WEBVTT 1 00:00:06.260 --> 00:00:08.820 Hallo, in diesem Video geht es um 2 00:00:08.820 --> 00:00:11.200 Kraft-Wärme-Kopplung und zwar um 3 00:00:11.200 --> 00:00:13.000 die Technologien, mit denen man 4 00:00:13.000 --> 00:00:14.560 Kraft-Wärme-Kopplung umsetzen kann. 5 00:00:16.410 --> 00:00:20.100 Auf der ersten Folie hier ein kurzer Überblick. 6 00:00:20.300 --> 00:00:22.570 Was ist Kraft-Wärme-Kopplung überhaupt? 7 00:00:22.570 --> 00:00:26.800 Es ist die gleichzeitige Erzeugung von 9 00:00:26.800 --> 00:00:28.690 Strom (sprich: Kraft) und Wärme. 10 00:00:30.110 --> 00:00:32.910 Hier ein weit verbreitetes Beispiel, 11 00:00:32.910 --> 00:00:34.070 nämlich ein sogenanntes 12 00:00:34.070 --> 00:00:37.710 Blockheizkraftwerk mit einem Hubkolbenmotor. 14 00:00:39.340 --> 00:00:42.900 Da führt man Brennstoff-Luft-Gemisch 15 00:00:42.900 --> 00:00:44.040 in den Motor. 16 00:00:44.040 --> 00:00:47.020 Hier in den Zylindern verbrennt 17 00:00:47.020 --> 00:00:49.000 dieses Brennstoff-Luft-Gemisch. 18 00:00:49.000 --> 00:00:51.820 Der Motor wird so angetrieben. 19 00:00:51.820 --> 00:00:52.820 Und es tritt Abgas aus. 00:00:52.820 --> 00:00:54.380 Das wird katalytisch behandelt 20 00:00:54.380 --> 00:00:56.780 und nach draußen abgeführt. 21 00:00:58.270 --> 00:01:01.000 Der Motor treibt eine Welle an, 22 00:01:01.000 --> 00:01:03.890 das ist die Kraft, die produziert wird. 23 00:01:03.890 --> 00:01:07.870 Und diese Welle treibt dann einen Generator, 24 00:01:07.870 --> 00:01:09.450 in dem Strom erzeugt wird. 26 00:01:12.270 --> 00:01:14.650 Gleichzeitig wird Wärme produziert. 27 00:01:14.650 --> 00:01:17.170 Der Generator wird warm, 28 00:01:17.170 --> 00:01:20.000 da wird ein Teil Wärme abgeführt. 29 00:01:20.000 --> 00:01:22.000 Der Motor erwärmt sich 00:01:22.000 --> 00:01:23.350 und muss gekühlt werden. 30 00:01:23.150 --> 00:01:25.630 Da wird also wiederum Wärme abgeführt und 31 00:01:25.630 --> 00:01:28.510 das austretende Abgas ist auch noch heiß, 32 00:01:28.510 --> 00:01:30.710 da kann nochmal Wärme ausgekoppelt werden. 33 00:01:30.710 --> 00:01:33.270 Diese eingesammelten Wärmemengen 34 00:01:33.310 --> 00:01:35.530 werden dann einem Wärmeabnehmer, 35 00:01:35.530 --> 00:01:37.870 einem Gebäude zum Heizen oder einem 36 00:01:38.220 --> 00:01:41.000 Fern- oder Nahwärmenetz zur Verfügung gestellt. 37 00:01:41.000 --> 00:01:42.560 Ja, und das abgekühlte 38 00:01:42.680 --> 00:01:45.640 Kühlwasser läuft hier im Kreis 39 00:01:45.640 --> 00:01:47.840 und sammelt immer diese Abwärmen ein. 40 00:01:50.370 --> 00:01:52.690 Ja, welche Technologien kann man einsetzen? 41 00:01:52.690 --> 00:01:54.810 Wir haben hier diese Kategorie 42 00:01:54.810 --> 00:01:57.650 der Blockheizkraftwerke, BHKW abgekürzt. 43 00:01:59.270 --> 00:02:01.110 Am weitesten verbreitet sind diese 44 00:02:01.190 --> 00:02:03.390 Hubkolbenmotoren, wie man sie aus dem 45 00:02:03.590 --> 00:02:06.750 Standard-PKW, dem Verbrennungsmotor kennt. 46 00:02:06.750 --> 00:02:08.950 Es gibt aber auch andere Motoren, 47 00:02:08.950 --> 00:02:11.550 nämlich Stirlingmotoren, die dazu 48 00:02:11.550 --> 00:02:15.800 verwendet werden können und noch Brennstoffzellen. 50 00:02:16.170 --> 00:02:18.310 Und davon abgesetzt, die Technologie 51 00:02:18.310 --> 00:02:20.830 der Turbinen als Gasturbine 52 00:02:20.950 --> 00:02:22.790 oder als Dampfturbine, 53 00:02:23.780 --> 00:02:26.400 in klassischen stromerzeugenden Kraftwerken, 54 00:02:26.400 --> 00:02:27.700 großen Kraftwerken eingesetzt, 55 00:02:27.700 --> 00:02:30.040 wo dann auch noch Wärme 56 00:02:30.040 --> 00:02:31.140 ausgekoppelt wird. 57 00:02:34.140 --> 00:02:35.620 Und das Interessante an dieser 58 00:02:35.620 --> 00:02:38.260 Technologie ist, dass man sehr hohe 59 00:02:38.260 --> 00:02:40.900 Gesamtwirkungsgrade erreichen kann, 60 00:02:40.900 --> 00:02:43.840 nämlich elektrischer plus thermischer Wirkungsgrad zusammen, 61 00:02:43.840 --> 00:02:46.990 in Summe bis zu 100 %. 