Palivové články s pevnými oxidy mají perspektivu vyšší
účinnosti a podpory využívání obnovitelných zdrojů energie 16.6.2021 Palivové články s pevnými oxidy (SOFC) mají perspektivu jako téměř
bezemisní zdroje energie využívající na vstupu „tradiční“ média, jako
je zemní plyn nebo bioplyn, ale také jako zdroj vodíku pro další
palivočlánkové aplikace. Zvýšení jejich energetické účinnosti je nyní
náplní vývojových projektů spolufinancovaných americkým Ministerstvem
energetiky (DOE), jejichž hlavním účastníkem je americký výrobce
palivových článku FuelCell Energy. Odborná veřejnost o tom byla
informována v květnu 2021.
Palivové články s pevnými oxidy a jejich využití
Palivový článek s pevnými oxidy (solid oxide fuel cell – SOFC) používá
jako elektrolyt keramickou hmotu složenou z pevných oxidů, nejčastěji
oxidů zirkonu a ceria. Jeho energetická účinnost se pohybuje kolem 35 –
43 %. Tyto články, podobně jako MCFC, pracují při teplotách 500 – 1000
°C, a stejně jako ony tudíž nepotřebují drahou platinu jako
katalyzátor.
Jednotka vybavená SOFC může být využívána pro výrobu elektřiny tak jako
v Pittsburghu, kde jako vstupní médium slouží zemní plyn. Stejně tak
může sloužit pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (kogeneraci) a
jako vstupní médium může mít bioplyn.
Tuto technologii lze rovněž použít obráceně – jako zařízení pro
elektrolýzu vody. Palivočlánková jednotka je v takovém případě
konfigurována tak, aby vyráběla více vodíku, než kolik jej spotřebuje
palivový článek pro výrobu elektřiny. Výsledkem je trojitě generační
jednotka vyrábějící elektřinu, teplo a vodík (viz foto). Elektřina i
vyrobené teplo přitom může napomoci například výrobě bioplynu jakožto
primárního vstupního média. Technologie SOFC přitom funguje mnohem
efektivněji než tradiční elektrolyzéry, tj. s menší spotřebou elektřiny
na objem vyrobeného vodíku. A co je důležité, jedna taková jednotka umí
fungovat reverzibilně – tedy přepínat se mezi módem palivového článku a
módem elektrolyzéru.
Vodík pak může sloužit jako nosič energie k pozdějšímu využití pro
výrobu elektřiny v palivovém článku. Podle FuelCell Energy tak do
budoucna představuje nákladově efektivnější alternativu k tradičním
stacionárním zásobníkům energie využívajícím lithium-iontové baterie
zvláště tam, kde je třeba energii uchovávat po dobu delší než šest
hodin.
Projekty FuelCell Energy
Na výrobu elektřiny je zaměřen projekt “Innovative Natural-gas
Technologies for Efficiency Gain in Reliable and Affordable
Thermochemical Electricity-generation” (INTEGRATE), neboli „Inovativní
technologie zemního plynu pro zvýšení efektivnosti spolehlivé a
dostupné termochemické výroby elektřiny“. Jeho cílem je zvýšit
energetickou účinnost systémů využívajících palivové články typu SOFC
nad 70 %.
Po úspěšné přípravné fázi je nyní zahájena konstrukce a výroba
sub-megawattového prototypu. Hlavním cílem je vyvinout zdokonalenou
tlakovou palivočlánkovou jednotku, která je klíčovou pro zvýšení
účinnosti výroby elektřiny na uvedenou hodnotu. Součástí je rovněž
zvýšení efektivnosti elektrolýzy založené na palivových článcích typu
SOFC.
Na elektrolýzu pomocí palivových článků typu SOFC je zaměřený
samostatný projekt SOEC. V jeho rámci již FuelCell Energy
provozuje systém schopný vyrobit až 20 kg vodíku denně. Testovací
provoz prokázal elektrickou účinnost systému nad 90 % a identifikoval
příležitosti k jejímu dalšímu zvyšování až na 100 %, pokud se do
systému přivede tepelná energie z vnějšího zdroje.
Během roku 2021 je plánováno vybudování nového systému elektrolýzy o
výkonu 250 kW, umístěného ve výzkumné základně Idaho National
Laboratories (INL). Systém bude vybaven rovněž zásobníkem vodíku.
Výsledkem bude platforma zvaná „Reversible Solid Oxide Fuel Cell
(RSOFC)“, neboli „Reverzibilní palivový článek s pevnými oxidy“, kde
palivočlánková jednotka umožňuje měnit způsob fungování mezi výrobou
elektřiny a výrobou vodíku (viz výše).
Předpokládá se, že tato technologie může být důležitým základem pro
flexibilní zapojení obnovitelných zdroje energie všude tam, kde je
potřeba pokrýt nerovnoměrnosti ve výrobě a spotřebě energie pomocí
zásobníků energie.
redakce
Proelektrotechniky.cz
Ilustrační foto
palivočlánkové kogenerační jednotky © FuelCell Energy
Další
informace zde
 Přečtěte
si také:
 17.1.2020 Na
konci roku 2019 vstoupila do plně komerčního provozu 2,8megawattová
kogenerační jednotka v
americkém městě Tulare, instalovaná v místní
čističce odpadních vod a využívající jako vstupní médium bioplyn. Pro
jejího dodavatele, americkou společnost FuelCell Energy, je to
příležitost k ohlédnutí za padesátiletým vývojem v oblasti
stacionárních palivočlánkových technologií včetně možností využívání
bioplynu jako ekologického, avšak poněkud problematického média, při
jejich provozu. 
