Transcript Palivové články v praxi

ÚJV Řež, a. s.
Využití palivových článků
a vodíkových technologií
Aleš Doucek
16.12.2013
Oddělení vodíkových technologií
Akumulace energie
setrvačníky, ultrakapacitory, akumulátory
systémy na bázi vodíkových technologií
Výzkum a vývoj vodíkových technologií
alkalická elektrolýza
vysokoteplotní elektrolýza
Řešení pro klasickou energetiku a teplárenství
záchyt a ukládání CO2
úprava spalin (SO2, NOx...)
akumulace tepla pro teplárenství
energetické využívání odpadů
1
K čemu vodík?
Akumulace energie
Obnovitelné zdroje
Podpůrná služba sítě
Pro dopravu
Bezemisní provoz
Nezávislost na
dovozech ropných paliv
Rychlé tankování
Vysoká účinnost
Projekty ÚJV Řež, a. s.
Úspěšně dokončené
TriHyBus – Trojitě hybridní vodíkový autobus (konsorcium Škoda
Electric, Proton Motor ad.)
Realizace první vodíkové čerpací stanice v ČR (Neratovice, dodavatel
Linde Gas)
ZEMSHIP – Zero Emission Ship (Hamburg)
3
TriHyBus
Autobus s vodíkovým pohonem
Čerpací stanice vodíku
Parametry
Stlačený plynný vodík
Plnící tlak 40 MPa
Zásobník 125 kg H2
Doba plnění 10 min
Připraveno na 70 MPa
Zásobování Linde Gas
Plnící rozhraní TK-16 a TK-25
Zero Emission Ship Hamburg
Oblasti využití
Stacionární aplikace (vysokoteplotní FC, spalovací motor, turbína)
Výkony od 10 kW do jednotek MW
Záložní zdroje el. energie
Kombinované zdroje el. energie a tepla
Odlehlé oblasti,
Vysokoteplotní palivové články
Mobilní aplikace (nízkoteplotní FC, spalovací motor, turbína)
Výkony od mW do 100 kW
Doprava
Osobní automobily
Autobusy
Specifické dopravní prostředky, vysokozdvižné vozíky apod.
(prostředky z důrazem na lokální čistý provoz)
Ponorky
Lodní doprava
Přenosné zdroje el. energie
Malá elektronická zařízení
Stacionární zařízení
OZE
Fotovoltaika
inst. výkon 1 971 MW (12/2011),
v 2011 bylo vyrobeno 2 182 018 MWh
0,3 % FVE má inst. výkon nad 5 MWe
(většina pod 10 kWe)
9
Větrné elektrárny
inst. výkon 223 MW (3/2012)
v 2011 vyrobeno 397 003 MWh
cca ½ elektráren výkon nad 5 MWe
cca ½ el. výkon v rozmezí 1-5 MWe
Fotovoltaické elektrárny
Příklady akumulace energie
Setrvačníky
Ultrakapacitory
11
Srovnání způsobů akumulace
Technologie
Výkon
Energie
Účinnost
Počet cyklů
MW
MWh
%
tis.
Ultrakapacitory
1
0,1
75-95
500
Setrvačníky
1
10
90
Baterie
40
250
Flow-baterie
5
Vodíkové
technologie
6
12
Čas akumulace
(řádově)
Cena
USD/kW
USD/kWh
sekundy minuty
25-50
10000 - 20000
1000
minuty - hodiny
1000 - 3000
1000 - 3000
50 - 90
5
minuty - hodiny
75-150
1000 - 2000
15
60 - 90
10
hodiny - dny
3000
320
70
25 - 35
1
hodiny - týdny
4000
<300
Návrh a realizace experimentálního zařízení
Akumulace do vodíku v ÚJV Řež
Zásobník vodíku
Elektrolyzér
Palivový článek
Parametry budovaného systému akumulace
Zařízení
Parametr
Hodnota
Fotovoltaické panely
Výkon
12 kWp
Li-Ion baterie
Kapacita
45 Ah
(2,2 kWh)
Elektrolyzér s protonvýměnnou
membránou
Příkon
6,3 kW
Palivový článek PEM
Výkon
4 kW
Zásobní nádrž vodíku
Skladované množství
10 kg
(při 5 – 15 bar)
Shrnutí
Elektrolyzér Hogen
6,3 kW
Výstupní tlak max. 15 bar
Shrnutí
Palivový článek Fronius
Palivový článek
Palivo: Vodík 5.0
Vstupní tlak : 5-15 bar
Spotřeba vodíku: menší
než 1,7 Nm3/h
Elektrické parametry :
DC výstupní výkon : 4 kW
Výstupní napětí. 48-56V
Účinnost : 47 %
Blokové schéma
18
Výsledky simulace
Příklad: pětidenní období
Fotovoltaická elektrárna Řež
20
21
22
Alkalická elektrolýza
Současný stav
Cílový stav
23
Výsledky matematického modelu
Denní běžné disproporce
vyšší produkci energie v poledne a její nedostatek večer
potřebné množství vodíku cca 0,3 kg/den.
Dlouhodobější nízký výkon FVE
období zpravidla ne delší než 7 – 10 dní
potřebné množství vodíku cca 2 kg H2 (v zimě 4 kg)
Shrnutí
Vodík lze efektivně využívat
jako nosič energie pro energetiku i dopravu (snižování energetické
závislosti)
jako médium pro skladování a transport energie
pro regulaci výkonu obnovitelných zdrojů energie
v chemickém průmyslu
Vodík lze vyrábět
z fosilních paliv konvenčními způsoby (omezené zásoby, produkce
CO2, nízké náklady)
z obnovitelných zdrojů
štěpením molekuly vody
nízkoteplotní elektrolýza
vysokoteplotní elektrolýza
termochemické cykly
Výhled do budoucnosti
Vodíkové hospodářství
Je potřeba zajistit udržitelnou výrobu vodíku
Možnost nahrazení energie dovážené v podobě
ropných paliv z vlastních zdrojů
Vodíkové technologie jsou do značné míry
připraveny nahradit fosilní paliva v dopravě
Další výzkum a vývoj je nezbytný (zvyšování
životnosti, snižování cen)
Čisté technologie
Děkuji za pozornost
Aleš Doucek, [email protected], 266 172 472