Das Diagnosepotenzial bei Brennstoffzellenfehlern
Brennstoffzellen sind elektrochemische Umwandlungsgeräte, die die in chemischen Verbindungen gespeicherte Energie verbrennungsfrei in elektrische Energie umwandeln. SOFC können mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden und deren hohe Betriebstemperatur produziert heiße Abgase, die in gekoppelten Kreisläufen wie etwa KWK-Systemen genutzt werden können. Eine der zentralen Herausforderungen für eine Marktimplementierung in Mikro-KWK-Systeme ist ein Mangel an SOFC-Diagnosemethodologien für die Fehlerreduzierung, für eine längere Nutzungsdauer und für eine Senkung der Betriebskosten. Ein großes europäisches Konsortium startete das Projekt GENIUS (Generic diagnosis instrument for SOFC systems), um die Durchführbarkeit eines generalisierten Ansatzes zur Schließung dieser Lücke zu untersuchen. Durch die Unterstützung der EU versuchten die Wissenschaftler unter Anwendung einfacher Messergebnisse und deren Abweichung von Kontrollparametern ein generisches Tool für die Diagnose des Zustands einer festen Oxidbrennstoffzelle herzustellen. Die Komplexität des SOFC-Systems erschwert derzeit das Testen von Parametern im Zusammenhang mit den internen Bestandteilen eines Speichers. Die entstandenen Modelle sind zudem zu kompliziert für eine Echtzeitanwendung. Die Forschungspartner verglichen zwei verschiedene Diagnoseansätze. Beide wurden jeweils für eine Kompatibilität mit Online- und Offline-Modi entworfen. Für den ersten Fall liegt das zentrale Anliegen in der Anlagensicherheit und in der Einhaltung von Vorschriften. Die Offline-Diagnostik ist für die Planung von Wartungsarbeiten und Reparaturen von Bedeutung. Elektrochemische Impedanzspektroskopiedaten von einem echten kommerziellen SOFC-System lieferten einen wichtigen Input für die Entwicklung der beiden Modellierungsansätze. Der erste Ansatz basierte auf einer vergleichenden Analyse von Rückständen, die im Zuge von Experimenten gemessen wurden und vorhergesagt worden waren. Falls Rückstände einen vorab festgelegten Grenzwert überschritten, wurde ein Fehler erkannt. Der zweite Ansatz gründete auf einer Erkennung von Mustern. Zustandsindikatoren wurden aus gemessenen Signalen abgeleitet und entsprechend deren mathematischem Verhalten oder Musterveränderungen klassifiziert. Die Forschung verdeutlichte die Tatsache, dass jeder Partner aus dem Bereich der Industrie ein eigenes Anforderungsprofil für ein solches Tool aufweist und dass die Herstellung einer generischen Anwendung hierdurch sehr schwierig ist. Des Weiteren ist für dessen geplante Verwendung im Bereich der sicherheitskritischen Diagnostik weitere erhebliche Forschungsarbeit zur Bestimmung von Grenzwerten erforderlich. Dies ist ein Grund dafür, dass die aktuellen Diagnosesysteme eher konservativ sind. Die Partner kamen zu dem Schluss, dass ein solches Tool sehr hilfreich ist, dieses jedoch besser auf individueller, als auf generischer Grundlage entwickelt werden sollte.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellenfehler, SOFC, Fehlererkennung, CHP-Systeme, Diagnostik
