Ogniwa paliwowe komercyjne rozwiązania SOFC

Transkrypt

1

2 Ogniwa paliwowe komercyjne rozwiązania SOFC

3 Potencjalny zakres zastosowań ogniw SOFC generatory stacjonarne domowe CHP zdalne zasilanie komercyjne CHP energetyka rozproszona przemysłowe CHP elektrownie generatory mobilne wojskowe inne zastosowania komunikacja generatory APU zasilanie pociągów zasilanie statków inne zastosowania sensory tlenu produkcja czystego tlenu produkcja przemysłowa tlenu CHP Combined Heat and Power: generator ciepła i prądu APU Auxiliary Power Unit: pomocnicza jednostka mocy S.C. Singhal, K. Kendall High Temperature Solid Oxide Fuel Cells: Fundamentals, Design and Applications, Elsevier 2003

4 Komercjalizacja nowych technologii: wyzwania dla SOFC Aby uzyskać wysoką efektywność pracy (60-70%) generatorów opartych na ogniwach SOFC, oprócz modułu ogniwa konieczne jest zastosowanie układu odzysku ciepła czy turbiny gazowej. schemat modułu 50 kw z odzyskiem ciepła sprawność elektryczna 45% powietrze sprawność całkowita 80% bojler parowy do odzysku ciepła SOFC gazy wylotowe gaz ziemny inwerter para zasilanie wodą Development of SOFC for Products, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

5 Komercjalizacja nowych technologii: wyzwania dla SOFC schemat modułu 20 MW z turbiną gazową sprawność całkowita 60% inwerter gaz ziemny SOFC sprężarka powietrza powietrze turbina gazowa gazy wylotowe Development of SOFC for Products, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

6 Komercjalizacja nowych technologii: wyzwania dla SOFC schemat modułu 700 MW z turbiną gazową i parową sprawność całkowita 70% inwerter turbina parowa gaz ziemny skraplacz SOFC sprężarka powietrza powietrze turbina gazowa bojler parowy do odzysku ciepła gazy wylotowe Development of SOFC for Products, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

7 Komercjalizacja nowych technologii: wyzwania dla SOFC elektrownia węglowa ze zgazyfikowaniem węgla i ogniwem SOFC sprawność całkowita 60% zasobnik węglowy węgiel układ do zgazowania węgla wymiennik ciepła układ do odpylania układ do odsiarczania inwerter turbina parowa 1* skraplacz SOFC sprężarka powietrza do 1* rozdrabniacz żużel gaz wlotowy do układu zgazowania pył osadowy powietrze turbina gazowa bojler parowy do odzysku ciepła gazy wylotowe Development of SOFC for Products, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

8 Komercjalizacja nowych technologii: wyzwania dla SOFC stan obecny technologii SOFC obniżenie kosztów systemu (< 400 $/kw) demonstracja działania (kilkadziesiąt tysięcy godzin) identyfikacja rynków niszowych rynek zbytu wczesny rynek zbytu otchłań Szeroka komercjalizacja (otwarcie dużego rynku zbytu) wymaga przekonania pragmatyków G.A. Moore Crossing the Chasm, HarperBusiness, 1991

9 Komercyjnie dostępna jednostka μ-chp CFCL BlueGen

10 Komercyjnie dostępna jednostka μ-chp CFCL BlueGen 1) Moduł SOFC 2) Układ uzdatniania wody 3) Układ oczyszczania gazu 4) Układ zarządzania i konwersji generowanej mocy Zasilanie gazem ziemnym Maksymalna moc (elektryczna) 2kW Maksymalna moc cieplna 300-1kW (zależnie od obciążenia elektrycznego) Emisja CO 2 340g/kWh

11 CFCL BlueGen

12 CFCL BlueGen

13 CFCL BlueGen stos ogniw układ zasilania gazem Przewidywany czas życia lat IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

14 CFCL BlueGen materiały ogniwo interkonektor ramka support anodowy anoda elektrolit Stos planarny, support anodowy Anoda: cermet NiO/YSZ Elektrolit: YSZ Katoda: LSM Temperatura pracy ok. 780 C Grubość pojedynczego ogniwa ok μm katoda IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

