"Yeşil" enerji açısından bakıldığında, hidrojen yakıt hücreleri son derece yüksek bir verime sahiptir - %60. Karşılaştırma için: en iyi motorların verimliliği içten yanma%35-40'tır. Güneş enerjisi santralleri için katsayı sadece %15-20'dir, ancak büyük ölçüde hava koşullarına bağlıdır. En iyi kanatlı rüzgar çiftliklerinin verimliliği, buhar jeneratörleriyle karşılaştırılabilir olan %40'a ulaşır, ancak rüzgar türbinleri de uygun hava koşulları ve pahalı bakım gerektirir.

Gördüğümüz gibi, bu parametreye göre, hidrojen enerjisi en çekici enerji kaynağıdır, ancak yine de kütle uygulamasını engelleyen bir takım problemler vardır. Bunlardan en önemlisi hidrojen üretim sürecidir.

Madencilik sorunları

Hidrojen enerjisi çevre dostudur, ancak özerk değildir. Bir yakıt hücresinin çalışması için, Dünya'da saf haliyle bulunmayan hidrojene ihtiyacı vardır. Hidrojen elde edilmesi gerekiyor, ancak şu anda mevcut olan tüm yöntemler ya çok pahalı ya da etkisiz.

Harcanan birim enerji başına üretilen hidrojen miktarı açısından en verimli yöntem doğalgazın buharla reformasyonudur. Metan, 2 MPa'lık bir basınçta (yaklaşık 19 atmosfer, yani yaklaşık 190 m derinlikteki basınç) ve yaklaşık 800 derecelik bir sıcaklıkta su buharı ile birleştirilir ve %55-75'lik bir hidrojen içeriğine sahip dönüştürülmüş bir gaz elde edilir. Buhar reformasyonu, yalnızca üretimde kullanılabilecek devasa tesisler gerektirir.

Metanın buharla reforme edilmesi için tüp fırın, hidrojen üretmenin en ergonomik yolu değildir. Kaynak: CTK-Euro

Daha uygun ve basit bir yöntem su elektrolizidir. Arıtılmış sudan bir elektrik akımı geçtiğinde, hidrojen oluşumuyla sonuçlanan bir dizi elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir. Bu yöntemin önemli bir dezavantajı, reaksiyon için gereken yüksek enerji tüketimidir. Yani, biraz garip bir durum ortaya çıkıyor: hidrojen enerjisi elde etmek için... enerjiye ihtiyacınız var. Elektroliz sırasında gereksiz maliyetlerden kaçınmak ve değerli kaynaklardan tasarruf etmek için bazı şirketler, enerji üretiminin harici ikmal olmadan mümkün olduğu tam döngülü "elektrik - hidrojen - elektrik" sistemleri geliştirmeye çalışmaktadır. Böyle bir sistemin bir örneği, Toshiba H2One'ın geliştirilmesidir.

Toshiba H2One mobil güç istasyonu

Suyu hidrojene ve hidrojeni enerjiye dönüştüren H2One mobil mini enerji santralini geliştirdik. Elektrolizi sürdürmek için kullanır Solar paneller, fazla enerji ise pillerde depolanır ve sistemin güneş ışığı olmadan çalışmasını sağlar. Elde edilen hidrojen ya doğrudan yakıt hücrelerine beslenir ya da entegre bir tankta depolanır. H2One elektrolizör saatte 2 m3'e kadar hidrojen üretir ve çıkışta 55 kW'a kadar güç sağlar. 1 m3 hidrojen üretimi için istasyon 2,5 m3'e kadar su gerektirir.

H2One istasyonu büyük bir işletmeye elektrik sağlayamazken veya tüm şehir, ancak küçük alanların veya kuruluşların işleyişi için enerjisi oldukça yeterli olacaktır. Hareket kabiliyeti sayesinde geçici çözüm olarak da kullanılabilir. doğal afetler veya acil bir elektrik kesintisi. Ek olarak, normal çalışması için yakıta ihtiyaç duyan bir dizel jeneratörün aksine, bir hidrojen santrali sadece suya ihtiyaç duyar.

Şu anda Toshiba H2One, Japonya'da yalnızca birkaç şehirde kullanılmaktadır - örneğin, Kawasaki şehrinde bir tren istasyonuna elektrik ve sıcak su sağlamaktadır.

H2One sisteminin Kawasaki'de kurulumu

hidrojen geleceği

Artık hidrojen yakıt hücreleri, taşınabilir güç bankaları, arabalı şehir otobüsleri ve demiryolu taşımacılığı için enerji sağlıyor. (Bir sonraki yazımızda otomotiv endüstrisinde hidrojen kullanımı hakkında daha fazla bilgi vereceğiz). Hidrojen yakıt hücrelerinin beklenmedik bir şekilde quadcopters için mükemmel bir çözüm olduğu ortaya çıktı - pil ile aynı kütleye sahip hidrojen kaynağı, beş kata kadar daha uzun uçuş süresi sağlar. Bu durumda don, verimi hiçbir şekilde etkilemez. Rus şirketi AT Energy tarafından üretilen deneysel yakıt hücreli insansız hava araçları, Soçi Olimpiyatları'nda çekimler için kullanıldı.

Yaklaşan Tokyo Olimpiyat Oyunlarında, otomobillerde, elektrik ve ısı üretiminde hidrojenin kullanılacağı ve aynı zamanda Olimpiyat köyü için ana enerji kaynağı olacağı biliniyordu. Bunu yapmak için Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. Japonya'nın Namie kentinde dünyanın en büyük hidrojen üretim istasyonlarından biri inşa ediliyor. İstasyon, "yeşil" kaynaklardan elde edilen 10 MW'a kadar enerji tüketecek ve elektroliz yoluyla yılda 900 tona kadar hidrojen üretecek.

Fosil yakıtların tamamen terk edilmesi gerekeceği ve yenilenebilir enerji kaynaklarının insanlığın ihtiyaçlarını karşılayamayacağı bir zamanda hidrojen enerjisi “gelecek için rezervimiz”dir. Markets&Markets tahminine göre, şu anda 115 milyar dolar olan dünya hidrojen üretim hacmi 2022 yılına kadar 154 milyar dolara çıkacak. Ancak yakın gelecekte, teknolojinin kitlesel tanıtımının gerçekleşmesi pek mümkün değil, yine de maliyetlerini azaltmak için özel enerji santrallerinin üretimi ve işletilmesi ile ilgili bir takım sorunları çözmek . Teknolojik engeller aşıldığında, hidrojen enerjisi yeni bir seviyeye ulaşacak ve belki de günümüzde geleneksel veya hidroelektrik kadar yaygın olacaktır.

yakıt hücreleri Yakıt pilleri kimyasal güç kaynaklarıdır. Verimsiz, yüksek kayıplı yanma süreçlerini atlayarak yakıt enerjisinin doğrudan elektriğe dönüştürülmesini gerçekleştirirler. Bu elektrokimyasal cihaz, yakıtın yüksek verimli "soğuk" yanması sonucunda doğrudan elektrik üretir.

Biyokimyacılar, biyolojik bir hidrojen-oksijen yakıt hücresinin her canlı hücrenin "yerleşik" olduğunu belirlediler (bkz. Bölüm 2).

Vücuttaki hidrojen kaynağı besindir - yağlar, proteinler ve karbonhidratlar. Midede, bağırsaklarda, hücrelerde nihayetinde monomerlere ayrışır, bu da bir dizi sonra kimyasal dönüşümler taşıyıcı moleküle bağlı hidrojen verir.

Havadaki oksijen akciğerler yoluyla kana girer, hemoglobin ile birleşir ve tüm dokulara taşınır. Hidrojeni oksijenle birleştirme süreci, vücudun biyoenerjisinin temelidir. Burada ılıman koşullarda (oda sıcaklığı, normal basınç, su ortamı) yüksek verimli kimyasal enerji, termal, mekanik (kas hareketi), elektrik (elektrik rampası), ışığa (böcek yayan ışık) dönüştürülür.

İnsan, doğanın yarattığı enerjiyi elde etmek için cihazı bir kez daha tekrarladı. Aynı zamanda, bu gerçek, yönün beklentilerini gösterir. Doğadaki tüm süreçler çok rasyoneldir, bu nedenle yakıt hücrelerinin gerçek kullanımına yönelik adımlar, enerji geleceği için umut verir.

