Dekarbonizace tepelných elektráren: Palivové články
zefektivní proces
11.5.2016 Zajímavým spojením konvenční výroby elektřiny a
inovativních technologií je dekarbonizace klasických uhelných
elektráren (tedy odstraňování oxidu uhličitého z jejich spalin) s
využitím palivových článků s tavenými uhličitany (MCFC). Tato
technologie byla úspěšně vyzkoušena v laboratorních podmínkách a
výsledky jsou natolik povzbudivé, že začátkem května 2016 podepsal
světový petrochemický a plynárenský koncern Exxon Mobil Corporation
(krátce „ExxonMobil“) dohodu s americkým výrobcem keramických
palivových článků FuelCell Energy na rozvíjení této technologie směrem
k její komercializaci. V současné době roste světový tlak na snižování emisí
skleníkových plynů a možnosti rychlé transformace energetiky na výlučně
bezemisní zdroje jsou zpravidla omezené. Jednou z cest je proto
dekarbonizace tepelných elektráren, tedy zbavování spalin oxidu
uhličitého. Dekarbonizace tepelné elektrárny se dnes ve světě
nejčastěji provádí absorpcí oxidu uhličitého ze spalin v roztoku aminů
(organických sloučenin odvozených od amoniaku) a je to proces náročný
na investiční i provozní náklady. Podle praxe v USA u takovéto
dekarbonizace v uhelné elektrárně dochází ke snížení jejího výkonu o 20
% a cena vyrobené elektřiny se tímto opatřením zdvojnásobí. Nepoužívá
se proto příliš často.
Naproti tomu připojení palivových článků na úrovni
odstranění 90 % uhlíkatých emisí naopak přidá k výkonu elektrárny výkon
palivočlánkové jednotky, takže elektrický výkon celého zařízení naopak
vzroste o 80 %. Jednotková cena elektřiny se přitom zvýší jen cca o
třetinu a navíc dochází ke zmíněnému poklesu emisí oxidů dusíku o více
než 70 %.
Jak je to možné?
Dekarbonizace při použití této technologie využívá
fyzikální a chemické procesy probíhající v palivovém článku typu MCFC.
Typickým příkladem tohoto typu palivových článků je právě Direct
FuelCell® zmíněného výrobce FuelCell Energy, který se uplatňuje mj. i v
dosud největší palivočlánkové elektrárně Gyeonggi Green Energy v Jižní
Koreji (viz
foto).
Jako elektrolyt zde slouží uhlíkaté sloučeniny draslíku
a lithia a jako palivo běžný zemní plyn, případně bioplyn, z něhož při
endotermní reakci metanu s vodní párou za vyšších teplot (tzv.
reformováním) vzniká směs CO2, vodíku a vody. Výstupem reakcí
probíhajících v palivovém článku tohoto typu je vodní pára a oxidy
uhlíku.
Za normálních okolností se na vstupu do palivového
článku směšuje zemní plyn s běžným vzduchem. Při využití palivového
článku pro dekarbonizaci elektrárny jsou do palivového článku přiváděny
kouřové spaliny z elektrárny tak, že zde částečně nebo zcela nahradí
vzduch. Palivový článek pak funguje jako dekarbonizační membrána:
Rozředěné oxidy uhlíku na vstupu koncentruje na výstupu tak, že je lze
snadno a ekonomicky odloučit.
Dalším významným efektem tohoto spojení obou technologií
je odstranění škodlivých oxidů dusíku (NOx) z kouřových spalin. Tyto
oxidy hodnotí Evropská environmentální organizace (EEA) jako druhý
zdraví nejnebezpečnější typ emisí. Tyto oxidy jsou odstraňovány v rámci
chemické reakce probíhající v palivovém článku.
Spojení těchto technologií bylo dva roky zkoušeno v
laboratorních podmínkách a ukázalo velmi příznivé výsledky. Spolupráce
společností ExxonMobil a FuelCell Energy se nyní zaměří především na
uplatnění této technologie ve velkých elektrárnách využívajících
spalovací turbíny na zemní plyn. V prvních cca dvou letech bude
věnována pozornost efektivnost procesu oddělování a koncentrování oxidu
uhličitého z kouřových spalin tepelné elektrárny. V další fázi, opět
cca jedno- až dvouleté, bude výsledná technologie testována na zvolené
elektrárně v pilotním provozu. Poté by se měla začít uplatňovat ve
velkém rozsahu.
