Transcript centrul national pentru hidrogen si pile de combustibil

National R&D Institute for Cryogenics
and Isotopic Technologies –
ICIT Rm Valcea
CENTRUL NATIONAL PENTRU
HIDROGEN SI PILE DE
COMBUSTIBIL
- UN PAS IN DINAMIZAREA
ECONOMIEI BAZATE PE HIDROGEN
PRIN CERCETARE
Conferinta "Diaspora in cercetarea stiintifica si invatamantul superior din Romania"
Workshop Exploratoriu "Provocari stiintifice ale energiei de maine"
Bucuresti, 21-24 septembrie 2010
CUPRINS
CNHPC - CONTEXT NATIONAL SI INTERNATIONAL
PRIVIND ENERGETICA HIDROGENULUI
PERSPECTIVELE PE TERMEN SCURT SI MEDIU
ALE CNHPC
POSIBILITATI DE COLABORARE
CONCLUZII
De ce Hidrogenul ?
Toate studiile prospective realizate confirma cu o probabilitate mare ca epoca
economiei bazate de carbon este aproape de final, in timp ce o economie de
energie bazata pe hidrogen ar putea rezolva ingrijorarile crescande legate de
aprovizionarea cu energie.
Motivele pentru care a crescut interesul pentru
hidrogen sunt usor de inteles:
 Fiind combustibil curat "prin excelenta", acesta ar
putea juca un rol-cheie in indeplinirea angajamentelor
asumate in temeiul Protocolului de la Kyoto;
 Poate fi folosit ca mediu de stocare a energiei,
oferind astfel un raspuns la problema suparatoare
reprezentata de intermitenta celor mai multe surse de
energie regenerabila;
 Daca este produs din surse de energie locale,
devine un suport adecvat in sprijinirea tarilor care au
ca obiectiv mentinerea unui nivel corespunzator de
energie.
ENERGETICA HIDROGENULUI
SI SURSELE DE ENERGII REGENERABILE AFERENTE
surse
Virtual,
orice sursa
primara de
energie poate fi
transformata în
hidrogen
deschizand astfel
posibilitatea ca
acesta sa devina
un combustibil
universal.
Conversie & distributie
Utilizatori
Combustibili
fosili
Nuclear
Energie
electrica
Hidrogen
Solar &
Regenerabile
Pile combustibil –
conversie locala
electricitate
Consumatori
electrici
Combustibili pentru
transporturi
Combustibili pentru uz
casnic
Combustibili industriali
Chimicale
TRANZITIA CATRE O ECONOMIE
ENERGETICA BAZATA PE HIDROGEN
Asa zisa "economie bazata pe hidrogen" este de fapt un proiect pe termen lung,
care poate fi definit ca un efort de schimbare a unui sistem energetic existent cu altul
care se bazeaza pe capabilitatea hidrogenului ca si purtator de energie combinata cu
eficienta pilelor de combustibil ca si dispozitive de conversie a energiei chimice in
energie electrica si caldura.
Planuri de actiune, initiative
tehnologice si strategii de urmat au
fost declansate pentru a stabili
conditiile stiintifice si tehnologice
necesare pentru tranzitia catre
economia hidrogenului.
Optimizarea securitatii
privind furnizarea
energiei
Reducerea gazelor
cu efect de sera
Crearea unei noi
oportunitati
pentru sistemul
energetic
CNHPC
- CONTEXT NATIONAL SI INTERNATIONAL
 O serie de centre de cercetare-dezvoltare care au drept obiectiv
atat dezvoltarea de cercetari tehnologice cat si testarea si
validarea tehnologiilor si echipamentelor din domeniul hidrogenului
exista in intreaga lume (SUA, Japonia, Germania, Franta, Olanda,
Spania sau Anglia.
Aceste centre si-au definit deja o strategie de dezvoltare si
accelerare a activitatilor de cercetare-dezvoltare in domeniul
tehnologiilor hidrogenului, definindu-le intr-un cadru institutional
de tip competitional dar coordonat la scara nationala.
CNHPC
- CONTEXT NATIONAL SI INTERNATIONAL
Programele centrelor includ elemente cheie care trebuiesc abordate
in vederea dezvoltarii sistemelor pentru producerea energiei pe baza
de hidrogen, printre care:
Producerea si livrarea hidrogenului folosind diferite surse
Stocarea hidrogenului
Conversia hidrogenului in energie cu ajutorul pilelor de combustibil
Dezvoltarea de aplicatii comerciale, incurajarea si stabilirea de
parteneriate si activitati de training si informare
Efectuarea de demonstratii pentru a asigura feedback-ul la
programele de cercetare, masurarea progresului tehnologic si
integrarea solutiilor.