63 00:02:47.510 --> 00:02:52.080 Also man verbrennt 64 00:02:52.280 --> 00:02:53.920 einen Brennstoff, Erdgas, 65 00:02:55.180 --> 00:02:58.480 Dieselkraftstoff oder ähnliches, 66 00:02:58.760 --> 00:03:01.520 und nutzt dabei nicht nur die Wärme, die man 67 00:03:01.520 --> 00:03:04.100 zu 100 % nutzen könnte, 68 00:03:04.100 --> 00:03:07.060 sondern erzeugt gleichzeitig Strom damit 69 00:03:07.160 --> 00:03:09.910 und hat dennoch einen solch hohen 70 00:03:09.910 --> 00:03:11.850 Wirkungsgrad bis zu 100 %. 71 00:03:13.750 --> 00:03:15.590 Ja, und diese einzelnen Technologien 72 00:03:15.590 --> 00:03:17.900 sehen wir uns jetzt der Reihe nach an 73 00:03:17.900 --> 00:03:21.480 und erläutern sie, 74 00:03:21.480 --> 00:03:23.800 beginnend mit dem Hubkolbenmotor. 75 00:03:24.640 --> 00:03:26.840 Das ist eine sehr bewährte Technik, 76 00:03:26.840 --> 00:03:29.440 die gibt es schon sehr lange. 00:03:29.640 --> 00:03:30.800 Es wird von vielen Herstellern 77 00:03:30.800 --> 00:03:34.000 in vielen Leistungsbereichen angeboten, 78 00:03:34.000 --> 00:03:37.560 von kleinen Blockheizkraftwerken 79 00:03:37.560 --> 00:03:38.990 im Kilowatt-Bereich bis hin zu 80 00:03:38.990 --> 00:03:42.580 sehr großen im Megawatt-Bereich. 81 00:03:43.000 --> 00:03:43.520 Die elektrischen Wirkungsgrade 82 00:03:43.520 --> 00:03:47.300 schwanken zwischen 25 % 83 00:03:47.500 --> 00:03:50.180 bei kleineren Aggregaten und 85 00:03:50.180 --> 00:03:53.140 bis zu 50 % bei sehr großen Aggregaten. 86 00:03:53.220 --> 00:03:55.300 Und das Nutzwärme-Temperaturniveau, 87 00:03:55.300 --> 00:03:57.900 auf dem die Wärme ausgekoppelt wird, 88 00:03:57.900 --> 00:04:00.040 liegt so zwischen 89 00:04:00.040 --> 00:04:01.760 80 und 130 Grad Celsius. 00:04:01.760 --> 00:04:03.190 Das ist die Betriebstemperatur 90 00:04:03.190 --> 00:04:05.580 eines normalen Motors. 91 00:04:08.090 --> 00:04:10.270 Hier zwei Beispiele: 92 00:04:10.370 --> 00:04:13.810 Ein kleines Blockheizkraftwerk, 93 00:04:13.810 --> 00:04:15.000 marktführend in Deutschland 94 00:04:15.000 --> 00:04:17.370 bei diesen kleinen Aggregaten, 00:04:17.370 --> 00:04:19.900 ist der Dachs der Firma Senertec. 96 00:04:20.000 --> 00:04:22.600 Hier das Aggregat selbst 97 00:04:22.600 --> 00:04:26.230 mit der Hülle und danebenstehend 98 00:04:26.230 --> 00:04:28.850 ein Pufferspeicher, mit dem man dann 99 00:04:28.850 --> 00:04:31.030 zum Beispiel Trinkwarmwasser erzeugen kann. 100 00:04:32.150 --> 00:04:34.790 Das wäre ein typisches Gerät vielleicht 101 00:04:34.790 --> 00:04:36.090 für ein Mehrfamilienhaus. 102 00:04:38.540 --> 00:04:40.920 Das hat 5,5 kW elektrische Leistung 103 00:04:40.920 --> 00:04:43.560 und 14,8 kW thermische Leistung - 104 00:04:43.760 --> 00:04:46.460 bei einem elektrischen Wirkungsgrad 105 00:04:46.460 --> 00:04:50.720 von 27 % und einem thermischen Wirkungsgrad von 73 %. 107 00:04:50.720 --> 00:04:54.700 Wenn man Brennwertnutzung betreibt, d.h. 108 00:04:54.700 --> 00:04:57.860 wenn man das Abgas des Blockheizkraftwerkes 109 00:04:57.860 --> 00:05:00.960 sehr stark abkühlt, 110 00:05:01.500 --> 00:05:04.820 d.h. bis 20°C oder 30°C oder 40°C abkühlt, 111 00:05:04.820 --> 00:05:06.990 dann kann man solch hohe 112 00:05:06.990 --> 00:05:08.680 thermische Wirkungsgrade erreichen. 113 00:05:10.570 --> 00:05:12.250 Und das gibt es in zwei verschiedenen Varianten 114 00:05:12.250 --> 00:05:15.090 als Erdgas-Ottomotor und 115 00:05:15.090 --> 00:05:16.890 auch als Diesel-Motor. 00:05:17.200 --> 00:05:18.190 Im Gegensatz dazu 116 00:05:18.190 --> 00:05:20.850 hier ein sehr großes Aggregat 117 00:05:21.150 --> 00:05:24.410 im Megawatt-Bereich, von der Firma MWM. 118 00:05:24.510 --> 00:05:29.190 Da liegen drei Zehnerpotenzen dazwischen, 120 00:05:29.310 --> 00:05:31.670 (d.h.) das Aggregat hat drei Zehnerpotenzen größere Leistung 121 00:05:32.350 --> 00:05:37.830 mit 4,3 MW elektrisch und 3,7 MW thermisch. 