Високотемпературні паливні комірки

Поряд з такими нетрадиційними джерелами енергії, як сонячні батареї, спеціальні станції і т. д., усе більш значне місце займають так звані паливні комірки.

Німецька компанія MTU CFC Solutions розробляє і виробляє стаціонарні високотемпературні модульні паливні комірки (high temperature fuel cell, HTFC) в розплавах карбонату для екологічно безпечної вироблення електроенергії, тепла і пари. Спільно з американською фірмою Fuel Cell Energy (FCE), виробником паливних елементів, MTU CFC Solutions запустила в експлуатацію понад 35 енергоустановок.
Високотемпературні паливні комірки, що працюють на природному газі, можуть генерувати 245 кВт електричної і 180 кВт теплової потужності. Електричний ККД установки становить при цьому близько 47%. Порівняння підтверджує: ККД жідкокарбонатной паливної комірки вище, ніж у інших енергетичних установок (мал. 1).

(натисніть на картинку для її збільшення)

Працює вона практично безшумно і без вібрації, що робить установку потенційно привабливою для роботи в міських умовах. На базі HTFC MTU можлива як утилізація тепла, так і генерація холоду. Крім природного газу, установки можуть використовувати як паливо біогаз, вугільний і рудничний гази, синтетичні гази з високою теплотою згоряння.

Паливні комірки HTFC MTU напрацювали сумарно близько 180 000 годин і були рекомендовані до
серійного виробництва. Вони мають низький рівень емісії і вимагають значно менше повітря для процесу горіння, ніж традиційні двигуни внутрішнього згоряння.

Паливні комірки працюють при температурі 650 ° С, при цьому можлива генерація пара температурою близько 400 ° С. Пар може використовуватися для різних технологічних потреб: наприклад, для стерилізації медичних інструментів у госпіталях, для вулканізації шин і т. д. що генерується тепло може також використовуватися для генерації холоду за допомогою абсорбційних машин.

Завдяки високому ККД рівень емісії вуглекислого газу незрівнянно нижче, ніж у двигунів внутрішнього згоряння. Принциповим є і той факт, що у складі HTFC не використовується будь ~ або рідкісних матеріалів.

Компоненти міні-ТЕЦ на базі HTFC

теплоелектростанція складається з трьох блоків (мал. 5):
(натисніть на картинку для її збільшення)

• високотемпературного модуля, який є основною частиною міні-ТЕЦ. Він включає в себе горизонтально розташований модуль паливних осередків; камеру змішування зовнішнього повітря і газів, що утворюються на анодах і катодах; збірник катодного газу; два циркуляційних вентилятора і підігрівач для запуску;
• Блоку підготовки газу для паливних комірок, де газ очищується від сірки, підігрівається і зволожується;
• Інвертори і модулі керування.

Постійний струм від паливних осередків перетворюється на змінний і надходить у загальну мережу. За допомогою системи управління може здійснюватися дистанційне керування HTFC (звичайно міні-ТЕЦ на базі паливних комірок функціонують автономно). Технічні дані міні-ТЕЦ наведені в таблиці.

Переваги HTFC MTU:

Багато переваг міні-ТЕЦ на базі HTFC MTU властиві всім високотемпературним паливними осередкам, але існують такі, які відзначаються тільки у цього типу електростанцій.

Екологічність

• Низька емісія вихлопних газів;
• Бесшумная работа;
• Економія природних ресурсів, так як HTFC функціонують на
  поновлюваних джерелах.

Висока ефективність

• електричний ККД у складі станції становить 47%.
• При дооснащення міні ~ ТЕЦ паровими турбінами можливе досягнення сумарного електричного ККД до 65%;
• Утилізація тепла при великих температурах;
• відсутність необхідності в техобслуговуванні.

Гнучкість

• використання різних газів як паливо зі збереженням високого рівня ККД (природний і вугільний газ, біогаз, синтетичні гази, у тому числі метанол, а також інші газоподібні або рідкі газокарбонати);
• ідеальна установка для вироблення електроенергії та утилізації тепла або генерації холоду.

Надійність

• коефіцієнт готовності - 98% (завдяки невеликій кількості змінних вузлів);
• висока якість генеруємої енергії;
• конструктивно нескладна структура системи.

HTFC MTU виробляють електричний струм постійної або змінної напруги без відхилення вихідної напруги і частоти від постійного значення. У зв'язку з цим вони затребувані навіть телекомунікаційними компаніями і комп'ютерними центрами, які зазвичай дуже чутливі до якості споживаної електроенергії.

Додатковою перевагою HTFC MTU є територіальна близькість до споживача, що робить їх ідеальними для використання в якості незалежного джерела електроенергії.

В.І. Маслов