Postępy w rozwoju układów μ-CHP z ogniwami paliwowymi

• Autorzy: Jewulski, J. , Kupecki, J. , Błesznowski, M.

Warianty tytułu

EN

Progress in development of μ-chp systems with fuel cells

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Technologia ogniw paliwowych umożliwia zmniejszenie emisji zanieczyszczeń oraz oszczędności energii i kosztów eksploatacji. Układy μ-CHP oparte na technologii ogniw paliwowych zaczynają stanowić, w chwili obecnej, w postaci instalacji demonstracyjnych, jeden z elementów składowych europejskiego systemu energetycznego. Obecnie, w trakcie realizacji jest kilkanaście europejskich programów badawczo-rozwojowych poświęconych technologii μ-CHP z ogniwami paliwowymi. Układy te charakteryzują się sprawnością elektryczną do 60% (LHV), już w zakresie mocy pojedynczych kilowatów (1-5 kW). Osiągi układów opartych na technologii ogniw paliwowych są konkurencyjne w stosunku do pozostałych technologii, np. opartych na silnikach wewnętrznego spalania lub silnikach Stirlinga. Jednostki z ogniwami stałotlenkowymi są przy tym układami wielopaliwowymi. Biorąc pod uwagę straty przesyłu energii, oszczędności paliwa w przypadku energetyki rozproszonej są znaczące w stosunku do rozwiązań konwencjonalnych. Możliwe są działania prosumenckie, w których z wykorzystaniem inteligentnego licznika, możliwy jest dwukierunkowy przesył energii elektrycznej. W analizie porównawczej typoszeregu układów μ-CHP szczególne znaczenie odgrywa jednostka μ-CHP/SOFC zasilana paliwem otrzymanym z reformingu parowego gazu ziemnego. Przeprowadzone analizy wskazują, iż właściwie zintegrowany cieplnie układ μ-CHP pokrywa zapotrzebowanie domu jednorodzinnego na energię elektryczną oraz ciepłą wodę użytkową. Prace w kierunku rozwoju wysokosprawnych jednostek kogeneracyjnych z ogniwami SOFC prowadzone są również w Instytucie Energetyki. Działania w tym zakresie skoncentrowane są na optymalizacji osiągów wybranych elementów konstrukcyjnych układu μ-CHP/SOFC, badaniach symulacyjnych i eksperymentalnych oraz wspłówdziale w instalacjach demonstracyjnych.

EN

Fuel cell technology enables energy savings, reduction of emissions and decrease in operating costs. The micro-CHP systems based on fuel cell technology are becoming, for now in the form of demonstration installations, one of the components of the European energy supply system At present, there are numerous European research and development projects targeting micro-CHP and fuel cell systems. These systems are characterised with high electrical LHV efficiency of up to 60%, already in the range of single kilowatts (1-5 kW). Performance of systems based on fuel cells is competitive with performance offered by other potential technologies such as Stirling engines and internal combustion engines. Demonstrated high efficiency of μ-CHP/SOFC units fuels interest in their implementation in distributed power generation. There are meaningful fuel savings realized, relative to traditional power generation, when transmission losses are taken into account. In addition, prosumer solutions are possible with the use of intelligent meters enabling bidirectional transmission of electricity. In the comparative analysis of μ-CHP system, particular attention is drawn by μ-CHP/SOFC system fuelled with steam reformed natural gas. The results of analysis indicate that properly integrated μ-CHP system covers demand of a single family house for electric power and hot utility water. Research and development in high efficiency solid oxide fuel cell based cogeneration systems is also carried at the Instytut Energetyki. In particular, work is concentrated on performance optimization of the μ-CHP/SOFC system components, numerical simulations, experimental studies and participation in demonstration installations.

Słowa kluczowe

PL

ogniwa paliwowe; układy μ-CHP; energetyka rozproszona; sprawność elektryczna

EN

gas turbine air bottoming cycle; gas compressor; expander; compressor station; air heat exchanger

• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 1
• Strony: 11--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jewulski, J.

• Pracownia Ogniw Paliwowych, Instytut Energetyki w Warszawie

autor

Kupecki, J.

• Pracownia Ogniw Paliwowych, Instytut Energetyki w Warszawie

autor

Błesznowski, M.