123 00:05:38.150 --> 00:05:40.430 Wobei der elektrische Wirkungsgrad deutlich höher ist. 00:05:40.430 --> 00:05:41.390 Das kann man allgemein sagen, 125 00:05:41.390 --> 00:05:43.130 dass der elektrische Wirkungsgrad steigt, 126 00:05:43.130 --> 00:05:45.750 wenn die Leistungen der Geräte steigen. 127 00:05:45.750 --> 00:05:47.430 Entsprechend geringer ist 128 00:05:47.430 --> 00:05:49.310 der thermische Wirkungsgrad 129 00:05:49.310 --> 00:05:52.190 weil sich beides zusammen etwa auf 90 % 130 00:05:52.190 --> 00:05:53.630 summiert, (oder) wie gesagt, 131 00:05:53.630 --> 00:05:56.230 bei Brennwertnutzung auch bis zu 100 %. 132 00:05:56.430 --> 00:05:58.690 Das Gerät hat große Abmaße: 133 00:05:59.140 --> 00:06:02.600 9,2 Meter Länge, 134 00:06:03.520 --> 00:06:06.250 2,8 Meter Breite und 3,4 Meter Höhe, 135 00:06:06.250 --> 00:06:07.980 also ein ziemlicher Brummer. 136 00:06:11.910 --> 00:06:13.750 Die Stirling-Technologie, 137 00:06:14.670 --> 00:06:16.110 (die ist) ganz anders gestrickt. 138 00:06:17.500 --> 00:06:19.100 Ein Stirlingmotor läuft nämlich 139 00:06:19.100 --> 00:06:22.860 nur dann, wenn er von außen beheizt wird 140 00:06:22.860 --> 00:06:23.890 und gekühlt wird. 00:06:23.990 --> 00:06:25.520 Da findet die 141 00:06:25.520 --> 00:06:28.520 Verbrennung nicht im Zylinder statt 142 00:06:28.520 --> 00:06:31.260 wie beim Hubkolbenmotor, sondern 143 00:06:31.260 --> 00:06:34.120 man hat eine stationäre externe Verbrennung 144 00:06:34.120 --> 00:06:36.640 und das Abgas dieser 145 00:06:36.920 --> 00:06:39.240 kontinuierlichen externen Verbrennung, 146 00:06:39.360 --> 00:06:41.480 das würde dann hier zum Beispiel, 147 00:06:41.480 --> 00:06:43.880 bei dieser Ausführung eines Stirlingmotors, 148 00:06:43.880 --> 00:06:46.760 über diesen Wärmeübertrager, 149 00:06:46.800 --> 00:06:50.990 Wärme an den im Motor ablaufenden 150 00:06:50.990 --> 00:06:52.600 Kreisprozess abgeben. 151 00:06:54.230 --> 00:06:56.190 Und diese beiden Kolben, die hier 152 00:06:56.190 --> 00:06:58.950 eingezeichnet sind, die schwingen hin und her. 153 00:06:58.990 --> 00:07:01.430 Und der obere, der produziert dann 154 00:07:01.430 --> 00:07:03.630 hier auch an der Spule den Strom 155 00:07:03.830 --> 00:07:05.410 wenn der hin und her schwingt. 156 00:07:06.790 --> 00:07:08.150 Die schwingen aber nur dann hin und her 157 00:07:08.150 --> 00:07:10.150 wenn hier auch gekühlt wird, 158 00:07:10.150 --> 00:07:13.390 also Wärme zum Beispiel 159 00:07:13.390 --> 00:07:15.610 an das Heizungswasser abgeführt wird. 160 00:07:19.780 --> 00:07:22.700 Der Vorteil ist also im Prinzip 161 00:07:22.700 --> 00:07:25.500 diese stationäre externe Verbrennung. 162 00:07:25.500 --> 00:07:28.260 Das kann man in der Regel besser betreiben 163 00:07:28.260 --> 00:07:31.100 als eine innere Verbrennung 164 00:07:31.100 --> 00:07:33.420 in einem Zylinder, was ja sehr schnell 165 00:07:33.560 --> 00:07:36.860 auch funktionieren muss, wo der Kolben 166 00:07:36.860 --> 00:07:39.990 sehr schnell hin und her zirkuliert. 167 00:07:41.150 --> 00:07:43.710 Der Nachteil hier ist, dass es relativ 168 00:07:43.710 --> 00:07:45.470 geringe elektrische Wirkungsgrade gibt, 169 00:07:45.470 --> 00:07:47.550 von nur 10 bis 20 %. 170 00:07:49.210 --> 00:07:52.230 Dieses Beispiel ist von der Firma Ökofen. 171 00:07:52.230 --> 00:07:56.890 Ökofen stellt Holzpelletheizungen her und 173 00:07:56.890 --> 00:07:59.570 das ist für diesen Brennstoff 174 00:07:59.570 --> 00:08:02.070 natürlich eine sehr gute Möglichkeit, 175 00:08:02.070 --> 00:08:03.670 auch Strom zu produzieren. 00:08:03.670 --> 00:08:04.110 Und so werden die auch 176 00:08:04.110 --> 00:08:06.890 vermarktet als stromerzeugende Heizungen. 177 00:08:06.890 --> 00:08:08.990 Und der Motor, der hier eingebaut ist, 178 00:08:08.990 --> 00:08:11.270 das ist ein Motor der 179 00:08:11.590 --> 00:08:14.210 Firma Microgen Engine Corporation. 