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Aktuelle Informationen auch unter hpi-hannover.de/brennstoffzelle

Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle ( Foliensatz für Multiplikatoren). 1 . Problemstellung. 2. Technologie. 3. Markt/Akteure. 4. Anforderungen an das Handwerk. ISI. Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung. L-B- Systemtechnik.

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Aktuelle Informationen auch unter hpi-hannover.de/brennstoffzelle

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Presentation Transcript

  1. Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle(Foliensatz für Multiplikatoren) 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk ISI Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung L-B-Systemtechnik Heinz-Piest-Institut Aktuelle Informationen auch unter www.hpi-hannover.de/brennstoffzelle Wolfgang Koschorke, Walter Pirk, Heinz-Piest-Institut für Handwerkstechnik Dr. Ulrich Bünger, Martin Zerta, L-B-Systemtechnik GmbH Dr. Frank Marscheider-Weidemann, Dr. Annette Roser, FhG-ISI

  2. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Die Energiever(sch)wender Stand: 2000

  3. Private Haushalte - Verteilung des häuslichen Energieverbrauchs 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Die Spitzenreiter Kochen und Backen 3% Warmwasser 10% Elektrische Geräte und Licht 14% Anteile des häuslichen Energieverbrauchs 73% Heizen

  4. Status am liberalisierten Energiemarkt (Januar 2004) 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Wieder ansteigende Strompreise insbesondere für Privatkunden • Förderung Klein-KWK (< 30 kWel, h > 70%) im Energiewirtschaftsgesetz verankert • Freier Netzzugang für Stromerzeuger nur unzureichend umgesetzt • Freie Wahl des Stromlieferanten erschwert • Entkopplung von Stromerzeugung und Netzbetrieb sowie Festsetzung ange-messener Netztransportkosten in Vorbereitung. (Regulierungsbehörde ab 07/04) • Technologischer Fortschritt bei BHKW kleiner Blockgröße (10-100 kWel-Klasse: Gasmotor, Brennstoffzelle, Mikrogasturbine, Stirlingmotor) • Kraft-, Wärme-, Kältekopplung (Tri-Generation) gewinnt an Bedeutung • Interesse am Energiedienstleistungsgeschäft gestiegen • Konzentrationsprozess innerhalb der Energiewirtschaft (Strom- und Gasunternehmen) • Unsichere KWK-Wirtschaftlichkeit, da keine Bindung zwischen Erdgas- und Strompreis • Politische Zukunft der Energieversorgung der Haushalte insgesamt ungewiss

  5. Ökonomische und ökologische Aspekte der Kraftwärmekopplung 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk

  6. Funktionsprinzip von Motor-BHKW 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk

  7. Beispiele für Motor-Blockheizkraftwerke 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Motor-BHKW der Firma senertec, Schweinfurt Motor-BHKW der Firma Kraftwerk, Hannover

  8. Merkmale von Brennstoffzellen 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler: Aus einem Stoff wird durch direkte Umwandlung Strom. • Brennstoffzellen haben keine bewegten Teile, sind daher wartungsfreundlich und arbeiten nahezu geräuschlos. • Die Brennstoffzelle lebt von Oberflächen- statt Volumenprozessen, ihre Effizienz ist (daher) unabhängig von der Systemgröße. • Brennstoffzellen besitzen einen hohen Teillastwirkungsgrad. • Brennstoffzellen sind modular im Aufbau. • Brennstoffzellen zeichnen sich durch Brennstoff-Flexibilität aus.

  9. Funktionsprinzip von Niedertemperatur-Brennstoffzellen (PEM) 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Strom Brennstoff (z.B. Erdgas) Wechselrichter e- Luft Reformer O2 H2 CO2 H+ H2O Wasser Membran Anode Kathode Luft/H20 Wärme

