Энергосбережение:

К настоящему времени установки на базе (РКТЯ) были установлены и продемонстрировали надежную функциональность и эксплуатационные преимущества высоко интегрированной системы стационарного применения в диапазоне до 350 кВт электрической мощности

Это инновационная энергосберегающая установка для применения в области децентрализованных стационарных установок. Она адаптирована для совместного производства тепла и электрической энергии, а в сочетании с адаптированными охлаждающими устройствами абсорбционного типа – для комбинированного производства или тригенерации электрической энергии, тепла и холода.

В состав установки входят следующие узлы:

1. Узел подготовки обратного потока газа: здесь подготавливается газ для топливных элементов. Он десульфурируется, нагревается и увлажняется
2. Основной модуль топливных элементов: включает в себя батарею топливных элементов, смесительную камеру для свежего воздуха, анодного газа и катодного воздуха, отводной камин для катодных выхлопов, два рециркуляционных вентилятора, и радиатор, который доводит систему до рабочей температуры
3. Модуль контроля и инвертера: здесь располагаются функции управления системой, и постоянный ток из топливных элементов преобразуется в переменный ток

Технологические параметры:

Тепловая энергия, вырабатываемая установкой, поставляется в форме горячего обедненного воздуха с температурой от 400 до 450°С.

Теплопроизводительность находится в диапазоне от 180 до 200 кВт, учитывая охлаждение обедненного воздуха до 80°С.

Это дает возможность широкому применению установки в области теплоэнергетики, в частности в сфере производства технологического пара, технологического тепла для производственных нужд.

Наиболее предпочтительной областью применения установки на базе топливных элементов (РКТЯ) - является комбинированное производство электроэнергии и тепла или тригенерация (электроэнергия, тепло, холод).

Установка может эксплуатироваться с использованием значительного количества разных газообразных или газифицированных видов топлива, которые характеризуются низкими выбросами загрязняющих веществ, а также высоким электрическим и тепловым КПД. Коэффициент энергия/тепло может регулироваться в широком диапазоне.

Многие установки такого типа, которые базируются на подаче природного газа, были смонтированы в разных частях света и до сих пор успешно эксплуатируются. Все эти установки реализованы как ТЭС, четыре из них как ТЭЦ с производственным и отопительным отпуском теплоты.

Отличительные особенности

В силу электрохимического принципа работы и карбонатного топливного элемента, установка может работать на следующих видах топлива:

• Всех углеводородных газов
• Газов получаемых в результате процессов анаэробной ферментации всех типов (сельскохозяйственные и промышленные биогазы, газ сточных вод, биогаз полигонов ТБО)
• Газов содержащих метан и /или этан, которые образуются в результате значительного количества производственных процессов, как "сбросные" газы
• Другие виды газов, которые обычно "разбавлены" большим количеством инертных газов, такие как: газы, образующиеся при производстве стали, на НПЗ и шахтные газы. Даже "разбавленные" газы будут преобразованы в электрическую энергию с высоким значением КПД в пределах 45-50% (основываясь на низшей теплотворной способности - НТС), так как не требуется никакого отдельного процесса риформной конверсии газа благодаря тому, что такой процесс протекает внутри самого топливного элемента
• Синтез-газы, которые характеризуются как смесь моноксида углерода и водорода, они также будут преобразованы в электрическую энергию с обычным КПД 40-42% (НТС)

Подобно использованию углеводородных газов, присутствие инертных частиц не оказывает влияния на электрический КПД. Инертные компоненты в количестве приблизительно 30% от объема используются для охлаждения топливного элемента, тем самым снижая потребность в паразитной энергии и увеличивая общий энергетический КПД установки. Эти особенности дают положительную рекомендацию установки для использования вторичного топлива, которое является топливом из децентрализованных и восстанавливающих источников, в частности из биомассы и отходов, например, газы как результат анаэробной ферментации и газированные вещества из древесины, бумаги, отходов и т.д. Это сберегает значительное число первичных энергоносителей, обеспечивая высокий уровень энергосбережения, и перерабатывает парниковые газы.

Высокоэксергивное тепло с температурой 400-450°С дает возможность применения в значительном количестве теплоэнергетических установок. Выработка технологического пара, технологического тепла для производственных нужд, рециркуляция насыщения – вот области применения в настоящее время.

Наиболее интересным применением установки является комбинация с высокотемпературным абсорбционным охладителем или с охладителем с инжекцией пара. Процесс применения высокой температуры обеспечит увеличение мощности в сравнении с существующими в настоящее время термальными охладителями.