180 00:08:14.470 --> 00:08:16.250 Das war eine Gemeinschafts-Entwicklung 181 00:08:16.250 --> 00:08:18.270 mehrerer Hersteller und einzelne 182 00:08:18.270 --> 00:08:20.310 Hersteller setzen das auch noch ein, 183 00:08:20.310 --> 00:08:22.000 wie zum Beispiel die Firma Ökofen. 184 00:08:22.000 --> 00:08:23.430 Es gibt aber insgesamt nur 185 00:08:23.430 --> 00:08:25.630 wenige Produkte am Markt. 00:08:26.030 --> 00:08:27.330 Kleine Leistungen hat dieser Motor, 186 00:08:27.330 --> 00:08:30.330 ein halbes kW bis 1 kW elektrisch. 187 00:08:30.330 --> 00:08:32.230 Der kann also modulieren, d.h. die Leistung verändern, 188 00:08:32.230 --> 00:08:34.310 Das Gerät hat einen 189 00:08:34.310 --> 00:08:37.190 elektrischen Wirkungsgrad von 15 % und 190 00:08:37.350 --> 00:08:39.470 die thermische Leistung schwankt 191 00:08:39.470 --> 00:08:40.930 zwischen 3 und 6 kW. 192 00:08:44.360 --> 00:08:46.820 Das waren die beiden Motor-Technologien. 193 00:08:46.920 --> 00:08:49.500 Jetzt kommt die Brennstoffzelle. 194 00:08:52.560 --> 00:08:56.400 Ja, in der Brennstoffzelle 195 00:08:56.400 --> 00:08:57.840 findet auch eine Verbrennung statt. 196 00:08:57.840 --> 00:09:00.600 Allerdings spricht man da eher von 197 00:09:00.600 --> 00:09:03.800 klater Verbrennung weil es keine Flamme gibt. 198 00:09:07.020 --> 00:09:09.990 Zur Reaktion kommen Wasserstoff und Sauerstoff. 199 00:09:010.020 --> 00:09:12.220 Und wenn die beiden sich 200 00:09:12.220 --> 00:09:14.620 direkt begegnen würden, würde das 201 00:09:14.620 --> 00:09:16.340 eine sehr heftige Reaktion werden, 202 00:09:16.340 --> 00:09:18.900 die sogenannte Knallgasreaktion. 203 00:09:19.000 --> 00:09:21.000 Das möchte man natürlich nicht. 204 00:09:21.190 --> 00:09:23.930 Deshalb trennt man diese beiden 205 00:09:25.150 --> 00:09:27.890 Komponenten durch eine Membran 206 00:09:27.890 --> 00:09:29.800 oder einen Elektrolyten. 207 00:09:30.000 --> 00:09:32.830 Durch diese Membran können dann nur 208 00:09:32.830 --> 00:09:35.050 die positiv geladenen 209 00:09:35.550 --> 00:09:37.330 Wasserstoff-Protonen 210 00:09:37.330 --> 00:09:39.750 hindurchwandern. 211 00:09:39.750 --> 00:09:43.370 Die Elektronen müssen den Umweg über 212 00:09:43.370 --> 00:09:46.910 dieses elektrisch leitende Kabel nehmen. 213 00:09:46.990 --> 00:09:49.190 Und auf der Sauerstoffseite 214 00:09:49.190 --> 00:09:51.890 können sich dann alle drei 215 00:09:51.890 --> 00:09:53.590 Komponenten vereinigen, nämlich 216 00:09:53.590 --> 00:09:55.530 der Sauerstoff, die Wasserstoff-Protonen 217 00:09:55.530 --> 00:09:57.650 und die Elektronen - und es entsteht Wasser. 218 00:10:04.450 --> 00:10:06.750 Zwei Typen möchte ich hier hervorheben. 219 00:10:06.750 --> 00:10:07.590 Das sind nicht die einzigen, 220 00:10:07.590 --> 00:10:09.900 aber die wichtigsten, 221 00:10:09.900 --> 00:10:11.790 nämlich zunächst die PEM-Brennstoffzelle. 222 00:10:13.550 --> 00:10:15.090 Die funktioniert so, dass hier 223 00:10:15.090 --> 00:10:17.710 eine protonenleitende Membran 224 00:10:17.710 --> 00:10:19.950 installiert ist. Davon kommt auch der Name. 225 00:10:19.950 --> 00:10:22.270 Die Betriebstemperatur liegt 226 00:10:22.270 --> 00:10:24.790 etwa bei 80 Grad Celsius. 227 00:10:25.210 --> 00:10:27.670 Und man kann diese PEM-Brennstoffzelle 228 00:10:27.670 --> 00:10:30.630 direkt mit Wasserstoff betreiben oder 229 00:10:31.190 --> 00:10:33.670 der Wasserstoff kommt heutzutage häufig 230 00:10:33.670 --> 00:10:35.510 aus Methan oder einer 231 00:10:35.510 --> 00:10:38.510 (vorgeschalteten) Methan-Reformierung. 232 00:10:38.510 --> 00:10:40.350 Da wird dann aus dem Methan 233 00:10:40.350 --> 00:10:42.510 der Wasserstoff abgetrennt und dann 234 00:10:42.510 --> 00:10:43.990 der Brennstoffzelle zugeführt. 235 00:10:45.990 --> 00:10:47.510 Charakteristisch ist, dass die 236 00:10:47.510 --> 00:10:49.990 PEM-Brennstoffzellen recht gut regelbar sind, 237 00:10:49.990 --> 00:10:52.090 also modulierend ihre Leistung 238 00:10:52.090 --> 00:10:52.990 verändern können. 