  10. Funktionsprinzip verschiedener Brennstoffzellentypen 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk V - e 2H2 AFC - 100 °C Alkaline Fuel Cell O H2O 2OH 2 O H2 PEM FC + 80 °C 2 H 2 Proton Exchange Membrane FC H O 2 OH CH O DMFC + 80 °C 3 2 H Direct Methanol Fuel Cell H2O CO 2 H2 O PAFC 200 °C + 2 Phosphoric Acid Fuel Cell H H O 2 H2 O MCFC 650 °C 2- 2 Molten Carbonate FC CO O CO H CO 3 2 2 2 2H O SOFC 2- Solid Oxide Fuel Cell 2 1000 °C O H2O 2 Brennstoff Sauerstoff (Luft) Anode Kathode Elektrolyt Quelle: Ledjeff-Hey

  11. Brennstoffzellentypen 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Temperatur Bezeichnung Anwendung [°C] 40...90 PEM Fahrzeug, Portable Systeme AFC KWK: Haus- /Siedlungsenergie DMFCNotstrom, Dezentraler Strom, Spitzenlaststrom 100...200 PAFC KWK: Siedlungsenergie, Spitzenlaststrom, Lokomotiven, Schiffe 600...950 MCFC KWK: Kraftwerke mit GT-Kombiprozess SOFC Industrieenergie, Grundlaststrom, Lokomotiven, Schiffe

  12. Komponenten eines PEM-BZ- Systems 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Elektrisches Netz Elektrisches Netz Haushaltsbedarf Haushaltsbedarf . P . P P Q P Q t t t t t t AC AC DC DC Wärmetauscher Wärmetauscher für Heizung Steuerung/ Regelung Steuerung/ für Heizung Regelung PEM- Brennstoffzelle Luft Warmwasser- Warmwasser- speicher H Reformer speicher Reformer 2 Kaltwasser bzw. Methanol bzw.Erdgas Kondensator Kondensator Reformergas Abluft Hausenergieversorgung

  13. Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Bipolar Plate with Flow Field Membrane Gas Diffusion Layer with Catalyst End Plate Quelle: Celanese

  14. Wasserstoff - Energieträger der Zukunft 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk

  15. Anwendungsgebiete von Brennstoffzellen - Überblick 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Im PKW Im Bus In der Hausenergie- versorgung In der Industrie In portablen.... ....Anwendungen 25 W DMFC von Smart Fuel Cell

  16. Komponenten von Hausheizungssystemen mit BZ 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Brennstoffzellen BHKW Abgasführung Heizwärmeverteilung Warmwasserverteilung Raumheizfläche Kaltwasser- Hausanschluss Heizungsregelung Erdgasanschluss und -zähler Wärme- Übergabestation (Fern-, Nahwärme) Brennstoffspeicher (z.B. Heizöl, Flüssiggas, Methanol) Wärmeerzeuger Warmwasser-, Heizungspufferspeicher Heizungsraum

  17. Anwendungsbeispiele portabler Brennstoffzellen 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Portable digital assistant (PDA) mit DMFC und 3-5 W Portable DMFC für 20 h (Markteinführung 2004) DMFC (50 W) Beispiele portabler Brennstoffzellen Quelle: Toshiba Quelle: Casio Quelle: SFC 12 W portable Brennstoffzelle Backup power NEXA (1,2 kW) Getränkeautomat Quelle: Coleman, Ballard Quelle: Toshiba

  18. Anwendungsbeispiele mobiler Brennstoffzellen 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Quelle: Lada Quelle: NovArs Quelle: BVG, PM Quelle: Zeitler

  19. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Strategien von Herstellern im stationären Bereich (Stand 2003) Strategische Partnerschaft für MEA Joint venture Kooperation für Hausenergie-versorgung und Kraftwerke PEM (HEV und U-Boot) SOFC (Westinghouse) Shell Hydrogen Toshiba Celanese Ballard Ebara Siemens Fuel Cell Techno. Honda UTC Ebara Ballard PlugPower GE Hydrogen Source GM/Opel Hydro-genics Buderus Vaillant Sulzer Hexis SOFC 1 kWel Kooperation mit EVUs European Fuel Cell Viessmann Landis & Staefa Entwicklungspartnerschaft für den europäischen Markt Freuden- berg Schunk SGL Carbon MTU FCE RWE Kooperation/Beteiligung eigene Stackentwicklung PEM 3,8 kWel, ONSI PC25 200 kWel BMWA-ZIP Projekt ZIP Projekt, Kooperation mit FhG-ISE und ZSW Hot Modul von MTU (MCFC 250 kWel)

