Operational characteristics of 36kw PEMFC-CHP unit

• Autorzy: Milewski J. , Wołowicz M. , Badyda K. , Misztal Z.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyki ruchowe elektrociepłowni z polimerowym ogniwem paliwowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents operational characteristics of start-up and shut-down of a 30kW micro Combined Heat and Power (ž-CHP) system. The main objective of the ž-CHP unit is to introduce the novel concept of a Polymeric Electrolyte Membrane Fuel Cell based CHP (ž-CHP-PEMFC) system able to supply heating (heating and sanitary water), cooling and electricity. Whereas the plant description was provided in the previous paper (Rynek Energii 5(90) 2010), the objectives of this paper are the main aspects of the start-up and shut-down procedures which were performed in situ. The plant is composed of three main units: reformer, CO oxidizer (reactor "water gas shift" and oxidation reactor - "prox"), and PEMFC. The sequence of the start-up procedure is as follows: heating up the reformer and CO oxidizer to a temperature of 700-800°C. A double-fuel burner is used to heat up the reformer. Then composition of the gas leaving the reformer is then checked. The outlet gas from the first part of the reformer (called syngas) contains about 5% CO, which is destructive for fuel cells such as PEM. The maximum acceptable level of CO in fuel for this category of fuel cell is approximately 25ppm. In the second part of the reformer, CO is reduced in catalytic reactions. This is the most difficult and time-consuming process due to the high sensitivity and inertia of the whole cycle. After adjusting some parameters, much time is needed to stabilize the process and check the results of the changes. After achieving the required CO levels in syngas, the control valve can be opened to feed the fuel cell and start production of combined heat and power.

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę operacyjną rozruchu i odstawienia mikro elektrociepłowni (ž-CHP) o mocy elektrycznej 30kW z polimerowym ogniwem paliwowym (PEMFC). Głównym celem jednostki ž-CHP jest zabezpieczenie potrzeb termicznych (ogrzewanie oraz ciepła woda użytkowa) i elektrycznych konkretnego obiektu. Szczegółowy opis obiektu został przedstawiony w poprzednim artykule (Rynek Energii 5 (90) 2010). W niniejszym artykule zostały poruszone główne aspekty procedur rozruchu i odstawienia, które były wykonywane podczas testów obiektu. Obiekt składa się z trzech głównych zespołów: reformera parowego metanu, układu redukcji (dopalania) CO i polimerowego ogniwa paliwowego - PEMFC. Procedura rozruchu jest następująca: wygrzewanie reformera i układu dopalania CO do osiągnięcia poziomu temperatury 700-800°C za pomocą dwupaliwowego palnika. Po ustabilizowaniu się temperatury gazu wylotowego z reformera (tzw. gaz syntezowy) należy zbadać zawartość CO, która powinna wynosić około 5%. Jest to wartość, która działa niszcząco na ogniwa paliwowe, takie jak PEM. W przypadku tej kategorii ogniw paliwowych dopuszczalny poziom CO w paliwie wynosi maksymalnie ok. 25ppm. W dalszej części reformera (układzie dopalania) zmniejsza się poziom CO podczas reakcji katalitycznych. Jest to najbardziej trudny i czasochłonny proces ze względu na wysoką czułość i bezwładność całego układu. Po zmianie niektórych parametrów potrzeba dużo czasu aby proces się ustabilizował na tyle, by móc sprawdzić i ocenić skutek tej zmiany. Po osiągnięciu wymaganego poziomu CO w gazie syntezowym można otworzyć zawór zasilający ogniwo paliwowe i zacząć produkować energię elektryczną i cieplną.

Słowa kluczowe

EN

Polymer Exchange Membrane Fuel Cell; combined heat and power (CHP)

PL

polimerowe ogniwa paliwowe; elektrociepłownia

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 1
• Strony: 150--156
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Milewski J.

autor

Wołowicz M.

autor

Badyda K.

autor

Misztal Z.

• Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• [1] Baschuk J.J., Li, X.: Carbon monoxide poisoning of proton exchange membrane fuel cells. International Journal of Energy Research, 2001. 25: p. 695-713.
• [2] Budzianowski W.M.: Role of catalytic technologies in combustion of gaseous fuels. Rynek Energii, 82(3), 2009, p. 59-63.
• [3] Edwards T.A.: A Parametric Study of Stack Performance for a 4.8kW PEM Fuel Cell Stack. 2010. Master of Science: p. 97.
• [4] Milewski J., Badyda K., Misztal Z., Wołowicz M.: Combined Heat and Power Unit Based on Polymeric Electrolyte Membrane Fuel Cell in A Hotel Application. Rynek Energii, no. 5 (90), 2010, p. 118-123.
• [5] Milewski J., Miller A., Dmowski A., Biczel P.: The control strategy for a solid oxide fuel cell hybrid system. Orlando, Florida, USA, 2009.
• [6] Milewski J., Świrski K.: Modelling the SOFC behaviours by artificial neural network. International Journal of Hydrogen Energy, 2009. 34(13): p. 5546-5553.
• [7] Milewski J., Świrski K., Santarelli M., Leone P.: Advanced Methods of Solid Oxide Fuel Cell Modeling. London, 2011.
• [8] Mohamed A., Nizam M., Salam A.A.: Performance evaluation of fuel cell and microturbine as distributed generators in a microgrid. European Journal of Scientic Research, 2009. 30: p. 554—570.
• [9] Oszcipok M., Zedda, M. Hesselmann, J., Huppmann M., Wodrich M., Junghardt M., Hebling C.: Portable proton exchange membrane fuel-cell systems for outdoor applications. Journal of Power Sources, 2006. 157(2): p. 666-673.
• [10] Shields E.B.: Performance Modeling Of A H2-Fueled Proton Exchange Membrane Fuel Cell. 2007. Master of Science: p. 121.
• [11] Sisworahardjo, N.S. Yalcinoz, T., El-Sharkh M.Y., Alam M.S.: Neural network model of 100 W portable PEM fuel cell and experimental verification. International Journal of Hydrogen Energy, 35(17): p. 9104-9109.