Küçük ölçekli katı oksit yakıt hücresi kayıt ayarı mahallelere güç verebilir
çevre
Darren Quick1 Haziran 2012
2 fotoğraf
PNNL'de geliştirilen yüksek verimli, küçük ölçekli SOFC sistemi, PNNL tarafından geliştirilen mikrokanal teknolojisi ve harici buhar dönüştürme ve yakıt geri dönüşümü olarak adlandırılan iki olağandışı işleme sahiptir.Energy 'ın Pacific Northwest Ulusal Laboratuarı (DoE PNNL) Bölümünde geliştirilen yeni, küçük ölçekli bir katı oksit yakıt hücresi (SOFC) sistemi, ev ve mahalle elektrik üretimi için kullanılabilir. Metan yakıtlı sistem, daha önce benzer boyutlarda SOFC sistemlerinde görülen yüzde 30-50 verimlilikte iyileştirme yaparak yüzde 57'ye varan bir verim elde ediyor. PNNL araştırmacıları yaptıkları pilot sistemin ortalama Amerikan evine güç vermek için yeterli elektrik üretdiğini ve 50 ila 250 ev için güç sağlayacak şekilde ölçeklendirilebileceğini söylüyor.
Katı Oksit Yakıt HücreleriAküler gibi, yakıt hücreleri elektrik üretmek için anotlar, katotlar ve elektrolitler kullanır. Ancak çoğu akünün aksine, yakıt hücreleri sürekli bir yakıt beslemesi varsa sürekli olarak elektrik üretebilir. Yakıt hücreleri, SOFC'ler durumunda katı bir oksit veya seramik olan elektrolit materyalleri ile karakterize edilir. Seramik malzemeler ayrıca, elektrolit ile birlikte üç katman oluşturan anot ve katodu oluşturur.
Dış katmanı oluşturan katoda karşı hava pompalanır, havadaki oksijen, katotun ve iç elektrolit tabakasının karşıladığı negatif yüklü bir iyon haline gelir. Negatif yüklü oksijen iyonu daha sonra elektrolitin içinden geçerek elektrot oluşturmak için yakıt ile reaksiyona girdiği son anot tabakasına ve aynı zamanda buhar ve karbon dioksit yan ürünlerine ulaşır. SOFC'ler doğal gaz, biyogaz, hidrojen dahil olmak üzere farklı yakıtlar üzerinde çalışabilir, ancak PNNL ekibi yeni SOFC'yi beslemek için doğal gazın ana bileşeni olan metanı seçti.
Kömür santralleri de dahil olmak üzere diğer elektrik üretim yöntemlerinden daha verimli oldukları için, SOFC'ler daha az yakıt tüketir ve aynı miktarda elektrik üretmek için daha az kirlilik yaratırlar. Küçük ölçekli SOFC'lerin ayrıca, üretilen elektriğin tüketildiği yere daha yakın yerleştirilebilmesi ve iletim hatları ile gönderildiğinde kaybedilen güç miktarının azaltılması avantajı da vardır.
"Katı oksit yakıtlar hücreleri temiz, verimli enerji sağlamak için umut verici bir teknolojidir. Ancak şimdiye kadar çoğu insan 1 megawatt güç üreten daha büyük sistemlere odaklandı ve geleneksel enerji santrallerinin yerini alabilir " dedi Vincent Sprenkle, PNNL katı oksit yakıt hücresi geliştirme programının baş mühendisi. "Ancak bu araştırma, 1 ile 100 kilowatt arasında güç üreten daha küçük katı oksit yakıt hücrelerinin, yüksek verimli, yerelleştirilmiş güç üretimi için uygun bir seçenek olduğunu gösteriyor. "
PNNL ekibi, yüzde 50'den fazla verimli olan ve mahalleler için elektrik üretmek üzere ölçeklendirilebilen küçük bir sistem tasarlanması amacıyla, mikrokanal teknolojisi ile harici buhar reformu ve yakıt geri dönüşümünü birleştirdi.
