Die Coca Cola Amatil in Dietlikon sucht derzeit nach Lösungen zur Sanierung ihrer Heizzentrale. Zur Diskussion steht dabei die Realisierung einer Wärmekraftkopplungsanlage. In unserer Diplomarbeit untersuchten wir dahingehend die Realisierbarkeit und die Wirtschaftlichkeit einer entsprechenden Anlage.In einem ersten Schritt trugen wir sämtliche Grundlagen zur Projektierung einer Wärmekraftkopplungsanlage zusammen und brachten diese in eine geeignete Form. Es handelte sich dabei nebst den technischen Eckdaten auch um finanzielle und bauliche Voraussetzungen.Ausgehend von den Grundlagen, dimensionierten wir vier verschiedende Anlagenvarianten. In einem anschliessenden Vergleich zeichnete sich die wärmegeführte Einmodulanlage als geeignetste Lösung ab. Es handelt sich dabei um ein ergasbetriebenes Blockheizkraftwerk mit Leistungen von 1063 kWth und 918 kWe und einer Vorlauftemperatur von 120C.In einem weiteren Schritt schätzten wir die Investitionskosten der neuen Anlage anhand der vorgängig eingeholten Offerten ab. Es entsteht eine Investitionssumme von SFr. 1226000. Diese Daten benötigten wir ausserdem für die nachträgliche Wirtschaftlichkeitsrechnung. Diese ergab eine Abzahlungsdauer der Investititon von 9,2 Jahren und spezifische Wärmeerzeugungskosten von 1.08 Rp./kWh sowie spezifische Stromerzeugungskosten von 8,25 Rp./kWh.Die Ergebnisse der Projektstudie zeigen, dass die Realisierung einer Wärmekraftkopplungsanlage grundsätzlich möglich ist. Die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist jedoch stark von den Änderungen der Stromtarife abhängig.

Das Technikum Winterthur ist seit kurzem im Besitz einer Festpolymer Brennstoffzelle. Die Aufgabe der Diplomarbeit umfasst die Inbetriebsetzung, die Ausmessung der charakteristischen Werte sowie die Realisierung eines Versuchsaufbaus der Brennstoffzelle.

In einem Testversuchsaufbau setzten wir die Brennstoffzelle in Betrieb und erfassten in diversen Messungen Strom, Spannung, Leistung und Temperaturen. Im Originalzustand leistete die Brennstoffzelle gerademal 60 mW.Das Einlegen der Membran in destilliertem Wasser, die Befeuchtung des zugeführten Wasserstoffs in der Zuleitung und das Abtasten der Leistungsspitze mit einer variablen Last legten die Leistungsspitze auf maximale 1,4 W fest. Nach der Besprechung mit einer Fachperson waren für uns die Möglichkeiten ausgeschöpft und der Verdacht eines Herstellerfehlers lag nah.

In Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut fertigten wir neue Membranen an und ermittelten in diversen Tests den Fehler: Die Dichtungen der Membran waren unterschiedlich dick und sorgten einseitig für einen hohen Übergangswiderstand, was die Eigenverluste erhöhte. Nach dem Einsetzen neuer Dichtungen leistete die Brennstoffzelle im Prüfstand am PSI bereits nach einer Betriebsstunde knapp 13 Watt.

Die positiven Resultate führten uns dazu, die Brennstoffzelle als Demonstrationsmodell und Versuchsobjekt am Technikum Winterthur zu präsentieren. Wir realisierten dazu einen mobilen Versuchsaufbau. Die Datenerfassung und die Regelung der Brennstoffzelle sowie die Darstellung der Messgrössen werden mit einer Visualisierungssoftware auf einem Rechner vorgenommen.

Die vorgegebenen Punkte sind vollständig realisiert. Die Brennstoffzelle kann ohne grosse Fachkenntnis mit der Versuchsanleitung im Versuchsaufbau in Betrieb genommen und ausgetestet werden.Der Versuchsaufbau steht von nun an den Studierenden am Technikum Winterthur zur Verfügung.