239 00:10:56.360 --> 00:10:58.100 Die zweite Variante ist die 240 00:10:58.100 --> 00:11:03.290 SOFC-Brennstoffzelle, Solid Oxid Fuel Cell. 242 00:11:03.690 --> 00:11:06.330 Eine oxidkeramische Brennstoffzelle, 243 00:11:06.330 --> 00:11:08.390 deren Betriebstemperatur deutlich höher 244 00:11:08.390 --> 00:11:10.800 liegt, (bei circa) 500 Grad Celsius. 245 00:11:10.900 --> 00:11:13.390 Das hat Vor- und Nachteile. Der Vorteil ist, 246 00:11:13.390 --> 00:11:16.390 dass die Methan-Reformierung intern 247 00:11:16.390 --> 00:11:18.730 ablaufen kann, aufgrund der hohen Temperaturen. 248 00:11:19.840 --> 00:11:22.200 Nachteilig ist, dass diese 249 00:11:22.200 --> 00:11:25.200 Brennstoffzelle nicht so häufig 250 00:11:25.200 --> 00:11:27.240 (hoch- und runter moduliert) werden kann. 251 00:11:27.240 --> 00:11:29.990 Sie läuft in der Regel stationär bei einer Leistung. 252 00:11:31.800 --> 00:11:34.240 Prinzipiell haben Brennstoffzellen 253 00:11:34.240 --> 00:11:36.360 den Vorteil, dass sie recht hohe elektrische 254 00:11:36.360 --> 00:11:41.200 Wirkungsgrade haben, 35 bis 60 % und 256 00:11:41.300 --> 00:11:43.920 die Leistung modular skaliert werden kann. 257 00:11:43.920 --> 00:11:45.100 Also in der Regel sind größere Leistungen 258 00:11:45.100 --> 00:11:48.940 aus vielen kleinen Brennstoffzellen aufgebaut, 259 00:11:48.940 --> 00:11:50.500 sogenannten Brennstoffzellen-Stacks, 260 00:11:50.500 --> 00:11:53.420 die dann hintereinander geschaltet werden. 262 00:11:54.750 --> 00:11:56.910 Nachteilig ist allgemein, dass die 263 00:11:56.910 --> 00:11:59.910 Lebensdauer häufig noch nicht so hoch ist, 264 00:11:59.910 --> 00:12:02.230 die Brennstoffzellen-Stacks 265 00:12:02.230 --> 00:12:04.450 müssen immer wieder ausgetauscht werden. 266 00:12:04.450 --> 00:12:07.000 Das führt zu hohen Kosten. Und natürlich 267 00:12:07.000 --> 00:12:08.910 (teuer ist) im Moment zumindest noch 268 00:12:08.910 --> 00:12:11.370 diese Wasserstoff-Erzeugung aus Erdgas. 269 00:12:11.790 --> 00:12:14.350 Das wird sicherlich deutlich günstiger 270 00:12:14.350 --> 00:12:17.030 wenn Wasserstoff auch anders 271 00:12:17.030 --> 00:12:19.230 verfügbar ist, wenn Wasserstoff durch 272 00:12:19.230 --> 00:12:21.760 Elektrolyse großtechnisch 273 00:12:21.760 --> 00:12:23.360 hergestellt wird und dann Wasserstoff 274 00:12:23.520 --> 00:12:25.990 direkt hier zum Einsatz kommen kann. 275 00:12:29.430 --> 00:12:32.110 Der Markt kann man als volatil charakterisieren 276 00:12:32.110 --> 00:12:34.710 habe ich hier hingeschrieben. 277 00:12:34.710 --> 00:12:36.230 Also es gibt immer mal Hersteller, 278 00:12:36.230 --> 00:12:38.030 die kommen auf den Markt und gehen wieder und 279 00:12:38.030 --> 00:12:40.430 dann kommen wieder neue. Also da passiert Einiges, 280 00:12:40.430 --> 00:12:42.510 auch in Forschung und Entwicklung. 281 00:12:42.550 --> 00:12:44.430 Insgesamt ist es in jedem Fall 282 00:12:44.430 --> 00:12:46.510 ein aufstrebender Markt. Man kann erwarten, 283 00:12:46.510 --> 00:12:48.600 dass Brennstoffzellen in Zukunft 284 00:12:48.670 --> 00:12:49.670 eine Rolle spielen werden. 285 00:12:54.640 --> 00:12:56.040 Das Wichtigste habe ich 286 00:12:56.040 --> 00:12:57.180 noch gar nicht erwähnt, 287 00:12:58.600 --> 00:13:00.300 zumindest nicht explizit. 288 00:13:00.360 --> 00:13:02.320 Dadurch, dass die Elektronen hier den Umweg 289 00:13:02.320 --> 00:13:04.720 nehmen müssen, entsteht der Strom, 290 00:13:04.720 --> 00:13:07.520 den man nutzen kann an einem Verbraucher. 291 00:13:07.600 --> 00:13:09.560 Und diese Reaktion hier an der Kathodenseite, 292 00:13:09.560 --> 00:13:12.200 da entsteht dann auch Wärme, 293 00:13:12.300 --> 00:13:17.400 die abgeführt wird und genutzt wird. 295 00:13:21.080 --> 00:13:23.440 Nun der Wechsel zu den Turbinen, 296 00:13:23.440 --> 00:13:25.800 zunächst die Gasturbine. Wie funktioniert eine 297 00:13:25.800 --> 00:13:28.620 solche Gasturbine? Hier die Turbine selbst. 298 00:13:28.720 --> 00:13:31.320 Wir haben hier zunächst mal Luft, 299 00:13:31.320 --> 00:13:33.200 die angesaugt wird und 300 00:13:33.200 --> 00:13:35.800 über einen Verdichter geführt wird. 301 00:13:36.320 --> 00:13:39.320 Die Luft wird dann vorgewärmt und 302 00:13:39.360 --> 00:13:42.020 in der Brennkammer 303 00:13:42.020 --> 00:13:44.860 mit Erdgas zusammen verbrannt und 304 00:13:44.860 --> 00:13:47.360 dieses heiße Abgas kommt dann 305 00:13:47.360 --> 00:13:49.450 in die Turbine rein, wird dort entspannt 306 00:13:50.550 --> 00:13:52.490 und kühlt sich auch ab. Aber es ist 307 00:13:52.490 --> 00:13:55.970 immer noch heiß genug um Wärme abzugeben, 308 00:13:55.970 --> 00:13:57.750 hier zur Vorwärmung der Luft 309 00:13:57.750 --> 00:13:59.990 und immer noch heiß genug um dann 310 00:13:59.990 --> 00:14:02.000 hier Wärme zum Beispiel 311 00:14:02.000 --> 00:14:05.110 in ein Wärmenetz (oder) Heizungsnetz abzugeben. 312 00:14:05.350 --> 00:14:07.610 Und diese Welle, die die Turbine antreibt, 313 00:14:07.610 --> 00:14:08.990 die treibt wieder einen Generator, 314 00:14:08.990 --> 00:14:11.730 der den Strom produziert 315 00:14:11.730 --> 00:14:14.070 und auch den Verdichter hier für 316 00:14:14.070 --> 00:14:16.230 die Luftansaugung. 317 00:14:16.430 --> 00:14:18.230 Gasturbinen gibt es auch schon lange. 318 00:14:18.230 --> 00:14:20.050 Es ist eine bewährte Technik. Es gibt 319 00:14:20.050 --> 00:14:22.340 viele Hersteller. Man hat eine relativ 320 00:14:22.340 --> 00:14:25.140 große Bandbreite an Leistungen, nicht ganz 321 00:14:25.140 --> 00:14:27.600 so groß wie bei den Blockheizkraftwerken, 322 00:14:27.600 --> 00:14:29.760 nicht ganz so tief runter wie bei den 323 00:14:29.760 --> 00:14:31.640 Blockheizkraftwerken, dafür aber 324 00:14:31.640 --> 00:14:34.320 weiter darauf: mit 500 MW gibt es auch 325 00:14:34.320 --> 00:14:35.820 sehr große Gasturbinen. 326 00:14:38.270 --> 00:14:40.170 Die können nun auch hochtemperierte 327 00:14:40.170 --> 00:14:41.630 Wärme liefern. Das kommt hier auf 328 00:14:41.630 --> 00:14:44.550 das Verhältnis dieser Komponenten an, 329 00:14:44.550 --> 00:14:46.630 bei welcher Temperatur 330 00:14:46.630 --> 00:14:48.770 die Wärme hier noch bereitgestellt wird. 331 00:14:48.770 --> 00:14:51.390 Und diese Geräte sind sehr 332 00:14:51.390 --> 00:14:53.830 kompakt gebaut, sehr viel Leistung 333 00:14:53.830 --> 00:14:56.000 auf kleinem Raum. 334 00:14:56.690 --> 00:14:58.910 Zwei Beispiele, eine kleine 335 00:14:58.910 --> 00:15:01.750 Mikrogasturbine von der Firma Capstone, 336 00:15:02.110 --> 00:15:04.230 die 50 kW elektrische Leistung und 337 00:15:04.230 --> 00:15:06.950 26% elektrischen Wirkungsgrad hat. 338 00:15:07.510 --> 00:15:09.710 Und hier ein großes Aggregat von der Firma 339 00:15:09.710 --> 00:15:12.590 Siemens mit 450 MW elektrisch 340 00:15:12.630 --> 00:15:15.330 und einem Wirkungsgrad von 41 %. 341 00:15:19.880 --> 00:15:22.320 Neben der Gasturbine gibt es auch 342 00:15:22.400 --> 00:15:24.839 Dampfturbinen, wobei man die nicht 343 00:15:25.079 --> 00:15:27.039 separat einsetzt, sondern 344 00:15:27.039 --> 00:15:29.799 Dampfturbinen sind in der Regel eingebettet 345 00:15:29.799 --> 00:15:32.819 in ein stromerzeugendes Kraftwerk. 346 00:15:32.899 --> 00:15:36.839 Das wäre dieser Teil hier, der sogenannte 348 00:15:36.839 --> 00:15:39.659 Dampfkraftprozess, ein klassischer Prozess 349 00:15:39.659 --> 00:15:42.000 in der Stromerzeugung, 350 00:15:42.000 --> 00:15:44.799 wie er in Kohlekraftwerken und anderen 351 00:15:44.799 --> 00:15:46.500 Kraftwerkstypen genutzt wird. 00:15:46.500 --> 00:15:48.800 Hier sitzt die Dampfturbine und, 352 00:15:48.800 --> 00:15:50.100 wie der Name schon sagt, 353 00:15:50.200 --> 00:15:53.039 verarbeitet die kein heißes Gas, 354 00:15:53.039 --> 00:15:54.900 sondern heißen Dampf. 