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. 
 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.
 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.
 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“
 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
 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
 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.
 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.
 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.
 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.
 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
 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.
|