1838'de bir hidrojen-oksijen yakıt hücresinin keşfi, İngiliz bilim adamı W. Grove'a aittir. Suyun hidrojen ve oksijene ayrışmasını araştırırken, bir yan etki keşfetti - üretilen elektrolizör elektrik.

Bir yakıt hücresinde ne yanar?
Fosil yakıtlar (kömür, gaz ve petrol) çoğunlukla karbondur. Yanma sırasında, yakıt atomları elektronları kaybeder ve hava oksijen atomları onları kazanır. Böylece oksidasyon sürecinde, karbon ve oksijen atomları yanma ürünleri - karbondioksit molekülleri halinde birleştirilir. Bu süreç kuvvetlidir: yanmaya dahil olan maddelerin atomları ve molekülleri yüksek hızlar kazanır ve bu da sıcaklıklarında bir artışa yol açar. Işık yaymaya başlarlar - bir alev belirir.

Karbon yanmasının kimyasal reaksiyonu şu şekildedir:

C + O2 = CO2 + ısı

Yanma sırasında, kimyasal enerji dönüştürülür Termal enerji yakıtın atomları ve oksitleyici arasındaki elektron alışverişi nedeniyle. Bu değişim rastgele gerçekleşir.

Yanma, atomlar arasındaki elektron alışverişidir ve elektrik akımı elektronların yönlendirilmiş hareketidir. süreç içinde ise Kimyasal reaksiyon elektronların iş yapmasına neden olur, yanma işleminin sıcaklığı düşer. FC'de, elektronlar bir elektrotta tepkenlerden alınır, enerjilerini elektrik akımı şeklinde verir ve diğerinde tepkenlere katılır.

Herhangi bir HIT'in temeli, bir elektrolit ile bağlanan iki elektrottur. Bir yakıt hücresi bir anot, bir katot ve bir elektrolitten oluşur (bkz. Bölüm 2). Anotta oksitlenir, yani. elektron bağışlar, indirgeyici ajan (CO veya H2 yakıt), anottan serbest elektronlar harici devreye girer ve pozitif iyonlar anot-elektrolit arayüzünde (CO+, H+) tutulur. Zincirin diğer ucundan elektronlar, üzerinde indirgeme reaksiyonunun gerçekleştiği katoda yaklaşır (oksitleyici ajan O2– tarafından elektronların eklenmesi). Oksidan iyonlar daha sonra elektrolit tarafından katoda taşınır.

FC'de fizikokimyasal sistemin üç fazı bir araya getirilir:

gaz (yakıt, oksitleyici);
elektrolit (iyonların iletkeni);
metal elektrot (elektronların iletkeni).
Yakıt hücrelerinde redoks reaksiyonunun enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür ve oksidasyon ve indirgeme süreçleri bir elektrolit tarafından uzaysal olarak ayrılır. Elektrotlar ve elektrolit reaksiyona katılmazlar, ancak gerçek tasarımlarda zamanla yakıt safsızlıkları ile kirlenirler. Elektrokimyasal yanma, düşük sıcaklıklarda ve pratik olarak kayıpsız ilerleyebilir. Şek. p087, bir gaz karışımının (CO ve H2) yakıt hücresine girdiği durumu gösterir; gaz halindeki yakıtı yakabilir (bkz. Bölüm 1). Böylece, TE'nin "omnivor" olduğu ortaya çıkıyor.

Yakıt hücrelerinin kullanımı, yakıtın onlar için “hazırlanması” gerektiği gerçeğinden dolayı karmaşıktır. Yakıt hücreleri için hidrojen, organik yakıtın dönüştürülmesi veya kömürün gazlaştırılmasıyla elde edilir. Bu nedenle, bir yakıt hücresinin pilleri hariç, bir yakıt hücresindeki bir elektrik santralinin blok şeması, bir dönüştürücü doğru akım değişken (bkz. Bölüm 3) ve yardımcı ekipmanda bir hidrojen üretim ünitesi bulunur.

FC gelişiminin iki yönü

Yakıt hücrelerinin iki uygulama alanı vardır: özerk ve büyük ölçekli enerji.

Özerk kullanım için, belirli özellikler ve kullanım kolaylığı ana özelliklerdir. Üretilen enerjinin maliyeti ana gösterge değildir.

Büyük güç üretimi için verimlilik belirleyici bir faktördür. Ayrıca tesisatlar dayanıklı olmalı, pahalı malzemeler içermemeli ve minimum hazırlık maliyetleri ile doğal yakıtlar kullanılmalıdır.

En büyük faydalar, bir arabada yakıt hücrelerinin kullanılmasıyla sağlanır. Burada, başka hiçbir yerde olmadığı gibi, yakıt hücrelerinin kompaktlığı bir etkiye sahip olacaktır. Yakıttan doğrudan elektriğin alınması ile ikincisinin tasarrufu yaklaşık %50 olacaktır.

İlk kez, büyük ölçekli enerji mühendisliğinde yakıt hücrelerinin kullanılması fikri, 1894 yılında Alman bilim adamı W. Oswald tarafından formüle edildi. Daha sonra, bir yakıt hücresine dayalı verimli otonom enerji kaynakları yaratma fikri geliştirildi.

Bundan sonra, yakıt hücrelerinde aktif madde olarak kömürün kullanılması için tekrar tekrar girişimlerde bulunuldu. 1930'larda, Alman araştırmacı E. Bauer, kömürün doğrudan anodik oksidasyonu için katı elektrolitli bir yakıt hücresinin laboratuvar prototipini yarattı. Aynı zamanda oksijen-hidrojen yakıt pilleri üzerinde çalışıldı.

1958'de İngiltere'de F. Bacon, 5 kW kapasiteli ilk oksijen-hidrojen tesisini kurdu. Ancak yüksek gaz basıncının (2 ... 4 MPa) kullanılması nedeniyle hantaldı.

1955'ten beri K. Kordesh, ABD'de düşük sıcaklıklı oksijen-hidrojen yakıt pilleri geliştiriyor. Platin katalizörlü karbon elektrotlar kullandılar. Almanya'da E. Yust, platin olmayan katalizörlerin oluşturulması üzerinde çalıştı.

1960 yılından sonra demonstrasyon ve reklam örnekleri oluşturulmuştur. Yakıt hücrelerinin ilk pratik uygulaması Apollo uzay aracında bulundu. Bunlar, yerleşik ekipmana güç sağlayan ana enerji santralleriydi ve astronotlara su ve ısı sağladılar.

Şebekeden bağımsız FC kurulumlarının ana kullanım alanları askeri ve deniz uygulamaları olmuştur. 1960'ların sonunda yakıt pilleri üzerine yapılan araştırmaların hacmi azalmış, 1980'lerden sonra ise büyük ölçekli enerji ile ilgili olarak yeniden artmıştır.

VARTA, çift taraflı gaz difüzyon elektrotları kullanan FC'ler geliştirmiştir. Bu tip elektrotlara "Janus" denir. Siemens, 90 W/kg'a kadar güç yoğunluğuna sahip elektrotlar geliştirmiştir. Amerika Birleşik Devletleri'nde oksijen-hidrojen hücreleri üzerinde çalışmalar United Technology Corp.

Büyük ölçekli enerji endüstrisinde, büyük ölçekli enerji depolaması için yakıt hücrelerinin kullanımı, örneğin hidrojen üretimi (bkz. Bölüm 1) çok umut vericidir. (güneş ve rüzgar) dağılır (bkz. Bölüm 4). Gelecekte vazgeçilmez olan ciddi kullanımları, şu veya bu şekilde enerji depolayan kapasiteli piller olmadan düşünülemez.

Birikme sorunu bugün zaten geçerlidir: güç sistemlerinin yükündeki günlük ve haftalık dalgalanmalar, verimliliklerini önemli ölçüde azaltır ve manevra kabiliyeti olarak adlandırılan kapasiteleri gerektirir. Elektrokimyasal enerji depolama seçeneklerinden biri, elektrolizörler ve gaz tutucularla birlikte bir yakıt hücresidir*.

* Gaz tutucu [gaz + İngilizce. tutucu] - büyük miktarlarda gaz için depolama.

