Ten serwis używa cookies do prawidłowego funkcjonowania

Informujemy, iż w celu optymalizacji treści dostępnych w naszym serwisie, dostosowania ich do Państwa indywidualnych potrzeb korzystamy z informacji zapisanych za pomocą plików cookies na urządzeniach końcowych użytkowników. Pliki cookies użytkownik może kontrolować za pomocą ustawień swojej przeglądarki internetowej. Dalsze korzystanie z naszego serwisu internetowego, bez zmiany ustawień przeglądarki internetowej oznacza, iż użytkownik akceptuje stosowanie plików cookies. Czytaj więcej…

Zrozumiałem

Technika wodorowa w budynkach i przemyśle

Elektroliza

img electrolisis

 

Electrolysis formula

 

 

 

Co to jest elektroliza?

Elektroliza jest jedynie procesem, w którym bezpośredni prąd elektryczny jest wykorzystywany do dysocjacji cząsteczki wody na jej składniki: tlen i wodór. Używając odnawialnej energii elektrycznej (słonecznej, wiatrowej,…) uważa się ją za czysty 100% odnawialny wodór H 2. Jest to modułowe i skalowalne rozwiązanie. Proces wytwarzania wodoru nie powoduje spalania ani emisji gazów.

Elektroliza przy użyciu membran PEM (Proton Exchange Membrane) - Zalety

  • Wysoka gęstość prądu
  • Wysoka wydajność
  • Dobra wydajność przy częściowym obciążeniu
  • Szybka reakcja systemu
  • Kompaktowa
  • Wysoka czystość gazu
  • Łatwa konserwacja
  • Brak niebezpiecznych substancji

Elektrolizer 1MW Skala wielkości

PEM Alkaline 1MW

 PEM elektroliza schemat procesu

Technologia - Elektroliza PEM - Schemat procesu 

Istnieją cztery aspekty technologiczne rozwoju elektrolizerów do produkcji wodoru:

  • Technologia stosu (piętrzenie lub układanie membran w stosy, w których zachodzi elektroliza) - Inwestycja i umowa technologiczna Giner ELX.
  • Bilans instalacji - BoP Balance of Plant  (na podstawie wymagań stosu - Eco-Prius projektuje i rozwija urządzenia oraz systemy pomocnicze, które pozwalają na działanie stosu, optymalizując wydajność całego systemu.
  • Technologia integracji (stosu z BoP, elektrolizer z innymi komponentami instalacji, takimi jak magazynowanie i kompresja, oraz instalacja z urządzeniami wykorzystującymi energię odnawialną)
  • Wiedza specjalistyczna związana z O&M

Elektolizery małej skali

Small Scale Electrolyser

  • Małe elektrolizery są w stanie wytwarzać wodór od 0,5 do 5 Nm3/h.
  • Są optymalne dla małych konsumentów: laboratoriów, budynków mieszkalnych, małych flot itp.
  • Systemy te są po prostu zintegrowane w szafce.
  • Elektrolizery są certyfikowane i opracowywane zgodnie z europejskimi lub amerykańskimi (w zależności od geografii klienta) kodeksami i standardami.
  • Eco-Prius dostarcza elektrolizery z oznakowaniem CE i w razie potrzeby, stemplem ETL (wycenionym osobno), a także wymaganymi badaniami bezpieczeństwa (domyślnie HAZOP).

Zdolności produkcyjne:

0,5N - 0,50 Nm3 H2/h - 1,08 kg H2/dzień

1N - 1,0 Nm3 H2/h - 2,15 kg H2/dzień

2N - 2,0 Nm3 H2/h - 4,31 kg H2/dzień

3N - 3,0 Nm3 H2/h - 6,41 kg H2/dzień

5N - 5,20 Nm3 H2/h - 11,22 kg H2/dzień 

Elektrolizery średniej skali

Medium Scale Electrolyser

  • Średnia skala elektrolizerów jest w stanie dostarczać wodór od 10 do 105 Nm3/h
  • Systemy te są zintegrowane w kontenerze

Zdolności produkcyjne:

10N - 10,5 Nm3 H2/h - 21,68 kg H2/dzień

30N - 31,70 Nm3 H2/h - 68,40 kg H2/dzień

60N - 63,30 Nm3 H2/h - 136,58 kg H2/dzień

100N - 105,50 Nm3 H2/h - 227,60 kg H2/dzień

Elektrolizery wielkoskalowe

 Large Scale Electrolyser

  • Największe elektrolizery są w stanie dostarczać wodór od 200 do 400 Nm3/h.
  • Systemy te są zintegrowane w 40-stopowym kontenerze.