CNHPC
- CONTEXT NATIONAL SI INTERNATIONAL
Uniunea Europeana si-a propus o crestere a nivelului de integrare a
activitatilor de cercetare-dezvoltare in acest domeniu, in anul 2006, prin
crearea unui concept JTI-Joint Technology Initiative (Initiativa Tehnologica
Comuna) ca entitate legala propusa in vederea realizarii unui nou tip de
parteneriat public-privat in domeniul relevant de cercetare-dezvoltare la
nivel european.
Oficial lansata in octombrie 2008, Initiativa Tehnologica Comuna
pentru Hidrogen si Pile de Combustibil are un buget predefinit suficient
pentru o perioada de timp de 6 ani si a fost creat cu intentia de a reduce
seminificativ timpul necesar atingerii fazei comerciale.
Centru National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil este membru cu
drepturi depline in 'Research Group of Joint Technology Initiative – Joint
Undertaking on Hydrogen and Fuel Cells'. Calitatea de membru accorda
drepturi depline pentru participarea la luarea deciziilor in activitatea de
definire a strategiilor Europene dar si participarea la apelurile ce vor fi
lansate in cadrul acestui JTI.
MISIUNEA DECLARATA A CNHPC
aprofundarea cunoasterii stiintifice a
proceselor fizice si chimice ce vizeaza
tehnologia hidrogenului si a pilelor de
combustibil
“punand cercetarea in slujba
societatii energetice a viitorului”
oferirea
unei
platforme
pentru
dezvoltarea de parteneriate tehnologice în
acest domeniu de energie, combinand
tehnologia si expertiza existente in cadrul
Centrului.
 Promovarea excelentei in cercetarea fundamentala si aplicativa
 Asigurarea suportului pentru dezvoltare de tehnologii si modele aplicative
 Consiliere si sprijin in luarea deciziilor si in desfasurarea activitatilor autoritatilor in privinta
energiilor regenerabile in general si a tehnlogiilor hidrogenului in special
Sprijin in activitatile de educare a studentilor si a tinerilor cercetarori
Promovarea si dezvoltarea cooperarii la nivel national si international
Directii de Cercetare
Centrul National pentru Hidrogen are experienta, expertiza si facilitatile
si instrumentatia necesara pentru a avea un rol esential in dezvoltarea
oricarui aspect al asa-numitei economii bazate pe hidrogen.
Producere
de Hidrogen
Pile de Combustibil –
Proiectare, Testare, Validare
Investigarea,
dezvoltarea si
implementarea
tehnologiilor de
producere a
hidrogenului ultra
pur la un cost
scazut din diverse
surse, prioritare
fiind sursele
regenerabile.
Accentul este pus
pe faza de testare si
validare
tehnologica, o gama
larga de
instrumente de
caracterizare si
facilitati de testare
fiind operationale la
fata locului
Aplicatii bazate
pe pile de combustibil
Grupul de lucru al
Centrului va oferi
suport tehnic pentu
realizarea de produse
sau proiecte pentru
integrarea sistemelor
bazate pe pile de
combustibil de tip
PEM, reducand
riscurile legate de
comercializarea
acestei tehnologii.
REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020
 Obtinerea de informatii definitorii privind mecanismul de oxidare catalitica, de
reducere a oxigenului si de transport protonic prin membranele polimerice prin
derularea de cercetari fundamentale si exploratorii, interdisciplinare
 Elaborarea de modele de simulare capabile a furniza datele de proiectare
pentru procesoare de hidrogen si ansambluri de pile de combustibil
 Obtinerea primelor sisteme portabile de pile de combustibil pentru necesitati
de back-up, in vederea realizarii unui sistem integrat competitiv din punct de
vedere al costurilor si caracteristicilor cu sistemele conventionale existente
(generatoare diesel).
 Realizarea unui sistem demonstrativ de generare energetica utilizand pile de
combustibil cuplate intr-o retea similara cu retelele informatice tip Internet
 Dezvoltarea de sisteme demonstrative de statii de putere bazate pe utilizarea
ca si transportator si stocator de energie si pe energii regenerabile ca si sursa
primara.
Elaborarea, la nivel de sistem experimental a unei tehnologii de producere a
hidrogenului pe baza procesarii biomasei si a reactiilor termochimice
REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020
(2)
 Imbunatatirea caracteristicilor si optimizarea “RoHy- mobil” ca si aplicatie
mobila a tehnologiilor bazate pe pilele de combustibil.
Optimizarea in sensul scaderii costurilor de productie si a fiabilitatii pentru
statiile de producere a hidrogenului prin reformare catalitica a metanului si
implementarea unei noi solutii tehnologice de purificare prin permeatie.
 Realizarea de statii de putere concept RoHy, utilizand hidrogenul produs dintrun reformer catalitic si amplasarea lor in scop demonstrativ in zone greu
accesibile din punct de vedere a utilitatilor energetice
Utilizarea surselor de energie termica din centralele termice ca si cogenerare
pentru producerea hidrogenului prin procese hibride
 Abordarea si obtinerea de modele experimentale privind sistemele de
producere electrochimica a hidrogenului
 Elaborarea de coduri si proceduri de lucru pentru implementarea statiilor de
putere cu pile de combustibil de puteri medii si mari
Dezvoltarea in cadrul Centrului a unei aplicatii demonstrative –aplicativ de
statie de putere de 1-2 Mw bazata pe hidrogenului provenit din surse zonale.
Ianuarie 2009
Iulie 2009
EVOLUTIA
CNHPC
Martie 2009
Iunie 2009
Mai 2009
Laborator de electrochimie
si analiza structurala
DIRECTII DE CERCETARE:
- Realizarea de membrane schimbatore de protoni in conceptie proprie; studii privind
performantele membranelor;
- Realizarea de catalizatori aferenti membranelor, cu toleranta sporita la otravire;
- Realizarea de catalizatori aferenti diferitelor procese de obtinere a hidrogenului
ultrapur din gaz metan, biogaz, disociere termochimica a apei, procese industriale;
- Studii de materiale utilizate in electroliza apei cu membrane schimbatoare de protoni
- Studii de materiale folosite in instalatiile de descompunere termochimica a apei;
- Studii de material pentru membrane permselective specifice gazelor din domeniu
pilelor de combustibil;
- Studii privind realizarea de celule fotovoltaice cu straturi semiconductoare subtiri si pe
suport flexibil;
- Realizarea de structuri semiconductoare performante utilizate in celulele fotolizoare;
- Studiul materialelor de stocare a hidrogenului;
- Studiul materialelor pentru realizarea placilor bipolare ale pilelor de combustibil.
Laborator tehnologii de producere a hidrogenului
DIRECTII DE CERCETARE:
- Instalatii de producere a hidrogenului prin reformarea catalitica a gazului metan,
instalatii de tip Reformer Membrana;
•Producerea hidrogenului in electrolizoare cu membrana PEM de mica si medie
capacitate;
• Instalatie pilot de producere a hidrogenului prin disocierea termochimica a
apei utilizind diferite variante de surse energetice.
• Realizarea de ansambluri performante de celule fotolizoare pentru generarea
de hidrogen.
Laborator tehnologic pile de combustibil
DIRECTII DE CERCETARE:
- Realizarea de pile si ansambluri de pile de combustibil in diferite variante
constructive pentru temperaturi joase si inalte ;
• Studiul comportarii pilelor de combustibil in regimuri tranzitorii de functionare,
cicluri repetate de pornire oprire.
• Studii privind comportarea pilelor in cazul pornirii la temperaturi joase;
• Imbunatatirea performantelor functionale ale pilelor in cazul alimentarii cu
amestecuri de gaze cu concentartii diferite de gaze toxice atit pe intrarea
anodica cat si pe intrarea catodica si care simuleaza conditiile reale de
functionare a acestora.
• Optimizarea parametrilor functionali de generare a energiei electrice la variatii
de sarcina.
Grup sisteme integrate de putere
bazate pe hidrogen
DIRECTII DE CERCETARE:
- Sistem energetic complex utilizind turbine eoliene si panouri fotovoltaice cu
stocarea surplusului energetic pe stocatoare de hidrogen ;
- Sistem complex de cogenerare energie termica pe baza de pile de combustibil si
panouri fotovoltaice optimizate;
- Stand de testare pentru ansambluri de pile de combustibil ;
- Turbine eoliene cu ax vertical cu lagare cu sustentatie magnetica ;
- Realizarea de sisteme de control multivariabil de tip rigid pentru ansambluri de
pile de combustibil de diferite nivele de putere ;
- Elaborarea unui pachet de programe de configurare si dimensionare a sistemelor
integrate energetice;
- Aplicatii mobile si stationare ale pilelor de combustibil de tip PEM.
