Villanyszerelők Lapja

Megújulók

A tüzelőanyag-cella III.

2011. július 8. | netadmin |  7450 | |

Az alábbi tartalom archív, 9 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Cikkünk előző két részében ismertettünk néhány egyszerűbb, alacsony hőmérsékletű tüzelőanyag-cellatípust, és – esetenként – felhasználási lehetőségüket a megújuló energiák alkalmazásának p style=/spanterületén. Történt tehát már néhány utalás a gyako...

Cikkünk előző két részében ismertettünk néhány egyszerűbb, alacsony hőmérsékletű tüzelőanyag-cellatípust, és – esetenként – felhasználási lehetőségüket a megújuló energiák alkalmazásának p style=/spanterületén. Történt tehát már néhány utalás a gyakorlati alkalmazásokra, de most mégis érdemes részletesebben visszatérni erre a kérdésre.

Természetesen jól hangzanak a fejlesztések indoklására felhozott előnyös tulajdonságok, mindazonáltal mégis az érdekel minket elsősorban, hogy az előzetes számítások és a sikeresnek tekintett laboratóriumi kísérletek, mérések után vajon hogyan vizsgáznak a gyakorlatban ezek a berendezések.

Lássuk tehát a tüzelőanyag-cellákat (beleértve a ma már inkább akkumulátornak nevezett vanádium-oxidos redox cellát) a gyakorlatban! Két konkrét létesítést vizsgálunk meg az alábbiakban.

USA, San Diego, 2011. Biogáz által táplált (hidrogénes) tüzelőanyag-cellás energiatermelő rendszer 4,5 MW összteljesítménynyel. A rendszer három különböző teljesítményű egységből áll, melyek egyenként 2,8 MW, 1,4 MW és 300 kW teljesítménnyel bírnak. A tisztított biogáz a Point Loma-i szennyvíztisztítóból származik, és csővezetéken jut el a három különböző helyszínen telepített, „ultra-tiszta villamos energiát” fejlesztő kiserőműhöz, ahol belőle hidrogéngázt állítanak elő, melyet végül a cellatömbök használnak fel. Ez egyben azt is jelenti, hogy San Diego városa, mint a szennyvíztisztító üzemeltetője, jelentős bevételhez jut.

Valamint a levegő minőségének megóvása is megvalósul, hiszen a hidrogénes tüzelőanyag-cella (lásd cikkünk korábbi részeit), illetve az egész, köré épített villamosenergia-termelő rendszer elhanyagolható mennyiségű káros anyagot bocsát ki a környezetbe. A biogáz „hagyományos” elégetéséhez képest ez annyival kevesebb szennyezőanyagot jelent, mintha egy városban egy évre 1136 autót kivonnánk a forgalomból!

A 2,8 MW-os egység a kaliforniai egyetemre került, mely 2025-re szeretne teljesen „klíma-semlegesen” működni, s ennek az átalakításnak egyik fontos lépése a biogázzal táplált tüzelőanyag-cellás kiserőmű beépítése az energiarendszerbe. A kiserőmű által termelt hőt is felhasználják, mégpedig az épületek hűtésére. „Mellékesen” pedig az energiaellátás szünetmentesítése is megvalósulhat, hiszen amíg a gázellátás biztosított, addig a tüzelőanyag-cellás rendszer is működni fog. Az 1,4 MW-os egység egy szivattyúállomásra került, melynek folyamatos villamos energia-alapellátását biztosítja a nap 24 órájában. A hulladékhőt itt is hasznosítják a technológiában, ezzel is növelve a hatásfokot. A 300 kW-os egység pedig a szennyvíztisztítóba került, és a – saját maga által is felhasznált – biogáznak a tisztító rendszerét látja el folyamatosan villamos energiával.