  20. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Strategien von Herstellern im portablen Bereich (Stand 2002) Schul- und Lehr- material (DMFC+PEMFC) DMFC PEMFC Helio- centris H-tec H-tec industrial Ballard Power Axane FC Power Systems h2-inter power Manhattan Scientific Smart Fuel Cell Schwabach Nexa-Module 1,2 kWel tubuläre BZ, Sitz München Toshiba International FC: 51% Toshiba, 49 % UTC Fraunhofer ISE ZSW 100%ige Tochter von Air Liquide Motorola Toshiba TIFC Samsung ZBT FZJ NEC Kooperation/Beteiligung eigene Stackentwicklung Aktivitäten bei weiteren Herstellern von „4C“ Produkten (Camcorder, cell phones, computers, cordless tools) Forschungsinstitute mit Demonstrationsprojekten

  21. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Brennstoffzellenstrategien von Automobilherstellern Enge Kooperation aber jeweils eigene Stackentwicklung Französische Forschungsinitiative Pkw Sparte bei Ford Enge Kooperation 33 % Anteil an Mazda GM/Opel Toyota Nissan Renault PSA Volvo Ford Mazda EvoBus FIAT Irisbus VW DC Mitsubishi Daihatsu Hyundai BMW Honda UTC Delphi Nuvera Ballard Plug Power Celanese Kooperation/Beteiligung eigene Stackentwicklung Einzelne Stacks geliefert Feste Lieferverträge

  22. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Hintergrund zum Projekt „Anforderungen an das Handwerk ... • Zukunftsinvestitionsprogramm (ZIP) der Bundesregierung • BMWA-Initiative BERTA (Brennstoffzellen – Entwicklung und • Erprobung für stationäre und mobile Anwendungen) • BERTA gliedert sich in: • 1. Industrialisierung der Zellen • 2. Genehmigung und Normung • 3. Infrastruktur • 4. Aus- und Weiterbildung/Öffentlichkeitsarbeit • Im Bereich Aus- und Weiterbildung/Öffentlichkeitsarbeit • Zusammenarbeit des HPI-Konsortiums mit den Demonstrationszentren: • ZSW (Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung) Ulm • FZ (Forschungszentrum) Jülich

  23. Betroffene Handwerksberufe Installateur und Heizungsbauer Elektrotechniker Kfz-Techniker Schornsteinfeger Bisherige Tätigkeiten (herkömmliche Technik) Installation Wartung Überprüfung Reparatur/Austausch Beratung/Verkauf Zukünftig: teilweise Substitution der herkömmlichen Technik Zusätzliche Anforderungen Verlagerung von Aufgabenschwerpunkten Analyse der Ausgangssituation bei der BZ-Einführung 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk

  24. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Projektdesign „Anforderungen an das Handwerk ...“ Identifizierte Handlungsfelder • Ermittlung der Anforderungen der BZ-Technologie • Initiierung von Informations- und Erfahrungsaustausch • Stärkung der Position des Handwerks • Feststellung der potenziellen Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt • Vorbereitung von Weiterbildungsmaßnahmen • Beratung beim Aufbau von Demozentren für das Handwerk • Empfehlungen für die Überarbeitung von - Berufsbildern • - Meisterprüfungsordnungen • - Ausbildungsordnungen

  25. Projekt-Aktivitäten „Anforderungen an das Handwerk durchdie Innovation Brennstoffzelle“ 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Multiplikatorenschulung und Information • Aufbau eines BZ-Bildungsportals unter Beteiligung von ZSW Ulm und FZ Jülich • Experteninterviews mit Herstellern von • Brennstoffzellen-Heizanlagen • mobilen Brennstoffzellen-Systemen • portablen Brennstoffzellen-Systemen • Experteninterviews mit • verschiedenen Energieversorgungsunternehmen • Fachverbänden (Kfz, SHK, Elektro, Schornsteinfeger) • innovativen Handwerkern • Datenerhebung bei beteiligten Akteuren hinsichtlich Betrieb, Wartung, Service der Feldversuchsanlagen