Grup de modelare matematica a proceselor
DIRECTII DE CERCETARE:
- Fundamentarea teoretica a cercetarilor prin modelare si simulare:
• Modelarea proceselor fizice , electrochimice si termodinamice dintr-o pila
de combustibil in vederea optimizarii parametrilor functionali pentru
obtinerea diverselor configutatii constructive ale ansamblurilor de pile de
combustibil.
• Modelarea proceselor fizico-chimice din instalatiile de procesare a
hidrogenului activitate corelata cu proiectarea sistemelor de automatizare si
control a acestora.
• Modelarea sistemelor integrate energetice in vedere optimizarii
randamentului energetic.
Plan de actiune pe termen scurt si mediu
Etapa
Etapa
preliminara
Descrierea obiectivelor
Data
finalizare
Instalarea principalelor echipamente si instrumentatie analítica
prevazuta a fi utilizata in cadrul Centrului
Decembrie
2009
Instalarea intregii capabilitati operationale pentru cele mai multe
dintre sistemele demonstrative si realizarea seturilor complete de
Etapa
evaluare a performantelor
de
implementare Proiectarea si realizarea unor sisteme integrate energetice axate pe Noiembrie
surse primare regenerabile si utilizand hidrogenul ca vector
2011
energetic
Acumularea experientei si capabilitatii tehnologice pentru a fi
recunoscut ca principala facilitate de cercetare-dezvoltare in
domeniul hidrogenului din Romania
Etapa
de excelenta
Stabilirea Centrului National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil
ca un centru european de excelenta, avand deja un portofoliu de
proiecte si cooperari internationale precum si demararea de Decembrie
proiecte de tip pilot sau industrial cu parteneri economici din tara
2013
Etapa de
validare
tehnologica
Demararea activitatilor de validare tehnologica si stabilirea
procedurilor pentru testele finale pentru sisteme energetice Decembrie
bazate pe hidrogen ce pot fi introduse pe piata.
2014
Desfasurarea de activitati de sustinere a partenerilor industriali
pentru aplicatii ce pot fi comercialízate.
Cooperare posibila sau
“ce poate CNHPC sa ofere”
 Un partener puternic si de incredere
 Capabilitati si experienta in ceea ce priveste:
- operarea unor facilitati tehnologice si demonstrative;
- instrumentatia de laborator pentru caracterizarea suprafetelor
catalizatorilor utilizati la pilele de combustibil;
- statiile de testare a pilelor de combustibil;
- echipamentul de determinare a permeabilitatii pentru diferite
gaze.
 O retea de colaboratori din mediul de cercetare si din cel al
agentilor economici.
 Parteneriate la nivel nationala prin crearea unui Grup de Initiativa
in Cercetarea Hidrogenului, dar si la nivel international.
CONCLUZII
 Centrul National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil se doreste a
reprezenta un pol al cercetarilor si dezvoltarilor tehnologice in
domeniul hidrogenului, nu numai in sensul derularii de programe pe
care le va implementa prin echipa sa de cercetare dar si prin
multitudinea de servicii si facilitati pe care le ofera altor organizatii
nationale care sunt interesate in domeniu.
 Exista in cadrul Centrului un numar de echipamente de testare si
validare tehnologica a tehnologiilor si echipamentelor bazate pe pile
de combustibil care au fost achizitionate in ideea de a crea o facilitate
la nivel national si a polariza necesitatile de cercetare si dezvoltare a
mai multor organizatii de cercetare.
CONCLUZII
 Un parteneriat solid public-privat ar trebui
incurajat, in vederea gasirii unor modalitati
de colaborare pentru dezvoltarea si
utilizarea energiei pe baza de hidrogen
Tranzitia catre economia bazata pe
hidrogen a inceput si ar putea dura mai
multe decenii, proces la care si Romania
trebuie sa devina un participant activ
Guvernele trebuie sa implementeze si sa
sustina politici coerente de energie care
stabilesc ca si prioritare hidrogenul – lucrul
care trebuie sa fie valabil si pentru Romania
Ramnicu
Valcea
INC-DTCI - ICSI RM. VALCEA
Centrul National pentru Hidrogen si
Pile de Combustibil