Доходность от холодопроизводительности значительно выше, чем от подачи тепла, и перекрытие спросов на тепло и холод в течении года гарантируют продолжительную годовую эксплуатацию при полной нагрузке, что снижает срок окупаемости.

Комбинация систем газификации биомасс или отходов с установкой, а также с адаптированными абсорбционными охладителями формируют базовый строительный блок для интегрированной энергосберегающей системы энергообеспечения, которая отвечает требованиям различных отраслей промышленности и торговли, муниципального использования, коммунальных служб и, возможно, частного сектора.

Типовые объекты оптимального применения установки:

• производственные предприятия
• холодильные склады
• офисные здания
• компьютерные и телекоммуникационные центры
• супермаркеты
• спортивные сооружения
• жилые помещения и др.

Инновационная идея децентрализованного использования рассредоточенных источников доступной энергии для производства различных форм потребляемой энергии может оказать разностороннее положительное влияние на экономическую и экологическую ситуацию за счет:

• снижения потерь на передачу энергии
• повышая уровень энергосбережения
• снижения требований к инфраструктуре
• снижения выбросов парниковых газов и загрязняющих веществ
• снижения зависимости от импорта первичных источников энергии
• позитивно влияет на торговый баланс
• увеличивая занятость населения в экономике и областях сельского хозяйства, а также предоставляет возможности предприятиям малого и среднего бизнеса

Все реализованные европейские проекты являются теплоэнергетическими станциями, некоторые включают в себя производство насыщенного пара. Четыре и станции оснащены абсорбирующими охлаждающими устройствами для обслуживания систем кондиционирования ("тригенерация"). Эти установки показывают превосходный общий КПД для электричества, теплоэнергии и холода в диапазоне от 70% до 90% в зависимости от типа установки, что говорит о высоком достигнутом уровне энергосбережения.

Получаемые энергоресурсы на выходе с установки:

Электричество

• Постоянный ток для сферы телекоммуникации и информационных технологий
• Переменный ток для электросетей или независимых сетей
• Применение в качестве источника бесперебойного электропитания
• Высококачественная энергия

Тепло

• Тепло в результате работы установки поставляется в форме обедненного воздуха с температурой приблизительно 400°С. Это высокоэксергивное тепло имеет ценность для технологических процессов промышленного производства, а также для процессов стерилизации в лечебных учреждениях, пищевой промышленности, сельскохозяйственном производстве в теплицах и оранжереях. Оно также может использоваться в каскадных установках производства пара при выработке электроэнергии паровыми турбинами, в процессах с применением средних температур, а также в секциях низкотемпературного нагрева помещений и воды
• Другим важным примером использования тепла является генерация холода для систем кондиционирования и складов-холодильников при помощи охлаждающих систем абсорбционного типа, абсорбционных холодильников или охлаждающих установок с инжекцией пара. В результате применения установки можно достичь двух требуемых температурных уровней, 2-4°С для холодной воды систем кондиционирования воздуха, или -20°С и ниже для хранения в условиях глубокой заморозки
• Значительным плюсом использования тепла для производства холода ("тригенерация") является перекрытие количества требуемой энергии в течении года: в летнее время требуется больше охлаждающей энергии, в зимнее - больше тепловой. Это ведет к эксплуатации установки с полной тепловой мощностью в течении всего года, и при этом не происходит бесполезной генерации энергии. Это уменьшает срок окупаемости такого оборудования и обеспечивает высокий уровень энергосбережения

Обедненный воздух

• Кроме тепла от обедненного воздуха, использование которого было описано ранее, это воздух сам по себе является ценным образованным компонентом: обедненный воздух состоит из азота, небольшого количества кислорода, большого количества водяного пара и значительного количества СО₂ (в диапазоне 5% объема). Никаких загрязняющих веществ, никаких токсичных компонентов, никаких других примесей
• При смешивании с чистым воздухом, такой обедненный воздух является наиболее ценной атмосферой для тепличных хозяйств и оранжерей: растениям требуется правильная температура, содержание СО₂ увеличивает скорость роста растений (например, томатам, для оптимального роста, требуется около 2% объема СО₂ в атмосфере; СО₂ – удобрение), а высокое содержание водяного пара сохраняет влажность. В сочетании с соответствующим освещением, используя часть энергии произведенной установкой, можно создать идеальную окружающую среду для роста растений

Технологические характеристики

Примечание:

