betreib von bidirektionalen Wasserstoffumwandlungstechnologien bestimmt. Durch die Untersuchungen in dieser Arbeit wird ein besseres Verständnis rSOC-System interner Prozesse ermöglicht, eine Vorgehensweise zur Modellvereinfachung und eine Simulation der Anwendung demonstriert. Dadurch ist es möglich die Anwendungspotentiale von rSOC-Systemen abzuleiten.
Details
Titel in Übersetzung | Reversible Festoxidzellsysteme und ihre Anwendung |
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Originalsprache | Englisch |
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Status | Veröffentlicht - 1800 |