Zdolności produkcyjne:

200N - 207 Nm3 H2/h - 446 kg H2/dzień

400N - 414 Nm3 H2/h - 893 kg H2/dzień

Przenośne stacje tankowania wodoru

 Przenośne stacje tankowania wodoru

  • Kontener 20 - 40 stóp
  • Produkcja na miejscu
  • 520 Nm 3/h
  • 248 samochodów/dzień (z możliwością rozbudowy)
  • H35 (350 bar) i H70T40 (700 bar)
  • Lekkie i ciężkie pojazdy

Stacjonarne stacje ładowania wodoru

Stacjonarne stacje tankowania wodoru 

  • Rozmiar na żądanie
  • W pełni zautomatyzowany i zintegrowany ze stacją tankowania
  • 200 kg / dzień: 10 autobusów
  • 1000 kg / dzień: 8 ciągników dalekobieżnych

Zakład produkcyjny wodoru H2 - koncepcja modułowa dla marketów

Zakład produkcyjny wodoru H2 koncepcja modułowa dla marketów

Zakład produkcyjny wodoru H2 koncepcja modułowa dla marketów Rzut

  • 10s - 100 MW
  • Stacja uzdatniania wody zasilającej
  • Ultra-czysty wodór
  • Zasilanie 40 barów
  • W pełni zautomatyzowany

Ogniwa paliwowe

Jesteśmy przekonani, że wodór będzie podstawą przyszłego globalnego systemu energetycznego. Wzrost energii odnawialnej zapewnia obfitość nadmiaru wodoru, co czyni go powszechnie dostępnym towarem w przyszłości.

Istnieje rosnące zapotrzebowanie na elektryzowanie takiego zielonego wodoru zarówno w zastosowaniach stacjonarnych, jak i mobilnych. W miarę dojrzewania gospodarki wodorowej pojawi się rynek niezawodnych i trwałych rozwiązań.

Wodór wzmocni transformację energetyczną, a my jesteśmy mocno zaangażowani we współpracę z producentem ogniw paliwowych, który inwestuje w rozwój i uprzemysłowienie technologii i produktów PEM.

Ogniwa paliwowe PEM

Membrana wymiany protonów lub ogniwa paliwowe PEM są uważane za najbardziej wszechstronny rodzaj ogniw paliwowych obecnie produkowanych. Wytwarzają największą moc dla danej masy lub objętości ogniwa paliwowego. Ponieważ są lekkie, mają tak wysoką gęstość mocy i możliwość rozruchu na zimno, kwalifikują się do wielu zastosowań, takich jak stacjonarne skojarzone wytwarzanie ciepła, transport, moc przenośna, a nawet zastosowania w przestrzeni kosmicznej. Producent PEM jest dostawcą stosu dla integratorów, którzy mają na celu tworzenie aplikacji o dużej mocy opartych na projektach i którzy spełniają wysokie wymagania dotyczące żywotności i wydajności.

Najważniejsze wartości ogniwa paliwowego PEM

     Zero emisji cząstek stałych i NOx;
     Zero emisji CO i CO2 podczas pracy - czysty wodór;
     Długi czas życia (> 20 000 godzin) na remont;
     Wysoka gęstość mocy;
     Niska temperatura, a co za tym idzie - wszechstronne działanie;
     Sprawdzona technologia z dużym doświadczeniem w wielu różnych zastosowaniach;
     Najlepiej pasujący typ ogniwa paliwowego lub siatki cieplne 4-tej generacji;
     Zwycięzca CAPEX.