15 CFCL BlueGen Zautomatyzowana linia produkcyjna (składanie modułów), Heinsberg, Niemcy (ukończona pod koniec 2009r.) Zdolność produkcyjna jednostek na rok W kwietniu 2010 firma uzyskała znak CE (certyfikat bezpieczeństwa produktu wg dyrektywy UE konieczny, aby sprzedawać produkt w Unii) IX EFCF, IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

16 Komercyjnie dostępna jednostka staxera ISM Moce produkcyjne firmy 500 szt./rok (możliwość rozbudowy do szt./rok w ciągu 2 lat) Wyprodukowano już 400 szt. Dane testowe dla czasów > godz. Gwarancja czasu pracy do godz. Dostępność w 8 tyg. IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

17 Komercyjnie dostępna jednostka staxera ISM Stos planarny, support elektrolitowy Ogniwa H.C. Starck ESC2 Anoda: cermet CGO/YSZ Elektrolit: 3YSZ ( μm) Katoda: LSM Temperatura pracy ok. 800 C 60 ogniw w stosie Napięcie 42V Moc 1.1 kw

18 Komercyjnie dostępna jednostka staxera ISM Prototypowy μ-chp firmy Vaillant bazujący na module ISM IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

19 Pre-komercyjnie dostępna jednostka Hexis Galileo 1000N

20 Pre-komercyjnie dostępna jednostka Hexis Galileo 1000N 42 stanowiska testowe w Niemczach i Szwajcarii w domach jednorodzinnych strona internetowa sprzedawcy

21 Generator Wärtsilä WFC20 Jednostka zainstalowana na zamkniętym składowisku odpadów w Vaasa, Finlandia. Zasilanie w gaz powstający z rozkładu (śmieci), charakteryzujący się dużą zmiennością składu (30-50 % CH 4, % CO 2, i azot). IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

22 Generator Wärtsilä WFC20 METHAPU Generator WFC20 zasilany metanolem zainstalowany na statku Wallenius Wilhelmsen. Generatory o mocy 50 kw a następnie 250 kw na drodze do komercjalizacji. dokument Wärtsilä Fuel Cell Development

23 Generator Wärtsilä WFC50 mkii IV Szkoła Letnia

24 APU Delphi APU zasilane olejem napędowym (< 3 ppm S) Waga 110 kg Moc 3-5 kw (założenia w 2010) IX EFCF, Lucerna, VI/VII 2010

25 APU Delphi Temperatura pracy stosu 750 C 30 ogniw dokument SOFC Technology R&D Needs, Delphi

26 APU Delphi Model 5 kw testowany w ciężarówkach Delphi

27 CeresPower nowa technologia ogniw SOFC w praktyce

28 CeresPower generator CHP dla potrzeb domowych

29 Podsumowanie Szeroką komercjalizację ogniw SOFC należy wiązać z generatorami APU i μ-chp oraz elektrowniami bazującymi na zgazowaniu węgla i ogniwach SOFC. Pojawiają się pierwsze dostępne komercyjnie rozwiązania oparte o ogniwa SOFC, jednak ich koszt stanowi jak na razie zasadniczą barierę w rozwoju rynku. Technologia SOFC jest nadal słabo dopracowana, brak długoterminowych badań (rzędu 5 lat ciągłej pracy) generatorów. Konieczne znaczne wsparcie finansowe w dalszym rozwoju technologicznym, który potrwa zapewne kolejne kilka - kilkanaście lat, przed osiągnięciem statusu technologii dojrzałej. Nie należy zapominać o rozwijających się konkurencyjnych technologiach ogniw paliwowych oraz innych, które posiadają przewagę kilku - kilkunastu lat rozpatrując aspekt dostępności na rynku.

30 Podsumowanie Szeroko zakrojone programy pilotażowe i testy (np. w domach jednorodzinnych) generatorów SOFC wskazują na zasadność rozwoju tej technologii. Szeroka komercjalizacja technologii SOFC może nastąpić w tym dziesięcioleciu. W zakresie μ-chp możliwość konkurencyjności technologii względem obecnie istniejących prawdopodobnie po roku 2015(?).