Buhar reformuBuhar reformu, yakıtla buharın karıştırılmasını, böylece karbon monoksit ve hidrojen oluşturmak için reaksiyona girmelerini ve böylece yakıt hücresinin anodunda oksijen ile reaksiyona girmesini içerir. Bu işlem seramik tabakalarda eşit olmayan sıcaklıklara neden olabilecek ve yakıt hücresinin zayıflamasına ve kırılmasına neden olabilecek bir ısı gerektirdiğinden, PNNL ekibi, yakıt hücresinin dışında buhar ve yakıt arasındaki ilk reaksiyonların gerçekleşmesini sağlamak için bir ısı değiştirici kullanmıştır. Harici buhar reformu olarak bilinen şeyde.
Isı değiştiriciler, iki gazı ayıran iletken bir malzemeden yapılmış bir duvardan oluşur. Yakıt hücresine tepkimenin bir yan ürünü olarak dışarı atılan sıcak egzoz bir tarafta bulunurken, yakıt hücresine doğru giden bir soğutucu gaz diğerinde bulunur. Sıcak gazdan gelen ısı, gelen gazı, yakıt hücresinin içinde gerçekleşmesi için gerekli sıcaklıklara ısıtmak üzere duvar boyunca hareket eder.
Mikrokanal ısı değiştiricilerAncak, iki gazın ayrıldığı tek bir duvara sahip olmak yerine, PNNL araştırmacıları bir ataçtan daha dar bir dizi küçük döngü kanalı kullanarak çok sayıda duvar oluşturdular. Bu mikrokanal ısı değiştiriciler, daha fazla ısının transfer edilmesini sağlamak için yüzey alanını arttırır, böylece sistemin verimini arttırır. Mikrokanal ısı değiştiricisi ayrıca gazın ilmek kanallarından çok az ek basınçla hareket etmesi için tasarlandı.
Buhar Geri DönüşümüPNNL sistemi, buhar reform sürecini sürdürmek için buhar ve ısı yan ürünlerinden oluşan anottan gelen egzozu da geri dönüştürmektedir. Bu geri dönüşüm sadece su ısıtmak ve buhar oluşturmak için elektrikli bir cihazın gerekliliğini ortadan kaldırmaz, aynı zamanda sistemin ilk kez tüketilmeyen artık yakıtın bir kısmını kullanabileceği anlamına da gelir.
Harici buhar dönüştürme ve buhar geri dönüşümü ile mikro kanallı ısı değiştiricilerin kullanılması, sistemin daha net elektrik üretimi olmak üzere mümkün olduğunca az enerji kullanmasına olanak tanır. Laboratuar testlerinde ekip, net verim oranlarının yüzde 48, 2'den 2, 2 kW, 1, 7 kW'da yüzde 56, 6'ya yükseldiğini söylüyor. Birkaç ayarlamayla, ekip sistemin verimliliğini yüzde 60'a çıkarabileceğine inanıyor.
Ortalama Amerikan konutu yaklaşık 2 kW veya elektrik tüketen pilot sistem, ev tipi elektrik üretimi için kullanılabilir. Bununla birlikte, aynı zamanda, 100 ila 150 kW arasında üretilecek şekilde ölçeklendirilebilecek şekilde tasarlandılar ve bu da 50 ila 100 ev için yeterli elektrik sağlayabildi. PNNL ekibi, araştırmalarının sadece bireysel hanehalkları veya kamu hizmetleri tarafından kullanılabilecek bir sisteme dönüştüğünü görmeyi umuyor.
PNNL ekibinin küçük ölçekli SOFC'si, Enerji Kaynakları Dergisi'nde yayınlanan bir makalede detaylandırılmıştır.
Kaynak: PNNL
PNNL'de geliştirilen yüksek verimli, küçük ölçekli SOFC sistemi, PNNL tarafından geliştirilen mikrokanal teknolojisi ve harici buhar dönüştürme ve yakıt geri dönüşümü olarak adlandırılan iki olağandışı işleme sahiptir.
Bir kâğıt klipsinden daha dar olan mikrokanallar, bu fotoğrafta açıklayıcı amaçlar için çıkarılmış olan ısı eşanjörünün şemasına kazınmıştır.