TE'nin ilk nesli

200...230°C sıcaklıkta sıvı yakıt, doğal gaz veya teknik hidrojen* üzerinde çalışan birinci nesil orta sıcaklıklı yakıt pilleri, en büyük teknolojik mükemmelliğe ulaşmıştır. İçlerindeki elektrolit, gözenekli karbon matrisini dolduran fosforik asittir. Elektrotlar karbondan yapılır ve katalizör platindir (platin, kilovat güç başına birkaç gram mertebesinde miktarlarda kullanılır).

* Ticari hidrojen, küçük karbon monoksit safsızlıkları içeren bir fosil yakıt dönüşüm ürünüdür.

Böyle bir elektrik santrali 1991 yılında California eyaletinde işletmeye alındı. Her biri 18 ton ağırlığında on sekiz pilden oluşur ve çapı 2 m'nin biraz üzerinde ve yüksekliği yaklaşık 5 m olan bir kutuya yerleştirilmiştir Pil değiştirme prosedürü, raylar boyunca hareket eden bir çerçeve yapısı kullanılarak düşünülmüştür.

Amerika Birleşik Devletleri Japonya'ya Japonya'ya iki santral teslim etti. Bunlardan ilki 1983'ün başlarında piyasaya sürüldü. İstasyonun operasyonel performansı hesaplananlara karşılık geldi. Nominalin %25 ila %80'i arasında bir yük ile çalıştı. Verimlilik %30...37'ye ulaştı - bu, modern büyük termik santrallere yakın. Soğuk halden başlama süresi 4 saatten 10 dakikaya kadardır ve sıfırdan doluya güç değişim süresi sadece 15 saniyedir.

Şimdi Amerika Birleşik Devletleri'nin farklı bölgelerinde, yaklaşık %80 yakıt kullanım faktörüne sahip 40 kW kapasiteli küçük kombine ısı ve enerji santralleri test ediliyor. 130°C'ye kadar suyu ısıtabilirler ve çamaşırhanelere konurlar, spor kompleksleri, temas noktalarında vb. Yaklaşık yüz kurulum toplamda yüz binlerce saat çalıştı. FC enerji santrallerinin çevre dostu olması, doğrudan şehirlere yerleştirilmelerine olanak tanır.

4.5 MW kapasiteli New York'taki ilk yakıt santrali 1.3 hektarlık bir alanı işgal etti. Şimdi iki buçuk kat daha fazla kapasiteye sahip yeni santraller için 30x60 m ölçülerinde bir sahaya ihtiyaç duyulmakta, 11 MW kapasiteli birkaç demo santral kurulmaktadır. Santralin inşaat süresi (7 ay) ve kapladığı alan (30x60 m) dikkat çekicidir. Yeni santrallerin tahmini hizmet ömrü 30 yıldır.

İkinci ve üçüncü nesil TE

En iyi özellikler, ikinci neslin orta sıcaklıklı yakıt hücrelerine sahip 5 MW kapasiteli modüler santraller olarak tasarlanmaktadır. 650...700°C sıcaklıklarda çalışırlar. Anotları sinterlenmiş nikel ve krom parçacıklarından yapılır, katotlar sinterlenmiş ve oksitlenmiş alüminyumdan yapılır ve elektrolit lityum ve potasyum karbonatların bir karışımıdır. Yüksek sıcaklık, iki ana elektrokimyasal problemin çözülmesine yardımcı olur:

katalizörün karbon monoksit tarafından "zehirlenmesini" azaltmak;
katotta oksitleyicinin indirgeme işleminin verimliliğini arttırır.
Katı oksit elektrolitli (esas olarak zirkonyum dioksit) üçüncü neslin yüksek sıcaklıklı yakıt hücreleri daha da verimli olacaktır. Çalışma sıcaklıkları 1000°C'ye kadardır. Bu tür yakıt pillerine sahip santrallerin verimi %50'ye yakındır. Burada, önemli miktarda karbon monoksit içeren taş kömürünün gazlaştırılması ürünleri de yakıt olarak uygundur. Aynı derecede önemli olan, yüksek sıcaklık tesislerinden gelen atık ısı, elektrik jeneratörleri için türbinleri çalıştırmak üzere buhar üretmek için kullanılabilir.

Vestingaus, 1958'den beri katı oksit yakıt hücresi işinde. Kömürden gaz halindeki yakıtın kullanılabileceği 25 ... 200 kW kapasiteli enerji santralleri geliştirir. Birkaç megavat kapasiteli deneysel tesisler test için hazırlanıyor. Bir başka Amerikan firması olan Engelgurd, elektrolit olarak fosforik asit ile metanol üzerinde çalışan 50 kW'lık yakıt pilleri tasarlıyor.

Tüm dünyada giderek daha fazla firma yakıt hücrelerinin yaratılmasına katılıyor. American United Technology ve Japon Toshiba, International Fuel Cells Corporation'ı kurdu. Avrupa'da, Belçika-Hollanda konsorsiyumu Elenko, Batı Alman şirketi Siemens, İtalyan Fiat ve İngiliz Jonson Metju yakıt hücreleriyle uğraşıyor.

Victor LAVRUS.

Bu materyali beğendiyseniz, okuyucularımıza göre sitemizde size en iyi materyallerden bir seçim sunuyoruz. Seçim - Çevre dostu teknolojiler, yeni bilim ve bilimsel keşifler sizin için en uygun olan yeri bulabilirsiniz

yakıt hücresi ( yakıt hücresi) kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bir cihazdır. Prensipte geleneksel bir bataryaya benzer, ancak çalışmasının bir elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için dışarıdan sürekli bir madde beslemesi gerektirmesi bakımından farklılık gösterir. Yakıt hücrelerine hidrojen ve oksijen verilir ve çıkış elektrik, su ve ısıdır. Avantajları arasında çevre dostu olma, güvenilirlik, dayanıklılık ve kullanım kolaylığı sayılabilir. Geleneksel pillerin aksine, elektrokimyasal dönüştürücüler, yakıt mevcut olduğu sürece neredeyse süresiz olarak çalışabilir. Tamamen şarj olana kadar saatlerce şarj edilmeleri gerekmez. Ayrıca, araba motor kapalıyken park halindeyken hücrelerin kendileri aküyü şarj edebilir.

Proton membran yakıt hücreleri (PEMFC) ve katı oksit yakıt hücreleri (SOFC), hidrojen araçlarında en yaygın olarak kullanılanlardır.

Proton değişim membranlı bir yakıt hücresi aşağıdaki gibi çalışır. Anot ve katot arasında özel bir zar ve platin kaplı bir katalizör bulunur. Hidrojen anoda girer ve oksijen katoda girer (örneğin havadan). Anotta hidrojen, bir katalizör yardımıyla protonlara ve elektronlara ayrıştırılır. Hidrojen protonları zardan geçerek katoda girerken, elektronlar dış devreye verilir (zar geçmelerine izin vermez). Bu şekilde elde edilen potansiyel fark, bir elektrik akımının ortaya çıkmasına neden olur. Katot tarafında, hidrojen protonları oksijen tarafından oksitlenir. Sonuç olarak, araba egzoz gazlarının ana unsuru olan su buharı üretilir. Yüksek verimliliğe sahip olan PEM hücrelerinin önemli bir dezavantajı vardır - bunların çalışması, depolanması oldukça ciddi bir sorun olan saf hidrojen gerektirir.

Bu hücrelerde pahalı platinin yerini alacak böyle bir katalizör bulunursa, elektrik üretmek için hemen ucuz bir yakıt hücresi oluşturulacak, bu da dünyanın petrol bağımlılığından kurtulacağı anlamına geliyor.

Katı oksit hücreleri

Katı oksit SOFC hücreleri, yakıt saflığı konusunda çok daha az talepkardır. Ek olarak, bir POX reformer (Kısmi Oksidasyon - kısmi oksidasyon) kullanımı sayesinde, bu tür hücreler yakıt olarak sıradan benzin tüketebilir. Benzini doğrudan elektriğe dönüştürme işlemi aşağıdaki gibidir. Özel bir cihazda - bir reformer, yaklaşık 800 ° C sıcaklıkta, benzin buharlaşır ve kurucu elementlerine ayrışır.

