Reversible solid oxide cells as a link between electricity, heat and gas grid to increase self-sufficiency and resilience of positive energy districts

Abstract

ZusammenfassungZur Reduktion der CO2-Emissionen im Gebäudeenergiesektor sind alternative Energieerzeugungs- und Energiespeicherkonzepte notwendig. Technologien, die quartiersbezogen zentral sommerliche Überschussenergie aus Erneuerbaren Energien speichern und in weniger ertragreichen Monaten wieder in Strom und Wärme zurückwandeln, sind als Eigenschaften beispielsweise den Elektrolyse- bzw. Brennstoff-Zellensystemen zuzuordnen. Im Projekt Cell4Life wird ein solches System, bestehend aus einer reversibel arbeitenden Festoxidzelle (rSOC) theoretisch und im Labormaßstab im Kontext eines Plus Energie-Quartiers (PEQ) auf dessen funktionale Integrität hin untersucht. Ein Projektziel ist dabei die Optimierung der dynamischen Betriebsweise, für die es zum einen statischer Optimierungsversuche am Prüfstand und zum anderen Gesamtsystemsimulationen bedarf. In dieser Veröffentlichung wird vorgestellt, welche Betriebsweisen statisch optimiert und welche Systemkonzepte innerhalb einer Simulation untersucht werden. Für ein städtisches PEQ hat sich ein rSOC-System, das die Dampfelektrolyse im SOEC-Modus nutzt und im SOFC-Modus mit Wasserstoff und Methan betrieben wird, als am sinnvollsten erwiesen. Darüber hinaus werden reale Betriebsweisen aufbauend auf Wasserstoffbeimischungen in das örtliche Gasnetz in experimentellen Versuchen betrachtet. Basierend auf theoretischen Bedarfsdaten aus dem „PEQ21“ in Wien werden drei Optimierungsszenarien definiert, die neben dem Langzeit- auch den Kurzzeitbetrieb der rSOC-Anlage betrachten.