355 00:15:55.000 --> 00:15:57.579 Der wird hier in einem 356 00:15:57.579 --> 00:16:00.219 "Abhitzedampferzeuger" erzeugt. 357 00:16:00.219 --> 00:16:03.000 Das ist allgemein der Dampferzeuger, 358 00:16:03.000 --> 00:16:07.079 in dem dann z.B. die Verbrennung von Kohle, 359 00:16:07.079 --> 00:16:09.379 Müll, Biomasse oder Erdgas stattfindet, 360 00:16:10.039 --> 00:16:12.979 um aus flüssigem Wasser, was hier ankommt, 361 00:16:12.979 --> 00:16:14.999 Wasserdampf zu produzieren. 362 00:16:15.559 --> 00:16:18.199 Dieser Wasserdampf, der wird dann hier 363 00:16:18.199 --> 00:16:20.749 in der Turbine wieder entspannt, (auf) 364 00:16:20.749 --> 00:16:22.489 niedrigeren Druck und niedrigere Temperatur. 365 00:16:22.689 --> 00:16:25.189 Man kann hier Wärme abführen, 366 00:16:25.189 --> 00:16:27.829 in ein Wärmenetz. 367 00:16:29.729 --> 00:16:32.789 Meistens reicht das nicht. Es braucht 368 00:16:32.789 --> 00:16:34.669 auch noch einen Kühlturm, in dem 369 00:16:34.669 --> 00:16:36.989 weitere Wärme abgeführt wird. Und dann 370 00:16:36.989 --> 00:16:39.149 beginnt der Kreislauf von Neuem. Das wäre 371 00:16:39.149 --> 00:16:41.029 der klassische Dampfkraftprozess, wobei hier 372 00:16:41.029 --> 00:16:43.569 an der Turbine wieder der Generator sitzt. 373 00:16:43.869 --> 00:16:47.419 Also bewährte Technik, 374 00:16:47.519 --> 00:16:48.779 große Leistungen. 375 00:16:49.749 --> 00:16:52.999 Schon seit längerer Zeit 376 00:16:52.999 --> 00:16:55.389 ergänzt man diesen Prozess 377 00:16:55.429 --> 00:16:58.169 um eine vorgeschaltete Gasturbine. 378 00:16:58.169 --> 00:16:59.949 Das sind dann sogenannte 379 00:17:00.069 --> 00:17:04.129 GUD-Kraftwerke, -Heizkraftwerke, 381 00:17:04.129 --> 00:17:07.689 Gas- und Dampfturbinen-Heizkraftwerke. 382 00:17:08.229 --> 00:17:10.999 Das Gasturbinenprozess habe ich Ihnen ja 383 00:17:10.999 --> 00:17:13.719 schon erläutert und jetzt macht man 384 00:17:13.719 --> 00:17:14.959 genau das, was ich vorhin schon 385 00:17:14.959 --> 00:17:17.539 angesprochen habe: man nutzt 386 00:17:17.539 --> 00:17:20.719 dieses heiße Gas hier nicht 387 00:17:20.719 --> 00:17:23.439 um die Luft vorzuwärmen oder nur 388 00:17:24.439 --> 00:17:27.000 zum geringen Teil um Luft vorzuwärmen 389 00:17:27.079 --> 00:17:29.239 und auch nicht um hier Wärme auszukoppeln 390 00:17:29.239 --> 00:17:31.559 in ein Wärmenetz, sondern man nutzt das 391 00:17:31.559 --> 00:17:34.619 heiße Abgas, das heiße Gas hier, 392 00:17:34.679 --> 00:17:37.359 um hier den Wasserdampf zu produzieren. 393 00:17:37.359 --> 00:17:39.119 Gegebenenfalls wird 394 00:17:39.119 --> 00:17:41.600 hier auch noch zugefeuert. 395 00:17:42.000 --> 00:17:44.000 Man kann das aber auch so betreiben, 396 00:17:44.000 --> 00:17:47.000 dass nur dieses heiße Abgas genutzt wird, 397 00:17:47.200 --> 00:17:50.049 um den Wasserdampf zu produzieren. 398 00:17:50.049 --> 00:17:52.700 Und diese gekoppelten Prozesse, die haben 399 00:17:52.700 --> 00:17:55.729 dann sehr hohe Wirkungsgrade von bis über 60 %. 400 00:17:56.709 --> 00:17:59.389 Das sind die stromerzeugenden Kraftwerke, 401 00:17:59.389 --> 00:18:01.609 die die höchsten Wirkungsgrade besitzen. 402 00:18:02.029 --> 00:18:04.929 Und zusätzlich wird noch Wärme ausgekoppelt. 404 00:18:09.109 --> 00:18:11.409 Zum Abschluss dieses Videos zeige ich 405 00:18:11.309 --> 00:18:13.309 Ihnen noch eine Überblicksfolie, wo jetzt 406 00:18:13.309 --> 00:18:15.429 alle Technologien nochmal zusammen 407 00:18:15.429 --> 00:18:17.549 aufgeführt sind, mit ihren 408 00:18:17.549 --> 00:18:20.269 charakteristischen Eigenschaften, nämlich 409 00:18:20.349 --> 00:18:24.700 der Leistung, der Leistungsbandbreite, 411 00:18:24.800 --> 00:18:27.409 in denen sie gebaut und benutzt werden 412 00:18:27.409 --> 00:18:28.999 und dem elektrischen Wirkungsgrad. 