Bu hidrojen ve karbondioksiti serbest bırakır. Ayrıca, sıcaklığın etkisi altında ve SOFC'nin kendisinin (zirkonyum oksit bazlı gözenekli seramik malzemeden oluşan) yardımıyla, hidrojen havadaki oksijen tarafından oksitlenir. Benzinden hidrojen elde edildikten sonra, işlem yukarıda açıklanan senaryoya göre, tek bir farkla daha da ilerler: SOFC yakıt hücresi, hidrojenle çalışan cihazların aksine, orijinal yakıttaki yabancı yabancı maddelere karşı daha az duyarlıdır. Bu nedenle benzinin kalitesi yakıt hücresinin performansını etkilememelidir.

SOFC'nin yüksek çalışma sıcaklığı (650-800 derece) önemli bir dezavantajdır, ısınma işlemi yaklaşık 20 dakika sürer. Bununla birlikte, aşırı ısı, reformer ve yakıt hücresinin kendisi tarafından üretilen kalan hava ve egzoz gazları tarafından tamamen ortadan kaldırıldığı için bir sorun değildir. Bu, SOFC sisteminin araca termal olarak yalıtılmış bir mahfaza içinde bağımsız bir cihaz olarak entegre edilmesini sağlar.

Modüler yapı, bir dizi standart hücreyi seri bağlayarak gerekli voltajı elde etmenizi sağlar. Ve belki de en önemlisi, bu tür cihazların tanıtımı açısından, SOFC'de çok pahalı platin bazlı elektrotlar yoktur. PEMFC teknolojisinin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılmasının önündeki engellerden biri de bu unsurların yüksek maliyetidir.

Yakıt hücresi türleri

Şu anda, bu tür yakıt hücresi türleri vardır:

• A.F.C.– Alkali Yakıt Hücresi (alkalin yakıt hücresi);
• PAFC– Fosforik Asit Yakıt Pili (fosforik asit yakıt pili);
• PEMFC– Proton Değişim Membranlı Yakıt Pili (proton değişim membranlı yakıt pili);
• DMFC– Doğrudan Metanol Yakıt Hücresi (doğrudan metanol ayrıştırmalı yakıt hücresi);
• MCFC– Erimiş Karbonat Yakıt Hücresi (erimiş karbonatın yakıt hücresi);
• SOFC– Katı Oksit Yakıt Hücresi (katı oksit yakıt hücresi).

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin faydaları

Bir yakıt hücresi/hücresi, bir elektrokimyasal reaksiyon yoluyla hidrojen açısından zengin bir yakıttan verimli bir şekilde doğru akım ve ısı üreten bir cihazdır.

Bir yakıt hücresi, bir kimyasal reaksiyon yoluyla doğru akım üretmesi bakımından pile benzer. Yakıt hücresi bir anot, bir katot ve bir elektrolit içerir. Ancak, pillerin aksine, yakıt hücreleri/hücreleri elektrik enerjisini depolayamaz, deşarj olmaz ve elektriğin yeniden şarj edilmesini gerektirmez. Yakıt hücreleri/hücreleri, yakıt ve hava kaynağı olduğu sürece sürekli olarak elektrik üretebilir.

Gaz, kömür, yağ vb. ile çalışan içten yanmalı motorlar veya türbinler gibi diğer güç jeneratörlerinin aksine, yakıt hücreleri/hücreleri yakıt yakmaz. Bu, gürültülü yüksek basınçlı rotorların, yüksek egzoz gürültüsünün, titreşimin olmadığı anlamına gelir. Yakıt hücreleri/hücreleri, sessiz bir elektrokimyasal reaksiyon yoluyla elektrik üretir. Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin bir diğer özelliği de yakıtın kimyasal enerjisini doğrudan elektrik, ısı ve suya dönüştürmeleridir.

Yakıt hücreleri oldukça verimlidir ve karbondioksit, metan ve azot oksit gibi büyük miktarlarda sera gazı üretmez. Çalışma sırasında yayılan tek ürün, buhar halindeki su ve yakıt olarak saf hidrojen kullanıldığında hiç yayılmayan az miktarda karbondioksittir. Yakıt hücreleri/hücreleri, gruplar halinde ve ardından bireysel fonksiyonel modüller halinde birleştirilir.

Yakıt hücresi/hücre gelişiminin tarihi

1950'lerde ve 1960'larda, yakıt pilleri için en büyük zorluklardan biri, ABD Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi'nin (NASA) uzun süreli uzay görevleri için enerji kaynaklarına olan ihtiyacından doğmuştu. NASA Alkalin Yakıt Hücresi/Hücresi, ikisini birleştirerek yakıt olarak hidrojen ve oksijen kullanır. kimyasal element bir elektrokimyasal reaksiyonda. Çıktı, uzay uçuşunda faydalı olan reaksiyonun üç yan ürünüdür - elektrikten güce uzay aracı, içme ve soğutma sistemleri için su ve astronotları sıcak tutmak için ısı.

Yakıt hücrelerinin keşfi, erken XIX yüzyıl. Yakıt hücrelerinin etkisinin ilk kanıtı 1838'de elde edildi.

1930'ların sonlarında, alkali yakıt hücreleri üzerinde çalışmalar başladı ve 1939'da yüksek basınçlı nikel kaplı elektrotlar kullanan bir hücre inşa edildi. İkinci Dünya Savaşı sırasında, İngiliz Donanması denizaltıları için yakıt hücreleri/hücreleri geliştirildi ve 1958'de çapı 25 cm'nin biraz üzerinde olan alkali yakıt hücreleri/hücrelerinden oluşan bir yakıt grubu tanıtıldı.

1950'lerde ve 1960'larda ve ayrıca endüstriyel dünyanın akaryakıt sıkıntısı yaşadığı 1980'lerde ilgi arttı. Aynı dönemde dünya ülkeleri de hava kirliliği sorunuyla ilgilenmeye başlamış ve çevre dostu elektrik üretmenin yollarını düşünmüştür. Şu anda, yakıt hücresi/hücre teknolojisi hızlı bir gelişim sürecinden geçmektedir.

Yakıt hücreleri/hücreleri nasıl çalışır?

Yakıt hücreleri/hücreleri, bir elektrolit, bir katot ve bir anot kullanarak devam eden bir elektrokimyasal reaksiyon yoluyla elektrik ve ısı üretir.

Anot ve katot, protonları ileten bir elektrolit ile ayrılır. Hidrojen anoda girdikten ve oksijen katoda girdikten sonra, elektrik akımı, ısı ve suyun üretildiği bir kimyasal reaksiyon başlar.

Anot katalizöründe moleküler hidrojen ayrışır ve elektron kaybeder. Hidrojen iyonları (protonlar) elektrolit yoluyla katoda iletilirken, elektronlar elektrolitten ve harici bir elektrik devresinden geçirilerek ekipmana güç sağlamak için kullanılabilecek bir doğru akım oluşturulur. Katot katalizörü üzerinde bir oksijen molekülü (dış iletişimden sağlanan) bir elektron ve gelen bir proton ile birleşerek tek reaksiyon ürünü olan (buhar ve/veya sıvı şeklinde) suyu oluşturur.

Karşılık gelen reaksiyon aşağıdadır:

Anot reaksiyonu: 2H2 => 4H+ + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Genel element reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin türleri ve çeşitliliği

Farklı tipteki içten yanmalı motorların varlığına benzer şekilde, farklı tipte yakıt hücreleri vardır - uygun tipte yakıt hücresinin seçimi, uygulamaya bağlıdır.

Yakıt pilleri yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık olarak ikiye ayrılır. Düşük sıcaklıklı yakıt hücreleri, yakıt olarak nispeten saf hidrojen gerektirir. Bu genellikle, birincil yakıtı (doğal gaz gibi) saf hidrojene dönüştürmek için yakıt işlemenin gerekli olduğu anlamına gelir. Bu işlem ek enerji tüketir ve özel ekipman gerektirir. Yüksek sıcaklıkta yakıt pilleri, yakıtı yüksek sıcaklıklarda "dahili olarak dönüştürebildikleri" için bu ek prosedüre ihtiyaç duymazlar, yani hidrojen altyapısına yatırım yapmaya gerek yoktur.

Erimiş karbonat (MCFC) üzerindeki yakıt hücreleri/hücreleri

Erimiş karbonat elektrolit yakıt hücreleri, yüksek sıcaklık yakıt hücreleridir. Yüksek çalışma sıcaklığı, yakıt işlemcisi olmadan doğal gazın doğrudan kullanımına ve proses yakıtlarından ve diğer kaynaklardan düşük kalorifik değerli yakıt gazına izin verir.