Ogniwa paliwowe połączone w kaskady

Ogniwo paliwowe PEM 

Moce:

7-XXL PEM FUEL CELL STACK 

7 XXL

7 XXL PEM FUEL CELL STACK table

10-XXLPEM FUEL CELL STACK

10 XXL

10 XXLPEM FUEL CELL STACK table

13-XXL PEM FUEL CELL STACK

13 XXL

13 XXL PEM FUEL CELL STACK table

Duże elektrownie PEM

Duże elektrownie PEM

PEM CHP track record

PEM track record

Rodzaje ogniw paliwowych (zwyciezca PEMFC)

Rodzaje ogniw paliwowych

Zasada działania ogniw paliwowych z membraną wymiany protonów

W ogniwie paliwowym PEM wodór i tlen reagują w materii elektrochemicznej, wytwarzając prąd elektryczny, czystą wodę i ciepło. Strukturę pojedynczego ogniwa paliwowego wyjaśniono poniżej:

Ogniwo paliwowe PEM zasada działania

Rozkład ogniw paliwowych

Cienkie warstwy w kolorze ciemnoniebieskim przedstawiają warstwy dyfuzji gazu (GDL). Szare warstwy to elektrody wykonane z materiałów przewodzących węgiel i jonomer, niosących katalizator, platynę. Pomiędzy tymi warstwami, w kolorze jasnoniebieskim, znajduje się elektrolit przewodzący proton, zwany membraną wymiany protonów (PEM).

pem cell

Zasada działania PEM

Membrana PEM jest cienką warstwą wykonaną z PFSA (Per Fluor Sulfonic Acid). Jonomer w elektrodach również składa się z PFSA. PFSA posiada szkielet polimeru PTFE z łańcuchami bocznymi, do których przyłączony jest kwas sulfonowy (SO3H). Membrana przepuszcza protony, ale jest nieprzepuszczalna dla elektronów. Membrana musi być nasycona wodą, aby działała jak nośnik protonów. Połączenie wody i kwasu sulfonowego pozwala jonom H+ na przejście przez membranę, więc nawilżanie membrany jest niezbędne. Membrana jest również słabo przepuszczalna dla gazów takich jak wodór, tlen i azot. Podczas pracy głównym składnikiem powietrza dyfundującym z katody (strona tlenu) do anody (strona wodoru) jest azot, ponieważ tlen będzie reagował z protonami.

Połączone warstwy membrany, elektrod i dyfuzji gazowej (GDL) stanowią zespół elektrod membranowych (MEA). Gdy obecny jest wodór i tlen z powietrza, na membranie powstaje różnica potencjałów około 1V (maksymalnie 1,23V). Różnica potencjałów jest mniejsza, gdy prąd przepływa przez membranę. Dla prądu ogniwa paliwowego o wartości 120A, powszechnie stosowanego w elektrowni PEM, napięcie spada do 0,7V na początku okresu eksploatacji (BOL). Odpowiada to wydajności konwersji energii wodoru na energię elektryczną na poziomie 56%. Uwaga: dla tej liczby zastosowano niższą wartość opałową (LHV) wodoru. Pozostałe 44% energii wodoru jest przenoszone z wodą chłodzącą. Energia cieplna ciepłej wody może być wykorzystana do użytecznych celów. W okresie eksploatacji ogniwa paliwowego sprawność elektryczna spadnie, a sprawność cieplna wzrośnie, aby pozwolić na ciągle wysoką sprawność połączonego systemu.

    Całkowita reakcja 2 H2 + O2 → 2 H2O dzieli się na główne reakcje:
    Na anodzie (po stronie wodoru): 2 H2 → 4 H + + 4 e¬-
    Na katodzie (po stronie powietrza): O2 + 4 H + + 4 e-- → 2 H2O

Od komórki do stosu

W stosie ogniw paliwowych ogniwa paliwowe są połączone szeregowo, aby osiągnąć użyteczne napięcie i utworzyć stos. Takie stosy PEM są blokiem większych układów ogniw paliwowych.

