Domácí palivový článek - Home fuel cell

Viz také: Palivový článek

A domácí palivový článek nebo a rezidenční palivový článek je elektrochemický článek používaný pro primární nebo záložní výrobu energie, podobně jako větší průmyslové stacionární zařízení palivové články, ale postavený v menším měřítku pro domácí použití. Tyto palivové články jsou obvykle založeny na kombinovaná výroba tepla a elektřiny (CHP) nebo mikro kombinovaná výroba tepla a elektřiny (MicroCHP) technologie, která vyrábí jak energii, tak ohřátou vodu nebo vzduch.

Komerčně fungující buňka se v Japonsku nazývá Ene-Farm a je podporována regionální vládou, která ji používá zemní plyn k zapnutí palivového článku k výrobě elektřiny a ohřáté vody.

Použití

Většina domácích palivových článků se vejde buď do mechanické místnosti, nebo mimo dům nebo do firmy, a lze je diskrétně umístit tak, aby se vešly do designu budovy. Systém funguje jako pec, ohřívač vody a poskytovatel elektřiny - vše v jedné kompaktní jednotce. Některé z novějších domácích palivových článků mohou generovat kdekoli mezi 1–5 kW - optimální pro větší domy (370 metrů čtverečních nebo více), zejména pokud jsou v plánech bazény, lázně a sálavé podlahové vytápění. Jiná použití zahrnují získávání záložní energie pro základní zátěže, jako je chladnička / mraznička a elektronika / počítače.

Efektivní nasazení tepelné energie systému do aplikací pro horkou vodu v domácnostech nebo podnicích vytěsňuje jinak spálenou elektřinu nebo plyn, aby se toto teplo vytvořilo, což dále snižuje celkové účty za energii. Maloobchodní prodejny jako Fast Food řetězce, kavárny a kluby zdraví získávají provozní úspory díky ohřevu teplé vody.

Jelikož obecně není možné, aby palivový článek po celou dobu produkoval přesně potřebné množství elektřiny i tepla, nejsou domácí palivové články obvykle samostatnými zařízeními. Místo toho se mohou spolehnout na síť, když je výroba elektřiny nad nebo pod tím, co je potřeba. Domácí palivový článek lze navíc kombinovat s tradiční pecí, která vyrábí pouze teplo. Například německá společnost Viessmann vyrábí domácí palivový článek s elektrickým výkonem 0,75 kW a tepelným výkonem 1 kW, integrovaný do tradiční pece na výrobu tepla o výkonu 19 kW, s využitím sítě pro potřebu elektřiny pod a nad výrobou palivových článků.[1]

PEMFC palivový článek mCHP pracuje při nízké teplotě (50 až 100 ° C) a vyžaduje vodík vysoké čistoty. Je náchylný ke kontaminaci a mohou být provedeny změny, aby fungovaly při vyšších teplotách a zlepšily reformátor paliva. SOFC palivový článek mCHP pracuje při vysoké teplotě (500 až 1 000 ° CP) a dokáže zpracovat různé zdroje energie, ale vysoká teplota vyžaduje drahé materiály, aby zvládla teplotu. Lze provést změny pro provoz při nižší teplotě. Z důvodu vyšší teploty má SOFC obecně delší dobu spuštění.

Zásah do životního prostředí

Protože domácí palivový článek vyrábí elektřinu a teplo, které se oba používají na místě, teoretická účinnost se blíží 100%. To je v protikladu k tradiční nebo domácí výrobě elektřiny z palivových článků se ztrátou přenosu a zbytečným teplem, což vyžaduje navíc spotřeba energie pro vytápění domácnosti. Jak již bylo uvedeno výše, ale domácí palivový článek obecně nemůže vždy generovat přesně potřebné množství tepla i elektřiny, a proto zpravidla nejde o samostatnou instalaci, ale spíše v kombinaci s tradiční pecí a připojenou k síti pro potřebu elektřiny nad nebo pod hodnotou produkovanou palivovým článkem. Celková účinnost je tedy nižší než 100%. Optimální účinnost domácích palivových článků způsobila v některých zemích např Německo ekonomicky podporovat jejich instalaci jako součást politiky reagující na klimatická změna.[2]