Tüzelőanyag-cellatípusok

Elnevezés Elektrolit Teljesítmény (W) Működési hőmérséklet (°C) Hatásfok (cella) Hatásfok (rendszer) Fejlesztés fázisa Kölség (USD/W)
Fém hidrides Vizes sóoldat > -20 (50% Ppeak @ 0°C) Kereskedelmi / Kutatási
Elektro-galván Vizes sóoldat < 40 Kereskedelmi / Kutatási
Közvetlen hangyasavas  (DFAFC) Polimer membrán (ionomer) < 50 W < 40 Kereskedelmi / Kutatási
Cink levegős Vizes sóoldat < 40 Tömeggyártás
Mikróbás Polimer membrán (ionomer) vagy huminsav < 40 Kutatási
Áramlásos mikróbás (UMFC) < 40 Kutatási
Regeneratív Polimer membrán (ionomer) < 50 Kereskedelmi / Kutatási
Közvetlen bórhidrid Vizes sóoldat 70 Kereskedelmi
Alkáli Vizes sóoldat 10 – 100 kW < 80 60–70% 62% Kereskedelmi / Kutatási
Közvetlen metanolos Polimer membrán (ionomer) 100 mW – 1 kW 90–120 20–30% 10–20% Kereskedelmi / Kutatási 125
Reformált metanolos Polimer membrán (ionomer) 5 W – 100 kW 250–300 (Reformeres) 125–200 (PBI) 50–60% 25–40% Kereskedelmi / Kutatási
Közvetlen etanolos Polimer membrán (ionomer) < 140 mW/cm² > 25 ? 90–120 Kutatási
Proton cserélő membrános Polimer membrán (ionomer) 100 W – 500 kW 50–120 (Nafion) 125–220 (PBI) 50–70% 30–50% Kereskedelmi / Kutatási 30–35
Regeneratív redox Folyadék elektrolit kétirányú redox átalakulással és  polimer membrán (ionomer) 1 kW – 10 MW Kutatási
Foszforsavas Foszforsav (H3PO4) < 10 MW 150-200 55% 40% Kereskedelmi / Kutatási 4–4.50
Co-Gen: 90%
Olvadt karbonátos Olvasztott sóoldat (karbonát) 100 MW 600-650 55% 47% Kereskedelmi / Kutatási
Csöves oxidos (TSOFC) O2--átvezető kerámia oxid < 100 MW 850-1100 60–65% 55–60% Kereskedelmi / Kutatási
Proton kerámia H+-átvezető kerámia oxid 700 Kutatási
Közvetlen szenes Többféle 700-850 80% 70% Kereskedelmi / Kutatási
Planár oxidos O2--átvezető kerámia oxid < 100 MW 500-1100 60–65% 55–60% Kereskedelmi / Kutatási
Enzimes biológiai Bármi, ami nem roncsolja az enzimet < 40 Kutatási
Magnézium-levegő Sós víz -75 90% Kereskedelmi / Kutatási


A következő 10 évben San Diego 2,6 millió dollár bevételt vár a biogáz eladásából, továbbá 780 000 dollár megtakarítást, mely a szivattyútelep villanyszámlájának értéke. A biogázt a korábban a földgáz továbbítására kiépített csővezetéken juttatják el a különböző helyszínekre. Kína, Zhangbei, 2011. A kínai Nemzeti Szélenergia Integráció Kutató és Vizsgáló Központban ez év márciusában telepítettek egy 1 MWh tárolási kapacitású, 500 kW névleges teljesítményű, 750 kW impulzusszerű csúcsteljesítményt is kibocsátani képes VRB-ESS (Vanadium Redox Battery – Energy Storage System) vanádium redox akkumulátoros villamos energiatároló rendszert.

A rendszer 175 kW-os blokkokból épül fel, melyeket a gyártó amerikai cég még a kiszállítás előtt kipróbált, és ezzel jelentősen csökkentette a helyszíni üzembe helyezési időt és költségeket. A VRB-s energiatároló egy 78 MW-os szélgenerátoros és 640 kW-os fotovillamos erőművet tartalmazó kísérleti rendszerre csatlakozik, amelyen a kutatók vizsgálni tudják a megújuló energiás rendszer és a hálózat viselkedését, az összekapcsolási és rendszerirányítási kérdéseket.

És természetesen rengeteg mérést tudnak végezni, „élesben”, valós körülmények között. Itt megemlítjük a VRB azon fontos tulajdonságát, hogy a töltés és a kisütés közötti átkapcsolás mindössze néhány ms nagyságrendű, ezért szünetmentes táplálás megvalósítására az ilyen típusú akkumulátor kiválóan alkalmas. És még egy – jelenleg felülmúlhatatlan – fontos tulajdonság: a VRB (bizonyítottan!) 14 ezer töltéskisütési ciklust bír ki, ahol a kisütés akár 20%-ig lemehet. Összehasonlításul: az ólomakkumulátorokat csak 80%-ig kisütve is mindössze 1000-1500 ciklust kapunk, s ha a kisütést növeljük, az élettartam exponenciálisan csökken.

A számok azt mutatják, hogy 1-2 évre (gyakorlatilag az első ólomakkutelep élettartamáig) olcsóbb az ólomakkumulátoros energiatároló telepítése és üzeme, de onnantól kezdve egyértelműen a vanádiumos technológia a nyerő. Márciusi hír, hogy kutatóknak – sósavat keverve a kénsav elektrolitba – sikerült 70%-kal növelni a vanádiumos cella fajlagos energiatároló képességét. Sőt, a módosítással a cella – eredetileg kissé szűkre szabott – működési hőmérséklettartománya is nőtt. E két paraméter javulása jelentősen kiszélesíti a cella felhasználási lehetőségeit: jobban tud alkalmazkodni az éghajlati és környezeti viszonyokhoz, s nagyobbak a felhasználási lehetőségek a járműipar területén is.

A VRB technológia jövője
VRB technológia az elmúlt hónapokban is sokat fejlődött, s még rengetegfajta cella fejlesztése és kipróbálása folyik. Ezért a fenti két példa után röviden bemutatom, amiről most nem volt mód, vagy most még nem volt érdemes írni: közlöm a Wikipédia segítségével a jelenleg ismert tüzelőanyag-cellatípusok táblázatát. Látható, hogy a kutatások sok irányban folynak, s a tüzelőanyag-cellákról még biztosan sokat fogunk hallani, méghozzá a közeli jövőben.



Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem