W artykule zostały przedstawione ogniwa paliwowe z opisem ich działania i własności. Zostały zaprezentowane dwa układy zbudowane z zastosowaniem ogniw paliwowych. Pierwszy zasilany jest wodorem, drugi pracuje będąc zasilanym metanolem jako podstawowym paliwem. Podczas opisu tych systemów szczególną uwagę zwrócono na część sterowania i nadzoru oraz część energo-elektroniczną.
EN
The paper presents fuel cells and describes their operation and properties. Two fuel cell-based systems are presented. One of them is hydrogen-fuelled, while the other has methanol as its primary fuel. In description of the systems, special attention is paid to the control and supervision and to the power electronics part.
Aktualnie jest rozwijanych wiele typów ogniw paliwowych, jednak z uwagi na brak sieci dystrybucji wodoru i osiągane sprawności, największe szanse wdrożenia przemysłowego mają ogniwa paliwowe wysokotemperaturowe oparte na stałych tlenkach (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells), które mogą one pracować z zastosowaniem paliw węglowodorowych. Stałotlenkowymi ogniwami paliwowymi, są ogniwa paliwowe w konfiguracji ESC (Electrolite Supported Cell). Ogniwa te jednak mają temperaturę pracy 850-1000 °C, co jest czynnikiem utrudniającym ich eksploatację. Aby uzyskać niższą temperaturę pracy ogniwa paliwowego (ok. 650 °C) oraz lepsze parametry elektryczne (mniejsza rezystancja) dąży się do zmniejszenia grubości warstwy elektrolitu do 1-30 um. Otrzymanie przegród ogniw paliwowych z tak cienkimi warstwami elektrolitów umożliwia wykonanie przegród w konfiguracji ASC (Anode Supported Cells), gdzie warstwą przenoszącą obciążenia jest warstwa anodowa. Celowym, zatem było realizowanie badań w kierunku wykonania proszku elektrolitowego o składzie: 6Sc-3Y-ZrO2, który pomimo słabej wytrzymałości mechanicznej ma bardzo dobre właściwości elektryczne (0,244 S/cm). Na tle dotychczasowych wyników prac innych autorów w artykule przedstawiono wyniki badań własnych dotyczących wytworzenia nanoproszku 6Sc-3Y-ZrO2 metodą współstrącania i obróbki hydrotermalnej celem zastosowania go na elektrolity jonowe Stałotlenkowych Ogniw Paliwowych w systemie Anode Supported Cell. Prezentowane wyniki badań mikrostrukturalnych proszku, jak i naniesionej warstwy elektrolitowej z tego proszku na podłożu anodowym NiO-3Y-ZrO2 wskazują na to, że otrzymano proszek o wielkości ziaren rzędu 100 nm (rys. 3 i 4). Efekt ten sprzyja opracowaniu technologii wytwarzania materiałów nanometrycznych z zastosowaniem do budowy elementów SOFC.
EN
Currently is developed many types of fuel cells, however in consideration of lack of distribution's network of the hydrogen and attained efficiencies, main chances to industrial initiating have high-temperature fuel cells based on solid oxides (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells)(they can work with the use of hydrocarboneous fuels). Currently most of all researches are made over fuel cells in the configuration ESC (Electrolite Supported Cell). However these fuel cells work in temperature 850-1000 °C what makes difficult of exploitation of this type of fuel cells. To obtain the lower operating temperature of fuel cell (approx. 650 °C) and better electric parameters (less resistance) one ought to pursue to decrease of thickness of the layer of the electrolyte to 1-30 mm. A method to obtain of membranes of fuel cells with so thin layers of electrolytes is the elaboration of technology of the realization of membranes in ASC (Anode Supported Cells) configuration where a mechanical stress is received by the anode layer. Advisable therefore was realizing of research toward to make of the electrolytic powder consists of: 6Sc-3Y-ZrO2 which in spite of low mechanical strength has very good electric properties (0.244 S/cm). Therefore against the background of former results of works of other authors have been introduced results of own research which concern producing of 6Sc-3Y-ZrO2 nanopowder with the coprecipitation and the hydrothermal method. Destination of these research is use this nanopowder for producing of ionic electrolytes Anode Supported Solid Oxide Fuel Cells (ACE-SOFC). Presented results of microstructural research of both the powder and deposited electrolite layer made of this powder on the anode NiO-3Y-ZrO2 support show that has been received the powder with size of grains on the level 100 nm (Fig. 2-3). This effect favours to the elaboration of the technology of the production of nanometric materials with destination to the construction of SOFC elements.
