Unkonventionelle Energieerzeuger für schiffstechnische Systeme

Im Rahmen der Forschungsarbeit "Unkonventionelle Energieerzeuger für schiffstechnische Systeme" wird die Technologie der Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran (HTPEM) Brennstoffzelle analysiert. Sie wird genutzt, um elektrische Leistung für das Bordnetz eines Schiffes bereitzustellen. Als Brennstoff wird dabei Methanol verwendet, der intern zu wasserstoffreichem Synthesegas reformiert wird. Aus Messungen geht hervor, dass sich das Abgas der Brennstoffzellenanlage fast ausschließlich aus CO2 und feuchter Luft zusammensetzt. Ruß, Stickoxide und nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe entstehen bei stationärem Betrieb nicht.  

Nach messtechnischen Untersuchungen an einer Pilotanlage zeigt sich, dass das Lastaufschaltverhalten 13 %/min beträgt. Mit diesem Dynamikumfang können transiente Anteile des elektrischen Leistungsbedarfs in der Regel nicht abgedeckt werden. In Konsequenz ist der Einsatz zusätzlicher Energiespeicher erforderlich. Diese gleichen Leistungsangebot und Nachfrage aus. Ferner tragen sie dazu bei die Brennstoffzellenanlage vom aktuellen Lastprofil zu entkoppeln. Als Energiespeicher eignen sich Akkumulatoren oder Schwungradspeicher. Letztgenannte weisen eine geringere Energiedichte auf und führen aber bei geschickter Installation zur Dämpfung der Rollbewegung eines Schiffes.  

Um den Dynamikumfang der Brennstoffzellenanlage zu verbessern wird die Methanol Reformierung messtechnisch untersucht. Im Vordergrund steht dabei die Abbildung der Prozess-Dynamik. Ausgehend von den Ergebnissen wird geprüft ob die Beschränkung des Lastaufschaltverhaltens in dieser Form notwendig ist. Die aufgezeichneten Daten werden in ein eigens entwickeltes Simulationsmodell implementiert. Mit Hilfe daran anknüpfender Simulationsrechnungen kann das Zusammenspiel Brennstoffzellenanlage und Energiespeicher weiter optimiert werden.    

Um die Eignung eines Gyrostabilisators als Energiespeicher und Rolldämpfungsmechanismus tiefergehend zu analysieren wird ein Demonstrator entwickelt. Mit dessen Hilfe sollen Regelkonzepte abgeleitet werden, die beide Funktionalitäten sicherstellen. Rolldämpfung im Falle niedriger Schiffsgeschwindigkeiten und Bereitstellung notwendiger Ausgleichsleistungen für das elektrische Netz. Auch hier werden messtechnisch erfasste Daten mit Simulationsmodellen abgeglichen, um die Skalierbarkeit für größere Anlagen zu gewährleisten.

Stichworte

• Brennstoffzelle

Publikationen

• Gentner, Ch.; Thiem, Ch.; Ackermann, G.:: Dynamisches Verhalten von Brennstoffanlagen in der elektrischen Energieversorgung von Schiffen. Hamburg, November 2015. 110. Hauptversammlung STG.