RCFC'nin çalışması diğer yakıt hücrelerinden farklıdır. Bu hücreler, erimiş karbonat tuzlarının bir karışımından bir elektrolit kullanır. Şu anda iki tip karışım kullanılmaktadır: lityum karbonat ve potasyum karbonat veya lityum karbonat ve sodyum karbonat. Karbonat tuzlarını eritmek ve elektrolitte yüksek derecede iyon hareketliliği elde etmek için, erimiş karbonat elektrolitli yakıt hücreleri yüksek sıcaklıklarda (650°C) çalışır. Verimlilik %60-80 arasında değişmektedir.

650°C sıcaklığa ısıtıldığında, tuzlar karbonat iyonları (CO 3 2-) için iletken olurlar. Bu iyonlar katottan anoda geçerler ve burada hidrojen ile birleşerek su, karbondioksit ve serbest elektronlar oluştururlar. Bu elektronlar harici bir elektrik devresi yoluyla katoda geri gönderilir ve yan ürün olarak elektrik akımı ve ısı üretir.

Anot reaksiyonu: CO3 2- + H2 => H2O + CO2 + 2e -
Katottaki reaksiyon: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Genel element reaksiyonu: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (katot) => H 2 O (g) + CO 2 (anot)

Erimiş karbonat elektrolit yakıt hücrelerinin yüksek çalışma sıcaklıkları belirli avantajlara sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda, doğal gaz, bir yakıt işlemcisine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, dahili olarak yeniden yapılandırılır. Ek olarak, avantajlar arasında, elektrotlar üzerinde paslanmaz çelik sac ve nikel katalizör gibi standart yapı malzemelerinin kullanılabilmesi yer alır. Atık ısı, çeşitli endüstriyel ve ticari amaçlar için yüksek basınçlı buhar üretmek için kullanılabilir.

Elektrolitteki yüksek reaksiyon sıcaklıklarının da avantajları vardır. Yüksek sıcaklıkların kullanılmasının optimum çalışma koşullarına ulaşması uzun zaman alır ve sistem enerji tüketimindeki değişikliklere daha yavaş tepki verir. Bu özellikler, sabit güç koşullarında erimiş karbonat elektrolitli yakıt hücresi sistemlerinin kullanımına izin verir. Yüksek sıcaklıklar, yakıt hücresine karbon monoksit tarafından zarar verilmesini önler.

Erimiş karbonat yakıt hücreleri, büyük sabit kurulumlarda kullanıma uygundur. Çıkışlı endüstriyel olarak üretilen termik santraller elektrik gücü 3.0 MW. 110 MW'a kadar çıkış gücüne sahip tesisler geliştirilmektedir.

Fosforik asit (PFC) bazlı yakıt hücreleri/hücreleri

Fosforik (ortofosforik) asit bazlı yakıt hücreleri, ticari kullanım için ilk yakıt hücreleriydi.

Fosforik (ortofosforik) asit bazlı yakıt hücreleri, %100'e kadar konsantrasyona sahip ortofosforik asit (H3P04) bazlı bir elektrolit kullanır. Fosforik asidin iyonik iletkenliği düşük sıcaklıklarda düşüktür, bu nedenle bu yakıt pilleri 150–220°C'ye kadar olan sıcaklıklarda kullanılır.

Bu tip yakıt pillerinde yük taşıyıcı hidrojendir (H+, proton). Benzer bir süreç, anoda sağlanan hidrojenin protonlara ve elektronlara ayrıldığı proton değişim membranlı yakıt hücrelerinde meydana gelir. Protonlar elektrolitten geçer ve su oluşturmak için katotta havadaki oksijenle birleşir. Elektronlar harici bir elektrik devresi boyunca yönlendirilir ve bir elektrik akımı üretilir. Aşağıda elektrik ve ısı üreten reaksiyonlar verilmiştir.

Anottaki reaksiyon: 2H 2 => 4H + + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
Genel element reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Fosforik (ortofosforik) asit bazlı yakıt hücrelerinin verimliliği, üretim sırasında %40'tan fazladır. elektrik enerjisi. Isı ve elektriğin kombine üretiminde toplam verim yaklaşık %85'tir. Ek olarak, verilen çalışma sıcaklıkları, atık ısı, suyu ısıtmak ve atmosferik basınçta buhar üretmek için kullanılabilir.

Termik santrallerin ısı ve elektrik kombine üretiminde fosforik (ortofosforik) asit bazlı yakıt hücreleri üzerindeki yüksek performansı bu tip yakıt hücrelerinin avantajlarından biridir. Tesisler, yakıt seçimini büyük ölçüde genişleten yaklaşık %1.5'lik bir konsantrasyonda karbon monoksit kullanır. Ayrıca CO2, elektroliti ve yakıt hücresinin çalışmasını etkilemez, bu tip hücre, yenilenmiş doğal yakıtla çalışır. Basit yapı, düşük elektrolit uçuculuğu ve artan stabilite de bu tip yakıt pilinin avantajlarıdır.

500 kW'a kadar elektrik çıkış gücüne sahip termik santraller endüstriyel olarak üretilmektedir. 11 MW için kurulumlar ilgili testlerden geçmiştir. 100 MW'a kadar çıkış gücüne sahip tesisler geliştirilmektedir.

Katı oksit yakıt hücreleri/hücreleri (SOFC)

Katı oksit yakıt hücreleri, çalışma sıcaklığı en yüksek olan yakıt hücreleridir. Çalışma sıcaklığı 600°C ila 1000°C arasında değişebilir, bu da çeşitli yakıt türlerinin özel ön işlem gerektirmeden kullanılmasına izin verir. Bu yüksek sıcaklıkların üstesinden gelmek için kullanılan elektrolit, genellikle bir oksijen (O 2-) iyonlarının iletkeni olan bir itriyum ve zirkonyum alaşımı olan seramik bazlı ince bir katı metal oksittir.

Katı bir elektrolit, bir elektrottan diğerine hermetik bir gaz geçişi sağlarken, sıvı elektrolitler gözenekli bir alt tabakada bulunur. Bu tip yakıt pillerinde yük taşıyıcı oksijen iyonudur (O 2-). Katotta, oksijen molekülleri havadan bir oksijen iyonuna ve dört elektrona ayrılır. Oksijen iyonları elektrolitten geçer ve hidrojen ile birleşerek dört serbest elektron oluşturur. Elektronlar, elektrik akımı ve atık ısı üreten harici bir elektrik devresi aracılığıyla yönlendirilir.

Anottaki reaksiyon: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
Genel element reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Üretilen elektrik enerjisinin verimliliği, tüm yakıt hücrelerinin en yükseğidir - yaklaşık %60-70. Yüksek çalışma sıcaklıkları, yüksek basınçlı buhar üretmek için birleşik ısı ve güç üretimine izin verir. Yüksek sıcaklıklı bir yakıt hücresini bir türbinle birleştirmek, güç üretiminin verimliliğini %75'e kadar artırmak için bir hibrit yakıt hücresi oluşturur.

Katı oksit yakıt hücreleri çok yüksek sıcaklıklarda (600°C-1000°C) çalışır, bu da optimum çalışma koşullarına ulaşmak için uzun bir süreye neden olur ve sistem güç tüketimindeki değişikliklere yanıt vermekte daha yavaştır. Bu kadar yüksek çalışma sıcaklıklarında, yakıttan hidrojeni geri kazanmak için herhangi bir dönüştürücü gerekli değildir, bu da termik santralin kömür gazlaştırmasından veya atık gazlardan ve benzerlerinden nispeten saf olmayan yakıtlarla çalışmasına izin verir. Ayrıca bu yakıt hücresi, endüstriyel ve büyük merkezi enerji santralleri dahil olmak üzere yüksek güçlü uygulamalar için mükemmeldir. 100 kW çıkış elektrik gücüne sahip endüstriyel olarak üretilmiş modüller.

Doğrudan metanol oksidasyonlu (DOMTE) yakıt hücreleri/hücreleri

Metanolün doğrudan oksidasyonu ile yakıt hücrelerinin kullanılması teknolojisi, aktif bir gelişme döneminden geçmektedir. Cep telefonlarına, dizüstü bilgisayarlara güç sağlama ve taşınabilir güç kaynakları oluşturma alanında başarılı bir şekilde kendini kanıtlamıştır. Bu unsurların gelecekteki uygulamalarının amacı.