• Pracownia Ogniw Paliwowych, Instytut Energetyki w Warszawie

Bibliografia

• [1] Komisja Europejska, Informacja o projekcie NG-SOFC-COGEN. Dostęp online: http://www.cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction=proj.document&PJ_RCN=4796281 (3 lipca 2013).
• [2] Komisja Europejska, Informacja o projekcie PROCON. Dostęp online: http://www.cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction=proj.document&PJ_RCN=463870 (3 lipca 2013).
• [3] Steinberger-Wilckens R., Bucheli O., De Haart L.G. J., Hagen A., Kiviaho J., Larsen J., Pyke S., Rietveld B., Sfeir J., Tietz F., Zahid M., Real-SOFC - A joint European effort to improve SOFC durability. ECS Transactions 2009, 25 (2), 43-56.
• [4] Komisja Europejska, Informacja o projekcie BIOFUCEL. Dostęp online: http://www.cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction=result.document&RS_LANG=ES&RS_RCN=13020307 (3 lipca 2013).
• [5] Vourliotakis G., Giannopoulosand D., Founti M., Potentials of Fuel Cells as μ-CHP Systems for Domestic Applications in the Framework of Energy Efficient and Sustainable Districts, XXIV Konferencja ECOS - Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems. Nowy Sad, Serbia, 4-7 lipca 2011.
• [6] Pfeifer T., Nousch L., Lieftink D., Modena S., System design and process layout for a SOFC micro-CHP unit with reduced operating temperaturas. International Journal of Hydrogen Energy 2013;38(1):431-439.
• [7] Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, Informacja o projekcie SOFT-PACT, Dostęp online: http://www.fch-ju.eu/project/solid-oxide-fuel-cell-micro-chp-field-trials (1 lipca 2013).
• [8] Politechnika Turyńska, Informacja o projekcie SOFCOM, Dostęp online: http://www.polito.it/sofcom (1 lipca 2013).
• [9] Dantherm Power, Informacja o projekcie ASTERIX 3, Dostęp online: http://www.asterix3.eu (1.07.2013).
• [10] University of Nottingham, Informacja o projekcie TriSOFC, Dostęp online: http://www. trisofc.com (1 lipca 2013).
• [11] FC-EuroGrid Project, Deliverable D4.2 (EIFER) - Distributed power integration into electricity grids (2012).
• [12] Pfeifer T., Noush L., Lieftink D., Modena S, System design and process layout for a SOFC micro-CHP unit with reduced operating temperaturas. International Journal of Hydrogen Energy 2013;38:431-439.
• [13] Staffel I., Green R, The cost of domestic fuel cell micro-CHP systems. International Journal of Hydrogen Energy 2013;38:1088-1102.
• [14] Pade L-L., Schroeder S. T., Fuel cell based micro-combined heat and power under different policy frameworks - An economic analysis. Energy Conversion and Management 2013; 66:295-303.
• [15] Staffel I., Ingram A., Kendall K., Energy and carbon payback times for solid oxide fuel cell based domestic CHP. International Journal of Hydrogen Energy 2012;37:2509-2523.
• [16] U.S. Department of Energy, 2011 Fuel cell technologies market report, DOE-EE-0755, 07.2012.
• [17] Carter D., Fuel Cell Residential Micro-CHP Developments in Japan. Fuel Cell Today Newsletter: 28.02.2012.
• [18] La Monica M., ClearEdge touts home fuel cell over solar panels. Fuel Cells Bulletin 2013;4:3-4.
• [19] Kupecki J., Milewski J., Jewulski J., Investigation of SOFC material properties for plant-level modeling. Central European Journal of Chemistry 2013;11(5):664-671.
• [20] Błesznowski M., Jewulski J., Zieleniak A. Determination of H2S and HCl concentration limits in the fuel for anode supported SOFC operation. Central European Journal of Chemistry 2013;11(6):960-967.

Uwagi

Badania sfinansowane zostały w ramach Programu Strategicznego NCBR „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii”, Zadanie 4 Opracowanie Zintegrowanych Technologii Wytwarzania Paliw i Energii z Biomasy, Odpadów Rolniczych i Innych oraz w ramach projektu z 7 Programu Ramowego FC-EuroGrid „Evaluating the Performance of Fuel Cells in European Energy Supply Grids”.