Высокотемпературные топливные ячейки
Наряду с такими нетрадиционными источниками энергии, как солнечные батареи, специальные станции и т. д., все более значительное место занимают так называемые топливные ячейки.
Немецкая компания MTU CFC Solutions разрабатывает и производит стационарные высокотемпературные модульные топливные ячейки (high temperature fuel cell, HTFC) в расплавах карбоната для экологически безопасной выработки электроэнергии, тепла и пара. Совместно с американской фирмой Fuel Cell Energy (FCE), производителем топливных элементов, MTU CFC Solutions запустила в эксплуатацию более 35 энергоустановок.
Высокотемпературные топливные ячейки, работающие на природном газе, могут генерировать 245 кВт электрической и 180 кВт тепловой мощности. Электрический КПД установки составляет при этом около 47%. Сравнение подтверждает: КПД жидкокарбонатной топливной ячейки выше, чем в других энергетических установок (рис. 1).
(нажмите на картинку для ее увеличения)
Работает она практически бесшумно и без вибрации, что делает установку потенциально привлекательной для работы в городских условиях. На базе HTFC MTU возможна как утилизация тепла, так и генерация холода. Кроме природного газа, установки могут использовать в качестве топлива биогаз, угольный и рудничный газы, синтетические газы с высокой теплотой сгорания.
Топливные ячейки HTFC MTU наработали суммарно около 180 000 часов и были рекомендованы к
серийного производства. Они имеют низкий уровень эмиссии и требуют гораздо меньше воздуха для процесса горения, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания.
Топливные ячейки работают при температуре 650 ° С, при этом возможна генерация пара температурой около 400 ° С. Пар может использоваться для различных технологических нужд: например, для стерилизации медицинских инструментов в госпиталях, для вулканизации шин и т. д. генерируемого тепло может также использоваться для генерации холода с помощью абсорбционных машин.
Благодаря высокому КПД уровень эмиссии углекислого газа несравнимо ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания. Принципиальным является и тот факт, что в составе HTFC не используется любой ~ или редких материалов.
Компоненты мини-ТЭЦ на базе HTFC
теплоэлектростанция состоит из трех блоков (рис. 5):
(нажмите на картинку для ее увеличения)
высокотемпературного модуля, который является основной частью мини-ТЭЦ. Он включает в себя горизонтально расположенный модуль топливных ячеек; камеру смешения наружного воздуха и газов, образующихся на анодах и катодах; сборник катодного газа, два циркуляционных вентилятора и подогреватель для запуска;
Блока подготовки газа для топливных ячеек, где газ очищается от серы, подогревается и увлажняется;
Инверторы и модули управления.
Постоянный ток от топливных ячеек преобразуется в переменный и поступает в общую сеть. С помощью системы управления может осуществляться дистанционное управление HTFC (обычно мини-ТЭЦ на базе топливных ячеек функционируют автономно). Технические данные мини-ТЭЦ приведены в таблице.
Преимущества HTFC MTU:
Многие преимущества мини-ТЭЦ на базе HTFC MTU присущи всем высокотемпературным топливным ячейкам, но существуют такие, которые отмечаются только у этого типа электростанций.
Экологичность
Низкая эмиссия выхлопных газов;
Бесшумная работа;
Экономия природных ресурсов, так как HTFC функционируют на
источниках.
Высокая эффективность
электрический КПД в составе станции составляет 47%.
При дооснащение мини ~ ТЭЦ паровыми турбинами возможно достижение суммарного электрического КПД до 65%;
Утилизация тепла при высоких температурах;
отсутствие необходимости в техобслуживании.
Гибкость
использование различных газов в качестве топлива с сохранением высокого уровня КПД (природный и угольный газ, биогаз, синтетические газы, в том числе метанол, а также другие газообразные или жидкие газокарбонаты)
идеальная установка для выработки электроэнергии и утилизации тепла или генерации холода.
Надежность
коэффициент готовности - 98% (благодаря небольшому количеству переменных узлов);
высокое качество генерируемых энергии;
конструктивно несложная структура системы.
HTFC MTU вырабатывающие электрический ток постоянного или переменного напряжения без отклонения выходного напряжения и частоты от постоянного значения. В связи с этим они востребованы даже телекоммуникационными компаниями и компьютерными центрами, которые обычно очень чувствительны к качеству потребляемой электроэнергии.
Дополнительным преимуществом HTFC MTU является территориальная близость к потребителю, что делает их идеальными для использования в качестве независимого источника электроэнергии.
В.И. Маслов