Metanolün doğrudan oksidasyonu ile yakıt hücrelerinin yapısı, proton değişim membranlı (MOFEC) yakıt hücrelerine benzer, yani. elektrolit olarak bir polimer kullanılır ve bir yük taşıyıcı olarak bir hidrojen iyonu (proton) kullanılır. Bununla birlikte, sıvı metanol (CH30H) anotta su varlığında oksitlenir ve harici bir elektrik devresi aracılığıyla yönlendirilen CO2, hidrojen iyonları ve elektronları serbest bırakır ve bir elektrik akımı üretilir. Hidrojen iyonları elektrolitten geçer ve anotta su oluşturmak için havadan oksijen ve dış devreden elektronlarla reaksiyona girer.

Anottaki reaksiyon: CH 3OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Katottaki reaksiyon: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Genel element reaksiyonu: CH30H + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Bu tip yakıt pillerinin avantajı, sıvı yakıt kullanımı ve dönüştürücü kullanma ihtiyacının olmaması nedeniyle boyutlarının küçük olmasıdır.

Alkali yakıt hücreleri/hücreleri (AFC)

Alkali yakıt pilleri, elektrik üretiminde kullanılan en verimli unsurlardan biridir ve %70'lere varan güç üretim verimliliğine sahiptir.

Alkali yakıt hücreleri bir elektrolit, yani gözenekli, stabilize bir matris içinde bulunan sulu bir potasyum hidroksit çözeltisi kullanır. Potasyum hidroksit konsantrasyonu, yakıt hücresinin 65°C ile 220°C arasında değişen çalışma sıcaklığına bağlı olarak değişebilir. Bir SFC'deki yük taşıyıcı, su ve elektron üretmek için hidrojen ile reaksiyona girdiği katottan anoda hareket eden bir hidroksit iyonudur (OH-). Anotta üretilen su katoda geri döner ve orada tekrar hidroksit iyonları üretir. Yakıt hücresinde meydana gelen bu reaksiyon dizisinin bir sonucu olarak, elektrik üretilir ve bir yan ürün olarak ısı:

Anotta reaksiyon: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Sistemin genel reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SFC'lerin avantajı, elektrotlarda ihtiyaç duyulan katalizör, diğer yakıt hücreleri için katalizör olarak kullanılanlardan daha ucuz olan maddelerden herhangi biri olabileceğinden, bu yakıt hücrelerinin üretimi en ucuz olanlarıdır. SCFC'ler nispeten düşük sıcaklıklarda çalışır ve en verimli yakıt hücreleri arasındadır - bu özellikler sırasıyla daha hızlı güç üretimine ve yüksek yakıt verimliliğine katkıda bulunabilir.

Biri karakteristik özellikler SHTE - yakıtta veya havada bulunabilecek CO2'ye karşı yüksek hassasiyet. CO2 elektrolitle reaksiyona girer, onu hızla zehirler ve yakıt hücresinin verimini büyük ölçüde azaltır. Bu nedenle SFC'lerin kullanımı uzay ve su altı araçları gibi kapalı alanlar ile sınırlıdır, saf hidrojen ve oksijen ile çalışmalıdır. Ayrıca CO, H 2 O ve CH4 gibi diğer yakıt pilleri için güvenli ve hatta bazıları için yakıt olan moleküller SFC'ler için zararlıdır.

Polimer elektrolit yakıt hücreleri/hücreleri (PETE)

Polimer elektrolit yakıt pilleri durumunda, polimer membran, su iyonlarının (su molekülüne bağlı H2O + (proton, kırmızı) iletiminin olduğu su bölgelerine sahip polimer liflerinden oluşur). Su molekülleri, yavaş iyon değişimi nedeniyle bir sorun teşkil eder. Bu nedenle, hem yakıtta hem de egzoz elektrotlarında, çalışma sıcaklığını 100°C ile sınırlayan yüksek bir su konsantrasyonu gereklidir.

Katı asit yakıt hücreleri/hücreleri (SCFC)

Katı asit yakıt pillerinde elektrolit (CsHSO 4 ) su içermez. Bu nedenle çalışma sıcaklığı 100-300°C'dir. SO 4 2-oksi anyonlarının dönüşü, protonların (kırmızı) şekilde gösterildiği gibi hareket etmesine izin verir. Tipik olarak, bir katı asit yakıt hücresi, iyi bir temas sağlamak için iki sıkıca sıkıştırılmış elektrot arasında çok ince bir katı asit bileşiği tabakasının sıkıştırıldığı bir sandviçtir. Isıtıldığında, organik bileşen buharlaşır, elektrotlardaki gözeneklerden geçerek yakıt (veya hücrenin diğer ucundaki oksijen), elektrolit ve elektrotlar arasındaki sayısız temas yeteneğini korur.

Çeşitli yakıt hücresi modülleri. yakıt pili

1. Yakıt Pili
2. altında çalışan diğer ekipmanlar Yüksek sıcaklık(entegre buhar jeneratörü, yanma odası, ısı dengesi değiştirici)
3. Isıya dayanıklı yalıtım

yakıt hücresi modülü

Yakıt hücresi türleri ve çeşitlerinin karşılaştırmalı analizi

Yenilikçi enerji tasarruflu belediye ısı ve enerji santralleri tipik olarak katı oksit yakıt hücreleri (SOFC'ler), polimer elektrolit yakıt hücreleri (PEFC'ler), fosforik asit yakıt hücreleri (PCFC'ler), proton değişim membranlı yakıt hücreleri (MPFC'ler) ve alkalin yakıt hücreleri üzerine kuruludur ( APFC'ler) . Genellikle aşağıdaki özelliklere sahiptirler:

Katı oksit yakıt hücreleri (SOFC) en uygun olarak kabul edilmelidir:

• pahalı değerli metallere (platin gibi) olan ihtiyacı azaltan daha yüksek bir sıcaklıkta çalışır
• için çalışabilir çeşitli tipler hidrokarbon yakıtlar, özellikle doğal gaz
• daha uzun bir başlatma süresine sahiptir ve bu nedenle uzun süreli kullanım için daha uygundur
• güç üretiminin yüksek verimliliğini gösterir (%70'e kadar)
• yüksek çalışma sıcaklıkları nedeniyle, üniteler ısı geri kazanım sistemleriyle birleştirilebilir ve bu da genel sistem verimliliğini %85'e kadar çıkarır
• sıfıra yakın emisyona sahiptir, sessiz çalışır ve mevcut enerji üretim teknolojilerine kıyasla düşük çalışma gereksinimlerine sahiptir

Yakıt hücresi tipi	Çalışma sıcaklığı	Güç Üretimi Verimliliği	Yakıt tipi	Uygulama alanı
RKTE	550–700°C	50-70%		Orta ve büyük tesisler
FKTE	100–220°C	35-40%	saf hidrojen	Büyük tesisler
MOPTE	30-100°C	35-50%	saf hidrojen	Küçük tesisler
SOFC	450–1000°C	45-70%	Çoğu hidrokarbon yakıt	Küçük, orta ve büyük tesisler
POMTE	20-90°C	20-30%	metanol	taşınabilir
SHTE	50–200°C	40-70%	saf hidrojen	uzay araştırması
PETE	30-100°C	35-50%	saf hidrojen	Küçük tesisler

Küçük termik santraller geleneksel bir gaz besleme ağına bağlanabildiğinden, yakıt pilleri ayrı bir hidrojen besleme sistemine ihtiyaç duymaz. Katı oksit yakıt hücrelerine dayalı küçük termik santraller kullanıldığında, üretilen ısı, su ve havalandırma havasını ısıtmak için ısı eşanjörlerine entegre edilebilir ve bu da sistemin genel verimliliğini artırır. Bu yenilikçi teknoloji, pahalı altyapıya ve karmaşık cihaz entegrasyonuna ihtiyaç duymadan verimli enerji üretimi için en uygunudur.

Yakıt hücresi/hücre uygulamaları

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin telekomünikasyon sistemlerinde uygulanması

Kablosuz iletişim sistemlerinin dünya çapında hızla yayılması ve cep telefonu teknolojisinin artan sosyal ve ekonomik faydaları ile birlikte, güvenilir ve uygun maliyetli yedek güç ihtiyacı kritik hale geldi. Kötü hava koşulları, doğal afetler veya sınırlı şebeke kapasitesi nedeniyle yıl boyunca şebeke kayıpları kalıcı bir zor problem ağ operatörleri için.

Geleneksel telekomünikasyon yedek güç çözümleri arasında piller (kurşun-asit hücre pil valf ayarlı) kısa süreli yedek güç ve daha uzun yedek güç için dizel ve propan jeneratörleri için. Piller, 1 ila 2 saat için nispeten ucuz bir yedek güç kaynağıdır. Ancak piller, bakımlarının pahalı olması, uzun süreli kullanımlardan sonra güvenilmez hale gelmesi, sıcaklıklara duyarlı olması ve yaşam için tehlikeli olması nedeniyle daha uzun yedekleme süreleri için uygun değildir. çevre bertaraf edildikten sonra. Dizel ve propan jeneratörleri sürekli yedek güç sağlayabilir. Bununla birlikte, jeneratörler güvenilmez olabilir, kapsamlı bakım gerektirebilir ve atmosfere yüksek düzeyde kirletici ve sera gazı salabilir.

Geleneksel yedek güç çözümlerinin sınırlamalarını ortadan kaldırmak için yenilikçi bir yeşil yakıt hücresi teknolojisi geliştirilmiştir. Yakıt hücreleri güvenilirdir, sessizdir, bir jeneratörden daha az hareketli parça içerir, -40°C ile +50°C arasında bir aküden daha geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına sahiptir ve sonuç olarak son derece yüksek düzeyde enerji tasarrufu sağlar. Ayrıca, böyle bir tesisin ömür boyu maliyeti, bir jeneratörünkinden daha düşüktür. Daha düşük yakıt hücresi maliyetleri, yılda yalnızca bir bakım ziyaretinin ve önemli ölçüde daha yüksek tesis üretkenliğinin sonucudur. Sonuçta yakıt hücresi, minimum çevresel etkiye sahip çevre dostu bir teknoloji çözümüdür.

Yakıt hücresi üniteleri, telekomünikasyon sisteminde kablosuz, kalıcı ve geniş bant iletişim için kritik iletişim ağı altyapıları için 250W ile 15kW arasında değişen yedek güç sağlar ve birçok rakipsiz yenilikçi özellik sunar:

• GÜVENİLİRLİK– Birkaç hareketli parça ve bekleme deşarjı yok
• ENERJİ TASARRUFU
• SESSİZLİK– düşük gürültü seviyesi
• İSTİKRAR– -40°C ile +50°C arası çalışma aralığı
• UYARLANABİLİRLİK– açık ve kapalı kurulum (konteyner/koruyucu konteyner)
• YÜKSEK GÜÇ– 15 kW'a kadar
• DÜŞÜK BAKIM İHTİYACI– minimum yıllık bakım
• EKONOMİ- çekici toplam sahip olma maliyeti
• TEMİZ ENERJİ– minimum çevresel etki ile düşük emisyonlar

Sistem DC bara voltajını her zaman algılar ve DC bara voltajı kullanıcı tanımlı bir ayar noktasının altına düşerse kritik yükleri sorunsuz bir şekilde kabul eder. Sistem, yakıt hücresi yığınına iki yoldan biriyle giren hidrojenle çalışır - ya ticari bir hidrojen kaynağından ya da yerleşik bir reformer sistemi kullanarak sıvı metanol ve su yakıtından.

Elektrik, yakıt hücresi yığını tarafından doğru akım şeklinde üretilir. DC gücü, yakıt hücresi yığınından gelen düzensiz DC gücünü gerekli yükler için yüksek kaliteli, düzenlenmiş DC gücüne dönüştüren bir dönüştürücüye gönderilir. Süre yalnızca stokta bulunan hidrojen veya metanol/su yakıtı miktarı ile sınırlı olduğundan, bir yakıt hücresi kurulumu günlerce yedek güç sağlayabilir.

Yakıt hücreleri, endüstri standardı valf ayarlı kurşun asit akü paketlerine kıyasla üstün enerji verimliliği, artırılmış sistem güvenilirliği, çok çeşitli iklimlerde daha öngörülebilir performans ve güvenilir hizmet ömrü sunar. Önemli ölçüde daha az bakım ve değiştirme gereksinimi nedeniyle yaşam döngüsü maliyetleri de daha düşüktür. Yakıt hücreleri, son kullanıcıya çevresel faydalar sunar, çünkü kurşun asit hücreleriyle ilişkili bertaraf maliyetleri ve sorumluluk riskleri büyüyen bir endişedir.

Elektrikli pillerin performansı, şarj seviyesi, sıcaklık, döngüler, kullanım ömrü ve diğer değişkenler gibi çok çeşitli faktörlerden olumsuz etkilenebilir. Sağlanan enerji bu faktörlere bağlı olarak değişecektir ve tahmin edilmesi kolay değildir. Bir proton değişim membranlı yakıt hücresinin (PEMFC) performansı, bu faktörlerden nispeten etkilenmez ve yakıt mevcut olduğu sürece kritik güç sağlayabilir. Artan öngörülebilirlik, kritik görev yedek güç uygulamaları için yakıt hücrelerine geçerken önemli bir avantajdır.

Yakıt hücreleri, bir gaz türbini jeneratörü gibi yalnızca yakıt sağlandığında enerji üretir, ancak üretim bölgesinde hareketli parçalara sahip değildir. Bu nedenle, bir jeneratörden farklı olarak, hızlı aşınmaya maruz kalmazlar ve sürekli bakım ve yağlama gerektirmezler.

Uzatılmış Süreli Yakıt Dönüştürücüyü çalıştırmak için kullanılan yakıt, metanol ve su karışımıdır. Metanol yaygın olarak bulunur, endüstriyel ölçeklişu anda birçok uygulamaya sahip olan yakıt, diğerleri arasında ön cam yıkayıcılar, plastik şişeler, motor katkı maddeleri, emülsiyon boyaları. Metanolün taşınması kolaydır, suyla karışabilir, biyolojik olarak iyi parçalanabilirliğe sahiptir ve kükürt içermez. Düşük donma noktasına (-71°C) sahiptir ve uzun süreli depolamada bozulmaz.

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin iletişim ağlarında uygulanması

Güvenlik ağları, elektrik şebekesinin kullanılamaması durumunda acil durumlarda saatlerce veya günlerce sürebilen güvenilir yedek güç çözümleri gerektirir.

Az sayıda hareketli parça ve yedek güç azaltma olmaksızın, yenilikçi yakıt hücresi teknolojisi, şu anda mevcut olan yedek güç sistemlerine kıyasla çekici bir çözüm sunar.

Yakıt hücresi teknolojisini iletişim ağlarında kullanmanın en zorlayıcı nedeni, artan genel güvenilirlik ve güvenliktir. Elektrik kesintileri, depremler, fırtınalar ve kasırgalar gibi olaylar sırasında, yedek güç sisteminin sıcaklığı veya yaşı ne olursa olsun, sistemlerin uzun bir süre boyunca çalışmaya devam etmesi ve güvenilir bir yedek güç kaynağına sahip olması önemlidir.

Yakıt hücresi güç kaynakları yelpazesi, güvenli iletişim ağlarını desteklemek için idealdir. Enerji tasarrufu sağlayan tasarım ilkeleri sayesinde, 250 W ila 15 kW güç aralığında kullanım için uzun süreli (birkaç güne kadar) çevre dostu, güvenilir bir yedek güç sağlarlar.

Veri ağlarında yakıt hücrelerinin/hücrelerinin uygulanması

Yüksek hızlı veri ağları ve fiber optik omurgalar gibi veri ağları için güvenilir güç kaynağı, tüm dünyada kilit öneme sahiptir. Bu tür ağlar üzerinden iletilen bilgiler, bankalar, havayolları veya tıp merkezleri gibi kurumlar için kritik veriler içerir. Bu tür ağlardaki bir elektrik kesintisi, yalnızca iletilen bilgiler için tehlike oluşturmaz, aynı zamanda kural olarak önemli finansal kayıplara da yol açar. Bekleme gücü sağlayan güvenilir, yenilikçi yakıt hücresi kurulumları, kesintisiz güç sağlamak için ihtiyaç duyduğunuz güvenilirliği sağlar.

Metanol ve sudan oluşan bir sıvı yakıt karışımı üzerinde çalışan yakıt hücresi üniteleri, birkaç güne kadar uzatılmış güvenilir bir yedek güç kaynağı sağlar. Ayrıca bu üniteler, jeneratörler ve akülere kıyasla önemli ölçüde azaltılmış bakım gereksinimlerine sahiptir ve yılda yalnızca bir bakım ziyareti gerektirir.

Veri ağlarında yakıt hücresi sistemlerinin kullanımı için tipik uygulama özellikleri:

• 100 W - 15 kW arası güç girişli uygulamalar
• Pil ömrü gereksinimleri > 4 saat olan uygulamalar
• Fiber optik sistemlerde tekrarlayıcılar (senkron sayısal sistemlerin hiyerarşisi, yüksek hızlı internet, IP üzerinden ses…)
• Yüksek hızlı veri iletiminin ağ düğümleri
• WiMAX İletim Düğümleri

Yakıt hücresi yedek kurulumları, kritik veri ağı altyapıları için geleneksel pil veya dizel jeneratörlere göre çok sayıda avantaj sunarak yerinde kullanımın artmasına olanak tanır:

1. Sıvı yakıt teknolojisi, hidrojen depolama sorununu çözer ve neredeyse sınırsız yedek güç sağlar.
2. Sessiz çalışmaları, düşük ağırlıkları, sıcaklık değişikliklerine karşı dirençleri ve neredeyse titreşimsiz çalışmaları sayesinde yakıt hücreleri, dış mekanlara, endüstriyel tesislere/konteynerlere veya çatılara kurulabilir.
3. Sistemin yerinde kullanım hazırlıkları hızlı ve ekonomiktir ve işletme maliyeti düşüktür.
4. Yakıt biyolojik olarak parçalanabilir ve kentsel çevre için çevre dostu bir çözüm sunar.

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin güvenlik sistemlerinde uygulanması

En özenle tasarlanmış bina güvenlik ve iletişim sistemleri, ancak onlara güç veren güç kadar güvenilirdir. Çoğu sistem, kısa süreli güç kayıpları için bir tür yedek kesintisiz güç sistemi içerse de, doğal afetler veya terör saldırılarından sonra meydana gelebilecek daha uzun elektrik kesintilerini sağlamazlar. Kritik hale gelebilir önemli konu birçok kurumsal ve devlet kurumu için.

CCTV izleme ve geçiş kontrol sistemleri gibi hayati sistemler (kimlik kartı okuyucular, kapı kapama cihazları, biyometrik tanımlama teknolojisi vb.), otomatik yangın alarm ve yangın söndürme sistemleri, asansör kontrol sistemleri ve telekomünikasyon ağları, güvenilir olmadığı durumlarda riske maruz kalmaktadır. alternatif kaynak sürekli güç kaynağı.

Dizel jeneratörler gürültülüdür, bulunması zordur ve güvenilirlik ve bakım sorunlarının çok iyi farkındadır. Buna karşılık, bir yakıt hücresi yedekleme kurulumu sessizdir, güvenilirdir, sıfır veya çok düşük emisyona sahiptir ve bir çatıya veya bir binanın dışına kurulumu kolaydır. Bekleme modunda deşarj veya güç kaybetmez. Kurum faaliyetlerini durdurduktan ve bina insanlar tarafından terk edildikten sonra bile kritik sistemlerin çalışmaya devam etmesini sağlar.

Yenilikçi yakıt hücresi kurulumları, kritik uygulamalardaki pahalı yatırımları korur. 250 W ila 15 kW güç aralığında kullanım için çevre dostu, güvenilir, uzun ömürlü yedek güç (birçok güne kadar) sağlarlar ve sayısız eşsiz özellikle birleştirilirler ve özellikle, yüksek seviye enerji tasarrufu.

Yakıt hücresi güç yedekleme üniteleri, güvenlik ve bina yönetim sistemleri gibi kritik uygulamalar için geleneksel pil veya dizel jeneratörlere göre sayısız avantaj sunar. Sıvı yakıt teknolojisi, hidrojen depolama sorununu çözer ve neredeyse sınırsız yedek güç sağlar.

Yakıt hücrelerinin/hücrelerinin evsel ısıtma ve enerji üretiminde uygulanması

Katı oksit yakıt hücreleri (SOFC'ler), güvenilir, enerji verimli ve zararlı emisyonlar yaygın olarak bulunan doğal gaz ve yenilenebilir yakıt kaynaklarından elektrik ve ısı üretimi için termik santraller. Bu yenilikçi üniteler, yerel elektrik üretiminden güç kaynağına, uzak bölgelere ve yardımcı güç kaynaklarına kadar çok çeşitli pazarlarda kullanılmaktadır.

Dağıtım ağlarında yakıt hücrelerinin/hücrelerinin uygulanması

Küçük termik santraller, aşağıdakilerden oluşan dağıtılmış bir elektrik üretim ağında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Büyük bir sayı tek bir merkezi elektrik santrali yerine küçük jeneratör setleri.

Aşağıdaki şekil, bir CHP tesisinde üretildiğinde ve geleneksel iletim ağları aracılığıyla evlere iletildiğinde, elektrik üretim verimliliğindeki kaybı göstermektedir. şu an. Bölgesel üretimdeki verim kayıpları, elektrik santralinden, alçak ve yüksek gerilim iletiminden ve dağıtım kayıplarından kaynaklanan kayıpları içerir.

Şekil, küçük termik santrallerin entegrasyonunun sonuçlarını göstermektedir: kullanım noktasında %60'a varan bir üretim verimliliği ile elektrik üretilir. Buna ek olarak, ev halkı yakıt hücrelerinin ürettiği ısıyı su ve alan ısıtması için kullanabilir, bu da yakıt enerjisi işlemenin genel verimliliğini artırır ve enerji tasarrufunu iyileştirir.

Çevreyi Korumak İçin Yakıt Pillerinin Kullanımı - İlişkili Petrol Gazının Kullanımı

Petrol endüstrisindeki en önemli görevlerden biri, ilişkili petrol gazının kullanılmasıdır. İlişkili petrol gazının mevcut kullanım yöntemlerinin pek çok dezavantajı vardır, bunların başlıcası ekonomik olarak uygulanabilir olmamalarıdır. İlgili petrol gazı alevlenir, bu da çevreye ve insan sağlığına büyük zarar verir.

İlgili petrol gazını yakıt olarak kullanan yenilikçi yakıt hücreli ısı ve enerji santralleri, ilgili petrol gazı kullanımı sorunlarına radikal ve uygun maliyetli bir çözüm yolunu açmaktadır.

1. Yakıt hücresi kurulumlarının ana avantajlarından biri, değişken bileşime bağlı petrol gazı üzerinde güvenilir ve sürdürülebilir bir şekilde çalışabilmeleridir. Yakıt hücresinin çalışmasının altında yatan alevsiz kimyasal reaksiyon nedeniyle, örneğin metan yüzdesindeki bir azalma, yalnızca güç çıkışında karşılık gelen bir azalmaya neden olur.
2. Tüketicilerin elektrik yükü, diferansiyel, yük dalgalanması ile ilgili esneklik.
3. Termik santrallerin yakıt hücrelerine montajı ve bağlantısı için, bunların uygulanması sermaye harcaması gerektirmez, çünkü Üniteler, tarlaların yakınındaki hazırlıksız sahalara kolayca monte edilir, kullanımı kolaydır, güvenilir ve verimlidir.
4. Yüksek otomasyon ve modern uzaktan kumanda, tesiste sürekli personel bulunmasını gerektirmez.
5. Tasarımın sadeliği ve teknik mükemmelliği: hareketli parçaların, sürtünmenin, yağlama sistemlerinin olmaması, yakıt hücresi kurulumlarının çalışmasından önemli ekonomik faydalar sağlar.
6. Su tüketimi: +30 °C'ye kadar ortam sıcaklıklarında yoktur ve daha yüksek sıcaklıklarda ihmal edilebilir.
7. Su çıkışı: yok.
8. Ayrıca yakıt hücreli termik santraller gürültü yapmaz, titreşim yapmaz, atmosfere zararlı emisyonlar yaymayın