413 00:18:30.509 --> 00:18:33.189 Zunächst sei hier auch nochmal allgemein 414 00:18:33.189 --> 00:18:34.549 festgehalten, dass der elektrische 415 00:18:34.549 --> 00:18:37.309 Wirkungsgrad gerätespezifisch 416 00:18:37.309 --> 00:18:38.989 unterschiedlich ist. Das hier 417 00:18:38.989 --> 00:18:41.109 sind ja die einzelnen Gerätetypen, 418 00:18:41.109 --> 00:18:43.909 die hier eingetragen sind und dass 419 00:18:44.069 --> 00:18:45.589 er tendenziell immer mit der 420 00:18:46.229 --> 00:18:48.029 Geräte-Nennleistung, die hier unten auf 421 00:18:48.029 --> 00:18:50.999 der x-Achse dargestellt ist, ansteigt. 422 00:18:51.100 --> 00:18:53.589 Ja, und die zweite 423 00:18:53.589 --> 00:18:55.109 charakteristische Eigenschaft habe ich Ihnen 424 00:18:55.109 --> 00:18:57.109 auch schon vorhin genannt, dass 425 00:18:57.109 --> 00:18:59.469 die Summe aus elektrischem und thermischem 426 00:18:59.469 --> 00:19:01.949 Wirkungsgrad etwa 90 % beträgt 427 00:19:01.949 --> 00:19:03.709 beziehungsweise bei Brennwertnutzung 428 00:19:03.749 --> 00:19:05.289 sogar bis zu 100 %. 429 00:19:06.569 --> 00:19:09.229 Ja, 80 % bis 90 % steht hier, bei sehr 430 00:19:09.229 --> 00:19:11.949 großen Aggregaten sind es eher diese 80 %. 431 00:19:15.729 --> 00:19:17.569 Der elektrische Wirkungsgrad und 432 00:19:17.569 --> 00:19:19.289 die elektrische Leistung, (darauf hin) gehen 433 00:19:19.289 --> 00:19:21.689 wir die einzelnen Technologien nochmal durch, 434 00:19:21.849 --> 00:19:24.049 Wir beginnen hier mit dem 435 00:19:24.049 --> 00:19:26.469 Stirling-Motor. (Der wurde) bisher nur 436 00:19:26.469 --> 00:19:28.289 in kleinen Leistungen realisiert, 437 00:19:28.289 --> 00:19:32.149 bei Wirkungsgraden von 10 bis 20 %. 439 00:19:33.599 --> 00:19:36.319 Hier (sind) die Hubkolbenmotoren, 440 00:19:36.439 --> 00:19:39.359 (mit) einem sehr großen Leistungsbereich: 441 00:19:39.519 --> 00:19:42.359 Beginnend mit sehr kleinen Motoren, 442 00:19:42.439 --> 00:19:44.619 (quasi ab der Größe von Rasenmähermotoren) 443 00:19:44.619 --> 00:19:46.839 wirklich nicht groß, 444 00:19:46.839 --> 00:19:48.879 Aber Motoren 445 00:19:49.039 --> 00:19:51.199 kann man einfach 446 00:19:51.199 --> 00:19:53.359 sehr klein aber auch sehr groß bauen, 447 00:19:53.359 --> 00:19:58.209 hier bis in den Megawatt-Bereich, 449 00:19:58.309 --> 00:20:01.009 sogar über 10 Megawatt hinaus. 450 00:20:01.689 --> 00:20:04.000 Hier sehen Sie die beiden Brennstoffzellenarten, 451 00:20:04.000 --> 00:20:05.309 die PEM-Brennstoffzelle und 452 00:20:05.309 --> 00:20:07.509 die SOFC-Brennstoffzelle, die letztere hat den 453 00:20:07.509 --> 00:20:09.829 energetischen Vorteil, 454 00:20:09.829 --> 00:20:12.509 dass man sie kombinieren kann 455 00:20:12.509 --> 00:20:15.049 mit einer Gasturbine. 456 00:20:15.249 --> 00:20:18.200 Das hebt noch mal den Wirkungsgrad und 457 00:20:18.200 --> 00:20:20.529 führt natürlich zu höheren Leistungen. 458 00:20:20.729 --> 00:20:24.409 Die Gasturbine hier hat auch einen 460 00:20:24.409 --> 00:20:26.709 großen Leistungsbereich, sie fängt etwas später an 461 00:20:26.709 --> 00:20:29.169 als der Hubkolbenmotor, geht aber dafür 462 00:20:29.169 --> 00:20:32.000 auch in höhere Leistungsbereiche 463 00:20:32.000 --> 00:20:33.729 bis 500 MW hinein. 464 00:20:34.789 --> 00:20:37.589 Und es gibt die klassischen Heizkraftwerke 465 00:20:37.589 --> 00:20:40.489 mit Dampfturbine, wo man 466 00:20:40.709 --> 00:20:42.129 nicht nur Erdgas verbrennt. 467 00:20:42.129 --> 00:20:44.309 Die meisten anderen basieren ja auf Erdgas. 468 00:20:44.309 --> 00:20:47.889 In Heizkraftwerken mit Dampfturbinen 469 00:20:47.889 --> 00:20:50.629 werden auch Kohle, Biomasse, Müll und 470 00:20:50.709 --> 00:20:53.369 solche Brennstoffe genutzt. 471 00:20:53.509 --> 00:20:55.509 Und dann sehen Sie hier die Kopplung dieser 472 00:20:56.069 --> 00:20:58.269 Dampfturbine mit einer Gasturbine 473 00:20:58.269 --> 00:21:00.969 in den sogenannten GuD-Kraftwerken. 474 00:21:02.239 --> 00:21:04.119 Ja, das war es zum Thema 475 00:21:04.119 --> 00:21:06.279 der Technologien zur Kraft-Wärme-Kopplung.