  26. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Potenzielle Veränderung der Zulieferstruktur im Kfz-Bereich

  27. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Potenzielle Veränderung der Komponentenstruktur* (Kfz) 100% 4% 5% Tank 4% 90% 20% 11% Abgasanlage 80% 21% 4% 16% Kühlsystem 70% 9% 60% 24% Getriebe 22% Anteil an Kosten des Antriebstranges 12% 50% Fahrzeugelektrik 40% 17% Elektronik 30% VM bzw. Stack u. 45% 45% 20% Gaserzeugung 31% * Die Gesamtkosten für den Brennstoffzellenantrieb wurden um 50 % höher angenommen, als die Kosten für einen Ottomotor. 10% 0% Brennstoffzelle Verbrennungs- Brennstoffzelle Methanoltank motor Wasserstofftank

  28. 1.Es sind strukturelle Veränderungen der Wirtschaft, die neue Rahmen­ bedingungen schaffen und das alte Selbstverständnis des Handwerks verändern, und nicht einzelne Technologien wie die Brennstoffzellentechnik. 2. Das Handwerk muss pro-aktive interne Lösungsansätze entwickeln, um neuen Wettbewerbsstrukturen frühzeitig begegnen zu können. 3. Das Handwerk sollte sich zur eigenen Stärkung zunächst intern abstimmen. 4. Das tradierte Rollenverständnis des Handwerks muss überwunden werden. 5. Die Entwicklung eines neuen Rollenverständnisses im Handwerk ist umgehend vorzubereiten. 6. Die Bildung von Netzwerkstrukturen kann die Entwicklung eines neuen Rollenverständnisses unterstützen. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk 6 Thesen zu den Auswirkungen auf das Handwerk

  29. Vorbereitende Aktivitäten im Handwerk 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Fachverbände und Kammern • Auseinandersetzungen mit neuen Energiemarktstrukturen • Untersuchung der Auswirkungen auf einzelne Gewerke bzw. deren Zusammenwirken • Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen abstimmen und entwickeln • Gemeinsam frühzeitige Gespräche mit Energieversorgern suchen • Handwerksunternehmen • Grundsätzliche Aufgeschlossenheit gegenüber neuen Entwicklungen • Aktive Informationsbeschaffung • (Internet, Handwerks- oder Herstellerseminare) • Frühzeitige Beteiligung an innovativen Pilotprojekten gemeinsam mit neuen Akteuren

  30. Zu erwartende Arbeitsergebnisse des Projektes 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Bereitstellung von Informationsmaterialien für Berater und Handwerker über Internet • Schulungen der Technologie- und Innovationsberater • Initiierung einer Informationskampagne im Handwerk • Abschätzung der arbeitsmarktpolitischen Bedeutung • Empfehlungen für die Öffentliche Hand • Unabhängige Information und Beratung • Förderung von Kooperationen innerhalb des Handwerks und auch mit der Wissenschaft • Empfehlungen bzgl. der zielgruppengerechten Entwicklung von Lehrmaterialien • Empfehlungen bzgl. der Veränderungen der Berufsordnungsmittel

  31. Information/Erfahrungsaustausch des Handwerks über aktuelle Entwicklungen Spiegelung der BZ-Projektergebnisse Erfassung bestehender Aktivitäten Erörterung der weiteren Arbeit des Forums Erarbeitung eines gemeinsamen Positionspapiers Ziel:Plattform für alle Handwerksbereiche bundesweit 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk Forum „Netzwerk Brennstoffzelle im Handwerk“

  32. Brennstoffzellentechnik ist akzeptiert, aber... 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk • Heizungsanlagenhersteller sprechen seit kurzem von 2010 als Zeitpunkt für die kommerzielle Einführung der BZ-Technologie (Technologische Weiterentwicklungen und erforderliche Kostenreduktion) • Kraft-/Brennstoff-Infrastrukturfrage wurde unterschätzt • Synergien wurden bisher nur in Ansätzen genutzt • Dynamik im Ausland ist unerwartet groß • Grundlagen- und Anwendungswissen um Brennstoffzellen in der EU ist fragmentiert

  33. 1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk www.hpi-hannover.de/brennstoffzelle

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