 23.10.2019 Americký
výrobce stacionárních palivočlánkových zdrojů FuelCell Energy, který
již dříve avizoval opětovný
vstup na evropský trh, a společnost E.ON
Business Solutions ze skupiny E.ON uzavřely dohodu o spolupráci při
rozvíjení evropského trhu stacionárních palivočlánkových zdrojů.
Odborná veřejnost byla s touto dohodou seznámena na začátku října 2019.
 2.8.2019 Americký
výrobce stacionárních palivočlánkových jednotek FuelCell Energy není
čtenářům našeho portálu jistě neznámý – zajímavosti z úspěšného provozu
jeho palivočlánkových elektráren a kogeneračních jednotek průběžně
sledujeme, viz například nedávné poznatky z palivočlánkové
kogenerace v korejském Inčchonu. Až dosud se
však tento výrobce zaměřoval především na americký a asijský trh. V
červenci 2019 oznámil odborné veřejnosti, že své submegawattové
palivočlánkové jednotky řady SureSource 250 a SureSource 400 o výkonech
250 a 400 kW opětovně nabídne také na evropském trhu.
 18.7.2019 V jihokorejském
městě Inčchon (anglicky Incheon) – téměř třímiliónové metropoli, ležící
nedaleko hlavního města Soulu, slouží již rok, tedy od konce června
2018, 20MW palivočlánková
kogenerační jednotka pro výrobu elektřiny a
tepla pro dálkové vytápění. První rok provozu považuje za velmi úspěšný
jak její dodavatel, tak energetická společnost, jíž kogenerační
jednotka patří.
 16.5.2019
Od prosince 2013 funguje v americkém městě Bridgeport (stát
Connecticut) park palivočlánkových elektráren
o celkovém výkonu 14,9
MW. Dodavatelem a zároveň provozovatelem palivočlánkových jednotek je
americký výrobce FuelCell Energy. Vlastníkem je elektrárenská
společnost Dominion Energy, pro niž byl tento park provozován na
smluvním základě. V polovině května 2019 dochází k významné organizační
změně: FuelCell
Energy odkoupil palivočlánkový park do svého vlastnictví.
 28.11.2018 Začátek
listopadu 2018 byl pro americký stát Connecticut
důležitým milníkem v oblasti ek.logicky vyráběné elektřiny: Ve dvou
městech, Hartfordu – hlavním městě státu Connecticut – a Derby byly
uzavřeny dohody o nákupu elektřiny (power purchase agreement – PPA) z
palivočlánkových elektráren od amerického dodavatele FuelCell Energy s
lokální distribuční společností.
 2.10.2018 Stacionární
palivočlánkové jednotky řady SureSource od amerického výrobce FuelCell
Energy sledujeme průběžně na našem portále. Uplatňují se u rozmanitých
energetických projektů ve světě – v USA (například ve městě Tulare nebo
u farmaceutické společnosti Pfizer), v Jižní Koreji (např.
palivočlánková kogenerace ve městě Inčchonu) nebo třeba v areálu
jednoho z německých ministerstev. V září 2018 dosáhly tyto
palivočlánkové zdroje důležitý milník: v součtu vyrobily celkem 8
miliónů MWh elektrické energie.
 28.8.2018 Jedním
z
průkopníků palivočlánkových technologií na asijském kontinentě je
bezesporu jihokorejské město Inčchon (anglicky Incheon) – téměř
třímiliónová metropole, ležící nedaleko hlavního města Soulu. Svědčí o
tom i 20letá smlouva s americkou společností FuelCell Energy na provoz
20MW palivočlánkové kogenerační jednotky pro výrobu elektřiny a tepla
pro dálkové vytápění v tomto městě, kterou v červenci 2018 podepsala
energetická společnost Korea Southern Power Co. Ltd. (KOSPO).
 25.4.2018 Tulare je
šedesátitisícové město v západní Kalifornii,
mezi jehož strategické priority patří také udržitelný rozvoj včetně
ekologicky šetrné energetiky. Jedním z konkrétních projektů, jimiž se
tato strategie realizuje, je i provoz palivočlánkové kogenerační
jednotky od dodavatele FuelCell Energy v tamní čističce odpadních vod.
Na začátku dubna 2018 překročil tento projekt důležitý milník
 19.1.2018 Anaerobní
vyhnívací plyn (ADG) je jedním z bioplynů,
které vznikají jako odpadní produkt v čističkách odpadních vod, při
chovu hospodářských zvířat nebo zpracováním potravinářského odpadu.
Jako takový je řazen mezi důležité obnovitelné zdroje, resp. nosiče
energie. Na rozdíl od zemního plynu je však mnohem méně bohatý na
metan, který je vlastním zdrojem energie, a zároveň plný kontaminantů.
Přesto si s tímto problematickým nosičem energie dokáže poradit i
takové zařízení, jako palivočlánková energetická jednotka.
|