Instalace

Domácí palivové články jsou navrženy a vyrobeny tak, aby se vešly do vnitřní mechanické místnosti nebo ven - tiše běží v pozadí 24/7. Připojeno k rozvodné síti přes hlavní servisní panel domácnosti a pomocí čisté měření, domácí palivové články lze snadno integrovat do stávajících elektrických a hydronic systémy a jsou v souladu s požadavky na propojení služeb. V případě přerušení sítě se systém automaticky přepne na provoz v režimu nezávislém na síti, aby zajistil nepřetržité záložní napájení vyhrazených obvodů v domácnosti, když je síť vypnutá. Lze jej také upravit tak, aby fungoval mimo síť, je-li to požadováno.

Aktuální instalace

Instalovalo se dvacet společností Bloom Energy palivové články v jejich budovách, včetně Google, eBay, a FedEx.[3] The eBay Řekl generální ředitel 60 minut, že za 9 měsíců, co byly nainstalovány, ušetřili 100 000 dolarů na účtech za elektřinu.[4]

Oregonský ClearEdge Power má doma instalaci svého 5 kW systému Jackie Autry,[5] Bay Area Wealth Manager Bruce Raabe[6] a investor VC Gary Dillabough.[7]

Aktualizace - společnost ClearEdge Power skončila v roce 2014 a již nepodporuje žádnou z 5 kW jednotek v terénu.

V roce 2013 prošlo v roce 2012 64% celosvětového prodeje mikrokombinované výroby tepla a energie z palivových článků konvenčními mechanickými rotačními systémy.[8]

Životní cyklus

Průměrná životnost palivových článků je přibližně 60 000 hodin. U jednotek palivových článků PEM, které se v noci vypínají, to odpovídá odhadované životnosti mezi deseti a patnácti lety.[9]

Náklady

Většina domácích palivových článků je srovnatelná s domácími solární energie fotovoltaické systémy na dolar na watt instalovaný základ.[Citace je zapotřebí ] Některé domácí palivové články poháněné zemním plynem mohou generovat osmkrát více energie ročně než solární zařízení stejné velikosti, a to i v těch nejlepších solárních lokalitách[Citace je zapotřebí ]. Například domácí palivový článek o výkonu 5 kW produkuje přibližně 80 MWh roční kombinované elektřiny a tepla, ve srovnání s přibližně 10 MWh vyrobeným solárním systémem o výkonu 5 kW. Tyto systémy však nejsou přímo srovnatelné, protože solární energie je obnovitelný zdroj, který v zásadě nemá žádné provozní náklady, zatímco zemní plyn ani jeden.

Provozní náklady na domácí palivové články mohou být až 6,0 ¢ za kWh, na základě 1,20 $ za term pro zemní plyn za předpokladu plného využití elektrického a tepelného zatížení.[kde? ][Citace je zapotřebí ]

Rezidenční palivové články mohou mít vysokou počáteční hodnotu kapitálové náklady - od prosince 2012, Panasonic a Tokyo Gas Co., Ltd. prodal v roce asi 21 000 jednotek PEM Ene-Farm Japonsko za cenu 22 600 $ před instalací.[10]

Pobídky

V USA mají domácí palivové články nárok na značné pobídky a slevy na státní i federální úrovni jako součást politika obnovitelné energie. Například sleva California Self Generation Incentive Program (SGIP) (2 500 $ za kW) a federální daňové úlevy (1 000 $ za kW rezidenční a 3 000 $ za kW komerční) výrazně sníží čisté kapitálové náklady pro zákazníka. Pro podniky mohou být realizovány další peněžní výhody z bonusu a zrychleného odepisování palivových článků.[11]

Kromě toho přijímají domácí palivové články čisté měření úvěr v mnoha oblastech služeb za přebytečnou elektřinu vyrobenou, ale nevyužitou, tím, že ji vracíte zpět na rozvodná síť.[Citace je zapotřebí ]

Databáze státních pobídek pro obnovitelné zdroje a účinnost (DSIRE) poskytuje komplexní informace o státních, místních, veřejných a federálních pobídkách, které podporují obnovitelnou energii a energetickou účinnost.[12]

Kalifornie

Zejména v Kalifornii si veřejné služby účtují vyšší sazby za kWh jako spotřeba energie stoupá nad zavedené základní linie - přičemž nejvyšší úroveň je nastavena na nejvyšší míru, aby odradila spotřebu na těchto úrovních. Domácí palivové články snižují vystavení zákazníků nejvyšším sazbám, čímž majitelům domů ušetří až 45% snížených ročních nákladů na energii.[13]

Stav trhu

Další informace: Mikrokombinace tepla a energie a Palivový článek

Domácí palivové články jsou novým trhem a představují zásadní posun v získávání energie. Součástí širšího obrazu se stává individuální systém domácích palivových článků instalovaný v domě v USA Americká energetická nezávislost. Konečným přínosem domácích palivových článků bude nakonec vytvoření sítí mikro-CHP systémů distribuovaných po komunitách a obchodních parcích. Tato vlastní výroba energie v a distribuovaná generace přístup, který zajistí a zvýší kapacitu výroby energie v USA a umožní odeslání nevyužité elektřiny zpět do sítí bez nutnosti přidávání nových elektráren a přenosových vedení. Uvedení systému domácích palivových článků do domácností má potenciál získat lidi mimo síť, hrají významnou roli v energetické účinnosti a snižují závislost USA na zahraničních dovozech energie.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ "Vitovalor.de - Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor 300-P - die stromerzeugende Heizung" [Vitovalor.de - pec na palivové články Vitovalor 300-P - ohřívač vyrábějící elektřinu]. vitovalor.de (v němčině). Citováno 29. července 2015.
  2. ^ „Richtlinie zur Förderung von KWK-Anlagen do 20 kWel (Mini-KWK-Richtlinie) " [Vodicí čára pro podporu kogeneračních zařízení do 20 kWel (Mini-CPH-guide line)]. klimaschutz.de (v němčině). Citováno 28. července 2015.
  3. ^ „Je‚ magická skříňka 'K.R. Sridhara připravena na hlavní vysílací čas? - Štěstí. Archivovány od originál dne 04.04.2010. Citováno 2010-02-21.
  4. ^ Bloom Box: Energetický průlom? - Zprávy CBS
  5. ^ LaMonica, Martin. „ClearEdge propaguje domácí palivové články přes solární panely“. Zprávy CNET. Citováno 24. května 2011.
  6. ^ Halstead, Richarde. „Obyvatel Kent Woodlands se stal prvním v kraji, který napájí dům pomocí palivových článků“. Marin Independent Journal. Citováno 18. února 2011.
  7. ^ Schwab, Jennifer. „Špička zeleně“. Huffington Post. Citováno 24. května 2011.
  8. ^ Revize průmyslu palivových článků 2013
  9. ^ Nejnovější vývoj v systému Ene-Farm
  10. ^ Uvedení nového produktu „Ene-Farm“ na domácí palivové články, který je dostupnější a snadněji se instaluje
  11. ^ Kalifornská energetická komise: Distribuovaná výroba Archivováno 13. Května 2008 v Wayback Machine
  12. ^ „Databáze státních pobídek pro obnovitelné zdroje a účinnost“. Archivovány od originál dne 2008-09-08. Citováno 2008-10-15.
  13. ^ Kalifornská energetická komise pro účinnost energetické účinnosti

externí odkazy