Dokonano przeglądu obecnie stosowanych i perspektywicznych ogniw paliwowych. Analiza właściwości wskazuje, że znaczne perspektywy zastosowań w tzw. "rozproszonej" energetyce mają ogniwa typów: SOFC (Solid Oxide Fuel Cells) oraz MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells).
EN
State of the art of fuel cells is presented. Analisys of their properties indicates, that significant perspective power engineering supply have fuel cells of SOFC and MCFC type.
Przekształcanie sieciowych spółek dystrybucyjnych w lokalne rynki energii elektrycznej kieruje uwagę na możliwości, które stwarza rozwój zdecentralizowanych źródeł ciepła i energii elektrycznej. Wśród dostępnych komercyjnie (lub bliskich konkurencyjności) technologii szczególną uwagę zwrócono ostatnio na ogniwa paliwowe będące już obecnie atrakcyjną dla inwestorów ofertą rynkową.
Problematyka magazynowania energii elektrycznej na szeroką skalę zaprzątała umysły wynalazców i konstruktorów od prawie dwóch stuleci. A że efekty tego były i są mierne świadczy choćby rozwój antyekologicznej motoryzacji spalinowej wraz z dominacją rynku paliw. Stąd nawiązanie do wynalazku Wiliama Grove'a z 1837 r i wzbogacenie go o przeszło półtorawiekowy dorobek postępu technicznego w dziedzinie zasobników energii pozwoliło na praktyczne otwarcie się energetyki na nowe przyjazne środowisku źródła energii elektrycznej, do których należą ogniwa paliwowe.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono fizykochemiczne podstawy działania ogniw paliwowych, odpowiadając na pytania: Czym jest ogniwo paliwowe? Skąd tak duże zainteresowanie ogniwami paliwowymi na całym świecie? Jakie są najważniejsze, wspólne elementy budowy ogniw paliwowych? Czym ograniczona jest wydajność ogniw paliwowych? W jakim obszarze rynku należy spodziewać się najwcześniej masowego wdrożenia ogniw paliwowych?
EN
A review with 15 refs. covering the reasons for the impetus to develop fuel cells, their structure and practical efficiency, and present-day market niches for fuel cells.
W Europie i na świecie dominują centralne systemy wytwarzania energii elektrycznej, w mniejszym stopniu scentralizowane jest wytwarzanie energii na cele grzewcze. Elektrownie i ciepłownie wymagają rozbudowanych systemów przesyłu, które pochłaniają duże nakłady na budowę oraz eksploatację i obarczone są dużymi stratami w przesyle. Sprawność polskich elektrowni wynosi ok. 35% i produkcja w nich energii elektrycznej obarczona jest dużymi stratami ciepła odpadowego. Wyższe sprawności osiągają elektrociepłownie. Jeszcze większe korzyści w postaci tańszej energii, bezpieczeństwa energetycznego i mniejszej emisji spalin oraz mniejszych strat przesyłowych może przynieść generacja rozproszona oparta na małych jednostkach wytwórczych o mocy od kilkunastu do kilkuset kW energii elektrycznej i cieplnej produkowanej w skojarzeniu. Mikro- i minigeneracja w układach położonych w bezpośrednim sąsiedztwie odbiorców energii może wykorzystywać także lokalne zasoby paliw, w tym biopaliw i energii ze źródeł odnawialnych, a nawet odpady komunalne.
W referacie autorzy wprowadzają w tematykę zasilania potrzeb własnych z uwzględnieniem zalet i wad takich układów. Przedstawiają nową propozycję układu zbudowanego w oparciu o ogniwa paliwowe. Zaprezentowane są dwa układy: jeden zasilany jest wodorem, drugi pracuje będąc zasilanym metanolem, jako podstawowym paliwem. Szczególnie dużo uwagi poświęcono części sterowania oraz nadzoru. Opisano interfejs użytkownika, który pozwala na prostą obsługę tak skomplikowanych systemów.
EN
The authors of the paper have introduced us to the subject matter relating to the supply for the own needs taking into account the advantages and disadvantages of such systems. They have presented a new proposal of a system made on the basis of fuel cells. There have been shown two systems, a hydrogen-operated one and a methanol-operated system; methanol as a basic fuel. It has been paid a special attention to control and supervision units. A user interface allowing such complex systems to be supported have been described.
Zanieczyszczenie środowiska oraz rzekoma groźba ocieplenia się klimatu Ziemi przyczyniły się do poszukiwań czystych a zarazem efektywnych metod wytwarzania energii napędzającej pojazdy. Jednym z najbardziej obiecujących w ostatnich latach rozwiązaniem okrzyknięto ogniwo paliwowe, jako bezemisyjny napęd elektryczny, w którym w wyniku reakcji wodoru z tlenem powstaje prąd elektryczny oraz ciepło, a jedynym bezpośrednim produktem pracy ogniwa jest para wodna. W artykule dokonano opisu rzeczywistych produktów emitowanych przez pojazd zasilany ogniwem paliwowym, ze szczególnym uwzględnieniem ilościowej analizy emisji dwutlenku węgla i porównano otrzymane wyniki z emisją C02 wynikającą z klasycznych silników spalinowych.
EN
Concern about environmental pollution together with the supposed danger of global warming has prompted research into clean and efficient methods of energy production for vehicle propulsion. One of the most promising solutions that has been cited in recent years is use of a fuel cell as an emission free electric drive. Through the reaction of hydrogen and oxygen, this produces an electric current and heat with the single direct chemical product being water vapour. This paper describes actual products emitted by a fuel cell powered vehicle, together with a detailed consideration of the quantitative analysis of the carbon dioxide emissions. The results have been compared with C02 emissions from conventional internal combustion engines.
W artykule opisano wodorowe ogniwa paliwowe, jako najbardziej zaawansowany technologicznie, alternatywny napęd pojazdów szynowych, o ogromnym potencjale rozwojowym. Scharakteryzowano obecny stan taboru oraz stan elektryfikacji sieci trakcyjnej. Zaprezentowano także krajowe i zagraniczne plany wdrożenia ogniw paliwowych i towarzyszące prace legislacyjne, ukierunkowane na stosowanie rozwiązań przyjaznych dla środowiska naturalnego.
The author starts her article by giving a defining what is a fuel cell. The energy efficiency, reliability and environmental benefits that are related to the fuel cells provide a basis for treating the fuel cells as the key technology for all methods of energy utilisation. Exceptional features of fuel cells make it a source of power for buildings, vehicles and various electronic equipment.
PL
Autorka zaczyna swój tekst od odpowiedzi na proste pytanie: co to jest ogniwo paliwowe? Sprawność energetyczna, niezawodność oraz korzyści dla środowiska przyrodniczego, jakie są związane z ogniwami paliwowymi, stanowią podstawę do traktowania ich jako technologii kluczowej dla wszystkich sposobów użytkowania energii. Wyjątkowe cechy ogniw paliwowych powodują, że mogą być z powodzeniem stosowane do zasilania domów, pojazdów, a także różnych urządzeń elektronicznych.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule, na przykładzie jednostki kwasu fosforowego PC25, starano się przeanalizować efektywność stosowania ogniw paliwowych w Polsce przy obecnych cenach gazu ziemnego, energii elektrycznej i ciepła. Próbowano zastanowić się, czy urządzenia te mają szansę na komercjalizację również w Polsce.
EN
In this article economical efficiency of fuel cells application under Polish conditions was analyzed making assumption natural gas, electricity and heat present prices. Author consider also if that system have a chance in common use in Poland.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zastosowanie wodoru jako nośnika energii było rozpatrywane w literaturze naukowej i technicznej już w latach 60. XX w. Obecna sytuacja geopolityczna oraz zmiana wektorów w globalnej gospodarce energetycznej doprowadziła do sytuacji, w której potencjalna zmiana nośników energii staje się znacznie bardziej realna niż w ostatnich dekadach. Zrozumienie zależności występujących w gospodarce wodorowej wymaga znajomości nie tylko wielu pojęć z zakresu energetyki, inżynierii i technologii chemicznej, ale też powoduje konieczność zrozumienia relacji i zależności pomiędzy poszczególnymi komponentami nowego systemu. W pracy przybliżono podstawowe relacje i zależności pomiędzy składowymi gospodarki wodorowej, wskazano przepływy i połączenia oraz zależności. W dalszej części przybliżono wybrany komponent wykonawczy (wykorzystujący wodór), jakim są ogniwa paliwowe. W kolejnych pracach zostaną przybliżone inne elementy tego złożonego systemu.
EN
The use of hydrogen as an energy carrier was considered in the scientific literature and technical literature as early as the 1960s. The current geopolitical situation and changing vectors in the global energy economy has led to a situation in which the potential change in energy carriers is becoming much more real than in recent decades. Understanding the interrelationships occurring in the hydrogen economy requires knowledge not only of many concepts in energy, engineering and chemical technology, but also makes it necessary to understand the relationships and dependencies between the various components of the new system. The paper introduces the basic relationships and dependencies between the components of the hydrogen economy, and identifies the flows and connections and dependencies. It goes on to introduce the selected executive component (using hydrogen), which is the fuel cell. Other components of this complex system will be approximated in subsequent work.
Artykuł stanowi przegląd potencjalnych, przyszłościowych źródeł energii, jakimi sq ogniwa paliwowe. Skupiono się na ogniwach wykorzystujących jako paliwo wodór. Jedną z największych przeszkód dla ich szerokiego wykorzystania jest kwestia magazynowania wodoru. Najpopularniejszą obecnie metodą jest magazynowanie gazowego wodoru pod wysokim ciśnieniem. W ostatnich latach pojawiła się interesująca alternatywa, polegająca na wykorzystaniu do przechowywania wodoru struktur metalicznych z dużą ilością defektów sieciowych. Badania wykazały, że możliwe jest uzyskanie nawet do 7%wag. wodoru względem masy metalu.
EN
This paper is an over view of potential, future energy sources, such as fuel cells. The focus was on hydrogen fuel cells. One of the biggest impediments to wide use of hydrogen fuel cells is the issue of hydrogen storage. The most popular method now is to store hydrogen gas under high pressure. In recent years, there has been an interesting metods is hydrogen storage in structures of metals with a large number of structural defects. Studies have shown that up to 7%wt. hydrogen with respect to the weight of metal can be achieved.
Artykuł prezentuje podstawowe problemy związane z wytwarzaniem oraz użytkowaniem polimerowych ogniw paliwowych. Ze względu na ich zalety: dużą sprawność, niską temperaturę pracy, szybką odpowiedź na zmienne obciążenie oraz możliwość uzyskiwania "czystej" energii, prowadzone są badania nad opracowaniem nowych materiałów i poznaniem mechanizmów zachodzących w czasie pracy ogniwa. Głównymi czynnikami uniemożliwiającymi komercyjne stosowanie ogniw jest ich wysoka cena oraz krótki czas życia. W Instytucie Elektrotechniki (IEL/OW) prowadzone są prace nad nowymi membranami polimerowymi na bazie PVDF. Badania mają na celu obniżenie kosztów wytwarzania elektrolitu do zastosowań w polimerowych ogniwach paliwowych. Do określenia wpływu warunków pracy ogniwa na parametry elektryczne stosowana jest zmiennoprądowa metoda spektroskopii impedancyjnej oraz pomiary stałoprądowe. Przedstawione zostały wyniki pomiarów parametrów ogniw zbudowanych na bazie nowoopracowanych materiałów.
EN
PEMFC's (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells) are very interesting on the point of view of theirs advantages and possibility of use as alternative energy sources and the most developing fuel cell type in recent years. In spite of uncountable advantages and many possibilities of application there are still limitations for commercialisation caused of high costs of production and relatively short life time. Better understanding of electrochemical reactions and mechanisms of charge transfer as well as investigation of influence of working conditions on the fuel cell parameters is essential for further development of reliable energy source. Existing production process barriers should be well known and overcame as soon as possible. In order to decrease price of PEMFC's new cost effective materials for fuel cell applications are needed. Presented preliminary research of new, elaborated in IEL/OW, materials for fuel cell applications are promising and tests results present influence of working conditions on the fuel cell parameters.
Przedstawiono analizę źródeł energii elektrycznej przeznaczonych do pracy w systemie energetyki rozproszonej z punktu możliwości ich działania pod zadaną strategię sterownia. Przedstawiono osiągalne obecnie poziomy sprawności, jednostkowe koszty inwestycyjne oraz wybrane charakterystyki ruchowe. Określono główne ograniczenia w zastosowaniach wybranych źródeł w systemie energetyki rozproszonej.
Uważni czytelnicy w dwóch poprzednich wydaniach „Elektroinstalatora” mieli okazję zapoznać się z zaletami wodoru, wodorem jako paliwem przyszłości jak również sposobami jego produkcji. W obecnej odsłonie sagi wodorowej przedstawimy sposoby wytwarzania energii elektrycznej z wodoru przy użyciu ogniw paliwowych.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.