הגדרת הקלטת בקנה מידה קטן תא דלק מוצק תחמוצת יכול כוח השכונות

Anonim

הגדרת הקלטת בקנה מידה קטן תא דלק מוצק תחמוצת יכול כוח השכונות

סביבה

דארן מהיר

1 ביוני 2012

2 תמונות

היעילה ביותר, בקנה מידה קטן SOFC המערכת שפותחה ב PNNL תכונות PNNL שפותחו טכנולוגיה microchannel ושני תהליכים יוצאי דופן, שנקרא רפורמה קיטור חיצוני ומיחזור דלק

חדש, בקנה מידה קטן מוצק תא דלק תחמוצת (SOFC) מערכת שפותחה במחלקה של אנרגיה האוקיינוס ​​השקט המערב National Laboratory (DoE PNNL) יכול לשמש עבור כוח הבית והשלטון הדור. מונעת על ידי מתאן, המערכת משיגה יעילות של עד 57 אחוזים, שיפור על 30 עד 50 אחוזי יעילות לראות בעבר במערכות SOFC בגודל דומה. החוקרים טוענים כי מערכת הפיילוט שבנתה מייצרת מספיק חשמל כדי לשלטון את הבית האמריקאי הממוצע, וניתן להרחיב אותו כדי לספק חשמל ל -50 עד 250 בתים.

מוצק תאים דלק אוקסיד

בדומה לסוללות, תאי דלק משתמשים באנודות, קתודים ואלקטרוליטים לייצור חשמל. אבל בניגוד לרוב הסוללות, תאי דלק יכולים לייצר חשמל באופן רציף אם סופקו עם אספקת דלק מתמדת. תאי דלק מאופיינים בחומר אלקטרוליט שלהם, אשר במקרה של SOFCs הוא תחמוצת מוצקה או קרמיקה. חומרים קרמיים גם ליצור את האנודה ואת הקתודה אשר, יחד עם אלקטרוליט, טופס שלוש שכבות.

האוויר הוא נשאב נגד הקתודה, אשר יוצר את השכבה החיצונית, עם חמצן מהאוויר הופך יון טעונה שלילית שבו הקתודה ואת שכבת אלקטרוליט הפנימית נפגשים. יון חמצן טעונה שלילית ואז עובר דרך אלקטרוליט להגיע לשכבת האנודה הסופי שבו הוא מגיב עם דלק כדי ליצור חשמל, כמו גם תוצרי לוואי קיטור ופחמן דו חמצני. SOFCs יכול לפעול על דלקים שונים, כולל גז טבעי, ביוגז, מימן, אבל צוות PNNL בחרה מתאן - המרכיב העיקרי של גז טבעי - דלק החדש שלה SOFC.

כי הם יעילים יותר מאשר שיטות אחרות של ייצור חשמל, כולל תחנות כוח פחם, SOFCs צורכים פחות דלק וליצור פחות זיהום לייצר את אותה כמות של חשמל. בקנה מידה קטן SOFCs יש גם את היתרון של להיות מסוגל להיות קרוב למקום שבו החשמל שנוצר הוא נצרך, הפחתת כמות החשמל כי הוא איבד כאשר נשלח באמצעות קווי תמסורת.

"תאים מוצקים של תחמוצת מוצקה הם טכנולוגיה מבטיחה למתן אנרגיה נקייה ויעילה, אך עד כה, רוב האנשים התמקדו במערכות גדולות יותר המייצרות 1 מגה-ואט של חשמל או יותר ויכולים להחליף תחנות כוח מסורתיות", אמר וינסנט שפרנקל, מהנדס ראשי של תחמוצת מוצקה של דלק PNNL של תא דלק תוכנית פיתוח. "עם זאת, מחקר זה מראה כי קטן מוצק תחמוצת דלק תאים המייצרים בין 1 ל -100 קילוואט של כוח הם אפשרות קיימא עבור צריכת חשמל יעילה, כוח מקומי. "

במטרה לעצב מערכת קטנה, שעלתה על 50% מהיעילות, וניתן יהיה לשנות אותה גם כדי לייצר חשמל לשכונות, צוות ה- PNNL שילב רפורמות חיצוניות של קיטור ומיחזור דלק בטכנולוגיית microchannel.

אדים רפורמה

אדים רפורמה מערבבת אדים עם הדלק, כך שהם מגיבים כדי ליצור פחמן חד חמצני ומימן, אשר בתורו מגיב עם חמצן על תא הדלק של האנודה. בגלל תהליך זה דורש חום שיכול לגרום לטמפרטורות אחידות על שכבות קרמיקה להוביל להחלשה ושבירה של תא דלק, צוות PNNL השתמשו מחליף חום כדי לאפשר את התגובות הראשוניות בין קיטור הדלק כדי להסתיים מחוץ לתא הדלק במה שמכונה רפורמה קיטור חיצוני.

מחליפי חום מורכב קיר עשוי חומר מוליך המפריד בין שני הגזים. הפליטה החמה המגורשת כתוצר לוואי של התגובה בתוך תא הדלק ממוקמת בצד אחד, בעוד שגז צונן יותר המכוון לעבר תא הדלק נמצא בצד השני. חום מהגז החם נע דרך הקיר כדי לחמם את הגז הנכנס לטמפרטורות הדרושות לתגובה המתרחשת בתוך תא הדלק.

מחליפי חום

אבל במקום שיש רק קיר אחד המפריד בין שני הגזים, חוקרי ה- PNNL יצרו קירות מרובים באמצעות סדרה של ערוצי לולאה זעירים, צרים יותר מאשר מהדק. אלה מחליפי חום microchannel להגדיל את שטח הפנים כדי לאפשר יותר חום יועברו, ובכך להגדיל את היעילות של המערכת. מחליף חום microchannel תוכנן גם כך הגז נע דרך ערוצי לולאה בלחץ נוסף קטן מאוד.

מיחזור קיטור

מערכת PNNL גם ממחזר את פליטת מגיע מן האנודה, המורכב קיטור תוצרי לוואי חום, כדי לשמור על תהליך קיטור רפורמה. לא רק מיחזור זה לשלול את הצורך של מכשיר חשמלי כדי לחמם מים וליצור קיטור, זה גם אומר כי המערכת מסוגלת להשתמש כמה דלק שאריות כי לא היה נצרך בפעם הראשונה סביב.

השילוב של רפורמה קיטור חיצוני ומיחזור קיטור ושימוש מחליפי חום microchannel לאפשר למערכת להשתמש באנרגיה קטנה ככל האפשר עם התוצאה הסופית להיות יותר ייצור חשמל נטו. בבדיקות מעבדה, הצוות אומר יעילות נטו החל מ -48.2% ב -2.2 קילוואט, עד 56.6% ב -1.7 קילוואט. עם כמה התאמות נוספות, הצוות מאמין שהם יכולים להעלות את יעילות המערכת ל -60%.

עם הבית האמריקאי הממוצע צורכת בערך 2 קילוואט או חשמל, מערכת הטייס יכול לשמש לייצור חשמל ביתיים. עם זאת, הם גם עיצבו את זה כך שזה יכול להיות scaled עד לייצר בין 100 ל 150 קילוואט, אשר יכול לספק מספיק חשמל לשלטון 50 עד 100 בתים. צוות PNNL מקווה לראות את המחקר שלהם לתרגם פשוט כזה מערכת שיכולה להיות בשימוש על ידי משקי בית בודדים או כלי עזר.

צוות ה- PNN של SOF בקנה מידה קטן מפורטת במאמר שפורסם בכתב העת של מקורות כוח .

מקור: PNNL

היעילה ביותר, בקנה מידה קטן SOFC המערכת שפותחה ב PNNL תכונות PNNL שפותחו טכנולוגיה microchannel ושני תהליכים יוצאי דופן, שנקרא רפורמה קיטור חיצוני ומיחזור דלק

Microchannels צר יותר מאשר קליפ נייר נחקקים על מחליף החום של shim, אשר הוסרו בתמונה זו לצורך המחשה