FIRST Fully Integrated Reversible Solid oxide cell sysTem

Das im Projekt FIRST entwickelte rSOC-System kann zwischen
Wasserelektrolyse- und Brennstoffzellenmodus (Wasserstoff, Erdgas) wechseln, was zu einem kompakteren, flexibleren und annähernd in Vollzeit betreibbaren System führt. Die Aufrechterhaltung der hohen Wirkungsgrade ist jedoch eine Herausforderung und erfordert sorgfältig entwickelte Konzeptentwürfe mit gut gewählten Systemdesigns, einem sehr guten Wärmemanagement und entsprechenden Regelstrategien.

-> Brückenschlagende Technologie: Die reversible Festoxidzelle (rSOC) bietet eine Lösung,
die H2 mit einem Wirkungsgrad von >80 %, oder Strom mit einem Wirkungsgrad von> 60 % erzeugen kann, was zu einem massiv vereinfachten System mit niedrigen
Betriebskosten und einer Roundtrip-Effizienz von >48 % führt.

-> Dynamische rSOC: Flexibler Betrieb durch schnelles Umschalten zwischen Elektrolyse und Brennstoffzellenmodus innerhalb von Minuten, um eine optimale Nutzung von Strom aus fluktuierenden Energiequellen wie Wind und Sonne zu ermöglichen.

-> Prädiktive Systemregelung: Modelle zur Lastvorhersage finden Anwendung, um vorab auf Änderungen hinsichtlich Nachfrage oder Ertrag reagieren zu können, wobei neue Systemregelungsstrategien zum Tragen kommen.

-> Langzeittest unter realen Bedingungen: Das Projekt zielt darauf ab, die Verwendbarkeit der Technologie über den Prüfstandsbetrieb hinaus bei realen Betriebsbedingungen als Langzeitanwendung zu testen.

-> Neue Geschäftsmodelle: Neue Szenarien können abgedeckt werden, die zu einem breiteren Anwendungsgebiet für chemische Energiespeicher führen. Das Projekt FIRST wird die Gesamtsystem- und Betriebskosten chemischer Energiespeicher erheblich reduzieren und ein breites Anwendungsfeld eröffnen. Daher werden die Ergebnisse sowohl für industrielle Interessengruppen als auch für Energieversorger relevant sein. Insgesamt wird FIRST einen fundamentalen Baustein zu einem globalen-Leadership im Bereich von reversiblen SOC generieren und damit Österreichs Position als Leitmarkt für grüne Energie-Technologieproduktion stärken.

Ausgangssituation

In der Entwicklung erneuerbarer, kohlenstoffarmer Energiesysteme mit hohen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung aus regenerativen Quellen wie Wind- und Solarenergie stellt
Power-to-Gas (PtG) eine Schlüsseltechnologie dar. Brennstoffzellensysteme, die sowohl Elektrolyse als auch Stromerzeugung kombinieren und für den Lastausgleich zwischen
Angebot und Nachfrage zur Anwendung kommen, sind dabei eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Technologien wie z.B. Batterien. In diesem Zusammenhang verspricht die Verwendung eines reversiblen Festoxidzellensystems (rSOC) eine sehr effiziente und kosteneffektive Lösung.

Für eine alternierende Gas- und Stromproduktion stellen reversible Festoxidzellensysteme (rSOC) eine sehr energie- und kosteneffiziente Lösung dar. Um ein kompaktes und somit
wirtschaftlich betreibbares System realisieren zu können, müssen im Vergleich zu zwei getrennten Einheiten die Balance of Plant (BoP) Komponenten sowohl für den SOEC als auch für den SOFC Betrieb optimiert werden. Wobei im SOFC Betrieb beide Brennstoffversorgungen (Wasserstoff und Erdgas) berücksichtigt werden müssen. Zudem sollte das System eine möglichst rasche Umschaltung zwischen der Gas- und Stromproduktion ermöglichen und für unterschiedliche Anwendungen möglichst flexibel integrierbar sein. Darüber hinaus muss das System eine intelligente Verknüpfung mit Strom-, Gas- und Wärmenetzen ermöglichen. Aufgrund der komplexen Aufgabenstellung ist der gesamte Systementwicklungsprozess ein hoch iterativer Vorgang der mehrere Ebenen durchläuft und die Wechselwirkungen zwischen Prozessdesign, BoP-Komponenten, Regelungsstrategie usw. berücksichtigen muss.