redakce
Proelektrotechniky.cz
Foto ©
FuelCell Energy
Další informace zde a také
zde
Přečtěte si také:
10.12.2015
Evropská environmentální organizace (European
Environment Agency, EEA) zveřejnila v prosinci svoji zprávu o kvalitě
ovzduší v Evropě č. 5/2015. Tato zpráva analyzuje stav kvality ovzduší
v roce 2013 a jeho vývoj od roku 2004. Zpráva vychází z oficiálních dat
o monitorování kvality ovzduší v různých místech Evropy. ![](../sablona/vice3.gif)
27.11.2015
Město Woodbridge v americkém státě Connecticut bude
mít od konce příštího roku v provozu unikátní energetický systém:
energetickou mikrosíť s palivočlánkovým zdrojem energie. V listopadu
2015 k tomu byla podepsána smlouva mezi energetickou distribuční
společností United Illuminating Company a městem Woodbridge. ![](../sablona/vice3.gif)
13.11.2015 Vodíkové
technologie – elektrolýza vody a výroba
elektřiny ve vodíkových palivových článcích – mají víceúčelové využití,
jak ukazuje mj. i náš článek
o trojitě generačním zařízení. Kromě zde
zmíněných způsobů využití se elektrolýza může uplatnit i u odstraňování
radioaktivního izotopu vodíku – tritia z odpadních vod v jaderných
elektrárnách. Jak byla v říjnu 2015 informována odborná
veřejnost, pilotní projet s využitím elektrolyzéru od kanadského
výrobce Hydrogenics nyní připravuje specializovaná americká firma
Kurion. ![](../sablona/vice3.gif)
18.8.2015
Skotsko je, s ohledem na své geografické a
klimatické podmínky, region bohatý na větrnou energii. Není proto nijak
s podivem, že se zde rychle rozvíjí také zájem o energetické systémy,
které elektřinu z větrných zdrojů pomáhají ukládat do vodíku, dále
používaného v palivových článcích. Jedním z rozvojových projektů tohoto
druhu bude tzv. „Levenmouth Community Energy Project“ ![](../sablona/vice3.gif)
11.8.2015 Zatímco Evropa zkoumá a vyvíjí, Amerika prodává – a to i
v Evropě. Tak by se dala s jistou nadsázkou charakterizovat situace v
oblasti palivočlánkové kogenerace. Důkazem je i dohoda mezi americkým
výrobcem palivočlánkových technologií FuelCell Energy a německou
energetickou společností E.ON z konce července 2015 o společné nabídce
palivočlánkových kogeneračních jednotek ![](../sablona/vice3.gif)
29.7.2015 Palivočlánkové elektrárny, které na našich stránkách
průběžně sledujeme, mohou využívat jako vstupní médium zemní plyn s
běžné rozvodné sítě nebo
vodík vznikající elektrolýzou z obnovitelných zdrojů energie, případně
jako odpadní produkt v chemické výrobě. Poslední jmenovaná technologie
bude nyní využita v závodě nizozemské chemičky AkzoNobel ve
francouzském Bordeaux ![](../sablona/vice3.gif)
14.7.2015
Po roce výstavby byl na začátku července 2015 v
německém
Mainzu oficiálně zahájen provoz Energiepark Mainz, největšího zařízení
pro výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů na světě. Cílem projektu je
vývoj a testování zařízení tohoto typu, které umožňuje lépe pracovat s
obnovitelnými zdroji energie v elektroenergetické síti. ![](../sablona/vice3.gif)
9.7.2015 Concept Grid je francouzský projekt vedený národní
energetickou společností Electricité de France (EdF). Jeho cílem je v
reálných podmínkách testovat řešení pro energetické systémy typu smart
grid. V rámci
tohoto projektu byl koncem června 2015 zprovozněn bateriový zásobník
energie BESS (battery energy storage systém) od společnosti Alstom. ![](../sablona/vice3.gif)
26.6.2015
Americký výrobce palivočlánkových technologií pro
výrobu
elektřiny a tepla, společnost FuelCell Energy, představil koncem května
2015 veřejnosti trojitě generační energetické zařízení s výkonem řádově
v megawattech, které dokáže ze zemního plynu nebo bioplynu prakticky
bez emisí vyrobit čistý vodík pro palivočlánková vozidla nebo jiné
aplikace, spolu s teplem a elektřinou. ![](../sablona/vice3.gif)
18.6.2015 Česká republika a Německo navázaly oficiální spolupráci
v oboru vodíkových technologií a palivových článků. Jde o významný krok
pro české výzkumné instituce i průmysl, jimž přinese přístup k
pokročilým technologiím, spolupráci s německými firmami i investice z
německého Národního inovačního programu. Česká republika je prvním z
nových členských států EU, kterému byla spolupráce nabídnuta. ![](../sablona/vice3.gif)
8.6.2015 Odvětví energetického využívání odpadů, v němž se z
komunálního a komerčního odpadu získává elektrická energie a teplo,
představuje rostoucí trh. Vlivem stoupajícího počtu obyvatel a
urbanizace vzniká stále více odpadu, přičemž možností ukládat odpad na
skládky je zároveň stále méně a méně. O řešeních pro efektivní řízení
těchto procesů informovala na začátku června 2015 společnost ABB ![](../sablona/vice3.gif)
18.5.2015 Konsorcium společností vedené výrobcem palivových článků
Fuel Cell Energy Inc. ohlásilo začátkem května 2015 zahájení přípravy
palivočlánkové elektrárny o celkovém instalovaném výkonu 63,3 MW v
Beacon Falls v americkém státě Connecticut. Pokud bude tento projekt,
prezentovaný pod názvem Beacon Falls Energy Park, vybudován podle
plánu, stane se největší palivočlánkovou elektrárnou na světě. ![](../sablona/vice3.gif)
![](../sablona/zpet.png)
|