Koncepcja stosu: Stos składa się z komórek połączonych szeregowo

Ogniwo paliwowe PEM koncepcja stosu

Krzywa IV

Na poniższym wykresie pokazano zmianę napięcia z prądem dla typowego stosu PEM. Ogniwo paliwowe zawsze podąża za nałożonym obciążeniem. Aby podążać za tym ładunkiem, musi być obecny odpowiedni wodór i tlen. Jeśli brakuje reagentów, ogniwo paliwowe zużywa materiały elektrod, takie jak węgiel, i sam się uszkadza. Dlatego należy zapewnić dostępność wodoru i powietrza przed przyłożeniem obciążenia. Monitorowanie napięcia ogniw jest zainstalowane, aby zapobiec uszkodzeniom, gdy ustawienia obciążenia są zbyt wysokie. Grupa stosów zatrzyma się automatycznie, gdy napięcie ogniwa na dowolnym stosie w tej grupie spadnie poniżej wartości progowej T.

iv curve appearance

Odzyskiwanie ciepła i produkcja wody

Stosy ogniw paliwowych PEM produkowane w EU działają w temperaturach około 65°C. Nadmiar ciepła wytworzonego podczas wytwarzania energii jest przenoszony przez czynnik chłodzący. Jest to czysta woda o przewodności elektrycznej poniżej 5µS/cm. Woda musi utrzymywać niskie przewodnictwo, aby zapobiec prądom zwarciowym między poszczególnymi komórkami. Woda zdemineralizowana skutecznie przenosi wytworzone ciepło.

Reakcja katodowa O2 + 4 H + + 4 e- → 2 H2O generuje wodę z boku ogniwa paliwowego, w którym jest obecne powietrze. Tlen reaguje na katodzie, podczas gdy azot działa obojętnie, uniemożliwiając łatwy dostęp tlenu do katalizatora. Woda wytwarzana w reakcji ma tendencję do tworzenia kropelek, utrudniając przepływ powietrza do katody. W przypadku prądu stosu, tj. 120A, przepływ powietrza musi zatem zawierać dwa razy więcej tlenu niż zużyta ilość. Wytworzona woda jest zbierana za pomocą skraplacza. Ta czysta woda jest dostępna do nawilżania wodoru i powietrza lub może być również wykorzystywana do innych celów lub odprowadzana przy braku przydatnych celów.

Reakcja anodowa 2 H2 → 4 H + + 4 e- jest prosta i przyciąga wodór do ogniw paliwowych. Przed wejściem do stosów wodór jest nawilżany. Na wylocie kominów stężenie pary wodnej jest wyższe niż na wlocie, ze względu na zużycie wodoru wewnątrz kominów. Zwiększone stężenie wody powoduje powstawanie kropelek. Nadmiar wodoru w porównaniu do stechiometrii jest wymagany do usunięcia tych kropelek. Producent PEM wykorzystuje minimalny nadmiar wodoru wynoszący 25%. Nadmiar wodoru zawraca się do obiegu.

Elektrociepłownia wodorowa - Schemat przebiegu procesu

Elektrociepłownia wodorowa schemat procesu

Elektrociepłownia wodorowa - komponenty systemu - Przykład

Elektrociepłownia wodorowa komponenty systemu

Główne zalety stosowania elektrociepłowni wodorowych

Elektrociepłownia wodorowa H2:

  • Oferuje rozwiązanie asymetrii między produkcją odnawialną a zapotrzebowaniem.
  • Nie jest monopolem na dostarczanie ciepła, zimna i energii, ale jako uzupełnienie takich rozwiązań, jak pompy ciepła.
  • Umożliwia dostawę energii o zerowej emisji.
  • Koncentruje się na cieple, zimnie i elektryczności.
  • Wspiera takie projekty, jak panele słoneczne, energie wiatrową i elektryfikację zabudowanego środowiska.
  • Oferuje wsparcie dla sieci elektrycznych.

Rola wodoru

Rola wodoru

Podtrzymanie energii - czas

  1. Dni - zmagazynowana energia wodoru
  2. Godziny - baterie, zmagazynowana energia wodoru, superkondensatory o wysokiej energii, pompowana zmagazynowana energia wodna, zmagazynowana energia sprężonego powietrza CAES
  3. Minuty - Energia kinetyczna z wirujących kół długodystansowa, baterie, stopiona sól, zmagazynowana energia sprężonego powietrza CAES
  4. Sekundy - superkondensatory dużej mocy, energia kinetyczna z wirujących kół dużej mocy, superkondensatory dużej mocy, nadprzewodzące magazynowanie energii magnetycznej SMES

Zastosowanie wodoru w budynkach wielorodzinnych