IEA Advanced Fuel Cells (AFC): Annex 25 "Fuel cell systems for stationary application" (Subtask 5: Status of large fuel cells – market and demonstrations)

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/500048

Final report (German)

Brennstoffzellen sind eine der vielversprechenden Technologien zur Erzeugung von Strom aus der Umwandlung von chemischen Energieträgern. Anwendungen werden für den Mobilitätsbereich, in portablen Geräten oder in stationären Einsatz gesehen. Im Rahmen der Energie Techologie Netzwerks der IEA befassen sich eine Arbeitsgruppe mit dem Thema. In 6 Untergruppen werden die Technologie und die Einsatzmöglichkeiten von Brennstoffzellen diskutiert und untersucht. Der Annex 25 beschäftigt sich mit der stationären Anwendung und im Subtask 5 der Status von grossen Brennstoffzellen. Die bisher erfolgreichste Brennstoffzelleninstallation wurde in Birsfelden realisiert und 2000 in Betrieb genommen. Die 200 kWe Anlage ist eine PAFC von UTC. Sie war während 40‘000 Stunden in Betrieb und erreichte einen elektrischen Wirkungsgrad von 40 %. Ein „Nachfolgeprojekt“ wurde 2010 in Betrieb genommen. Die 230 kWe Anlage ist eine MCFC basierend auf der Stacktechnologie von Fuel Cell Energie aber von MTU Onsite Energy in Deutschland gebaut. Die PAFC und die MCFC sind auch 2013 noch die Anlagen, die bei den grösseren Brennstoffzellen am meisten installiert werden und damit den grössten Markterfolg haben. Der Durchbruch ist trotzdem noch nicht geschafft. MTU Onsite Energy hat ihre Aktivitäten beendet und UTC eine der Pionierfirmen hat den gesamten Brennstoffzellenbereich verkauft. Neue Anbieter wie Bloom Energy zeigen hingegen Erfolge mit SOFC in Marktnischen (Datacenter). Andere Entwickler von grossen SOFC sind bieten bisher keine Produkte an. Im Vergleich zur verbrennungsbasierten Stromerzeugung, zeigen die Brennstoffellen im vergleichsweise kleinen Leistungsbereich elektrische Wirkungsgrade von 40 % – 50 % bei sehr geringen Emissionen. Verbrennungsmotoren erreichen mit Zusatzkomponenten (Abwärme-Verstromung) ähnliche Werte habe aber bei höheren Leistungen erheblich geringere Dimensionen und Gewichte. Die grossen Brennstoffzellen zeigen Verbesserungen, aber es besteht noch ein weiterer Entwicklungsbedarf.

Final report (English)

Fuel cells are one of the promising technologies for generating electricity from the conversion of chemical energy sources. Applications are seen for the mobility sector, in portable devices or in stationary use. Within the framework of the Energy Technology Network of the IEA, a working group (Implementing Agreement) is dealing with the topic. Six subgroups (Annexes) are discussing and investigating the technology and possible applications of fuel cells. Annex 25 deals with stationary applications and Subtask 5 with the status of large fuel cells. The most successful fuel cell installation to date was realized in Birsfelden and commissioned in 2000. The 200 kWe plant is a PAFC (Phosphoric Acid) from UTC (United Technology Coorperation). It was in operation for 40'000 hours and achieved an electrical efficiency of 40 %. A "follow-up project" was commissioned in 2010. The 230 kWe plant is an MCFC (Molten Carobonate) based on the stack technology of Fuel Cell Energy but built by MTU Onsite Energy in Germany. In 2013, the PAFC and the MCFC are still the systems that are installed the most among the larger fuel cells and thus have the greatest market success. Nevertheless, the breakthrough has not yet been achieved. MTU Onsite Energy has ended its activities and UTC one of the pioneering companies in this field has sold its entire fuel cell business. New suppliers such as Bloom Energy, on the other hand, are showing success with SOFC in market niches (data centers). Other developers of large SOFC are not offering products yet. Compared to combustion-based power generation, fuel cells in the comparatively small power range show electrical efficiencies of 40%-50% with very low emissions. Combustion engines achieve similar values with additional components (waste heat to electricity), but have considerably smaller dimensions and weights at higher outputs. The large fuel cells are showing improvements, but there is still a need for further development.

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• Schlussbericht [PDF] 1'566 kB