1. Мощность после преобразователя при 400 В и 50 Гц. Резервная мощность зависит от области применения.
2. Достигаемая теплотворность при условии, что теплообменник используется для создания горячей воды с конечной температурой 90°С и температурой обратной воды 70°С
3. Достигаемая теплотворность зависит от состава биогаза или биологического газа. Допуск: 60% метана, 40% диоксида углерода.
4. Температура отработанного воздуха зависит от состава топлива и рабочих параметров
5. Размеры действительны для двух связанных компонентов подача топлива + установка
6. Размеры действительны для трех связанных компонентов подача топлива + установка + фильтр горячего газа (нужен для применения биогаза и биологического газа)

В течение нескольких десятилетий эксперты были согласны, что твердооксидные топливные элементы обладают наибольшим потенциалом среди любых технологий топливных элементов. Отличаясь недорогими керамическими материалами и чрезвычайно высоким электрическим КПД, инновационные твердооксидные топливные элементы могут гарантировать хорошие экономические показатели без зависимости от комбинированного производства электроэнергии и тепла. Но до сих пор существовали значительные технические сложности, препятствующие коммерциализации данной многообещающей новой технологии. Твердооксидные топливные элементы работают при чрезвычайно высокой температуре (обычно свыше 800°С). Благодаря чему они обладают чрезвычайно высоким электрическим КПД и гибкостью в отношении топлива, что содействует получению лучших экономических характеристик.

Благодаря достижениям в области материаловедения и инновационному исполнению, технология твердооксидных топливных элементов в настоящее время является рентабельным решением по получению электроэнергии.

Каждый топливный элемент способен вырабатывать около 25 Вт, чего достаточно для питания световой лампочки. Для большей мощности элементы укладываются друг на друга вместе с металлическими соединительными пластинами, образуя сборку из топливных элементов. Каждый элемент представляет собой плоский твердый керамический квадрат, состоящий из обычного похожего на песок "порошка". Нескольких сборок, размер которых вместе взятых примерно равен буханке хлеба, достаточно для снабжения энергией среднего дома. Сборки стыкуются в 25-киловаттные модули, а те, в свою очередь, уже в 100-киловаттные модули, из которых может собираться установка различной мощности.

Такой модуль способен обеспечить среднее энергопотребление для 100 средних частных домов или одно небольшое офисное здание площадью 3 тыс. кв.м.

В случае необходимости модули могут быть объединены в блоки и давать выходную мощность с установки 1 МВт и более.

Помимо высоких технических характеристик данная модульная конструкция обеспечивает:

• легкое и быстрое размещение
• внутренний резерв для сохранения работоспособности при отказе отдельных элементов
• высокую отказоустойчивость (один энергетический модуль можно обслуживать, в то время как все другие продолжают эксплуатироваться)
• мобильность

Топливом для теплоэнергетических установок на базе топливных элементов (ТОТЯ) служит природный газ.

Преимущества:

В сравнении с существующими типовыми тепловыми и угольными электростанциями теплоэнергетическая установка на базе топливных элементов (ТОТЯ) обладает следующим набором ключевых преимуществ:

• Она выбрасывает в атмосферу на 35-40% меньше углекислого газа, чем обычная тепловая электростанция на газе (в расчёте на каждый киловатт-час выработанной энергии), или на 67% меньше, чем угольная станция.
• Они рассчитаны на непрерывную работу в течение нескольких лет.
• Выхлоп токсичных соединений (монооксид углерода, оксиды азота и так далее) в новой установке очень мал. Плюс - отсутствие потерь на переброску энергии по промышленным сетям, что обеспечивает высокий уровень энергосбережения.
• Установка работает в параллельном режиме с внешней электросетью, так что не требует от потребителя выбора между одним и другим источником, добавка от "личной" станции идёт автоматически. Монтаж установки занимает несколько часов.
• Установка обеспечивает высокий электрический коэффициент полезного действия. Это означает, что она потребляет меньше топлива и производит меньше CO₂ по сравнению с конкурирующими технологиями. По мере того, как изнашивающаяся со временем инфраструктура сети и увеличивающиеся стоимость топлива вызывают стремительное повышение цен на энергоносители, экономические выгоды от использования установки продолжат увеличиваться.
• Установка была спроектирована в соответствии с требованиями стандартов лабораторий по технике безопасности и подкреплена исчерпывающей гарантией.
• Установка имеет активную связь с сетью пунктов управления с возможностью удалённого, через Интернет, слежения за состоянием установки и внесения корректив в её работу. Для самого потребителя предусмотрен закрытый сайт, на котором он может видеть все текущие параметры и статистику работы установки. Если система будет нуждаться во внеплановом техническом обслуживании, то решение будет предоставлено прежде, чем потребитель узнает о проблеме.

Основные характеристики: