УНИВЕРЗИТЕТ „СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ“ТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ – БИТОЛА

Машински отсек

Никола Велески

ГОРИВНИ КЕЛИИ-ПРИМЕНА НА ГОРИВНИТЕ КЕЛИИ ЗА ДОБИВАЊЕ И

СКЛАДИРАЊЕ НА ЕНЕРГИЈА

- семинарска работа -

Битола, декември 2013 1

СОДРЖИНА

1.ВОВЕД---------------------------------------- 3

1.1.Поделба на горивните келии----------------- 4

2.РАСПОЛОЖЛИВИ РЕСУРСИ И НИВНО ДОБИВАЊЕ ------- 5

2.1.Добивање на водород ----------------------- 6

2.2.Складирање на водород --------------------- 7

2.2.1 Водород во пилули ----------------------- 8

2.3.Дистрибуција на водород ------------------- 8

3.НАЧИН НА РАБОТА НА ГОРИВНИТЕ КЕЛИИ --------- 9

3.1.Горивни келии со полимерна мембрана ------- 9

3.2.Горивни келии со алкален електролит ------ 11

3.3.Горивни келии со растопен карбонат ------- 12

3.4.Горивни келии со фосфорна киселина ------- 13

3.5.Горивни келии со цврст оксид ------------- 14

4.ГОРИВНИ КЕЛИИ И НИВНА ПРИМЕНА -------------- 17

4.1.Возилата --------------------------------- 17

4.2.Прв лет на горивни келии ----------------- 29

4.3.Горивни келии во мобилни телефони -------- 29

4.4.Примена на горивните келии во енергетиката 20

5.ЕКОНОМСКИ ПАРАМЕТРИ ------------------------ 21

5.1.Цена на водород -------------------------- 21

5.2.Економски параметри на електрани на

горивни келии---------------------------- 21

6.ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАТОЦИ НА ГОРИВНИТЕ КЕЛИИ - 23

7.ЗАКЛУЧОК ----------------------------------- 24

8.КОРИСТЕНА ЛИТЕРАТУРА ----------------------- 26

2

1. ВОВЕД

Сложената енергетска ситуација во светот, условена од брзото намалување на залихите на фосилни горива, и се поголемите еколошки закани, како резултат на константно загадување на атмосферата во текот на последното столетие, условуваат пронаоѓање на нов енергент, односно гориво.Према своите особини, а првенствено по неговата застапеност, водородот се појавува како единствен кандидат за превземање на приматот на тоа поле, каде се настојува да се воведе како гориво за погон на горивните келии.1

Горивната келија претставува електрохемиски склоп, која може да се употреби за производство на електрична енергија или за складирање на енергија во форма на водород. За разлика од батеријата горивната келија постојано се напојува со хемикалии.Хемиското напојување се состоии од водород и кислород и горивната ќелија се однесува како средство што ги комбинира за да се добие вода, т.е. спротивно на електролиза.Во горивната келија има две електроди (анода и катода) каде што се случуваат хемиските реакции, и катализатор кој ги забрзува реакциите во електродите.Исто така, бидејќи една горивна келија не е топлински мотор кој работи во затворен циклус, Карноовото ограничување не може да се примени за нејзината продуктивност.

Горивната келија е измислена во 1839г. од Вилијам Гроув, но интересот за неа набргу се намали, како што станаа достапни евтините фосилни горива. Дури во дваесетите и триесетите години се постигна значителен напредок во нејзиниот развој. На почетокот од шеесетите, НАСА одлучи да употреби горивни келии за да обезбеди електрична струја за вселенските капсули „Гемини„ и „Аполо„ што доведе до понатамошни подобрувања кај горивните келии. Поради фактот што произведуваат енергија без емисија на јаглероден диоксид , како и поради нивната голема продуктивност, интересот за горивните келии денес е многу висок. Во развојот на горивните келии, централно место заземаат материјалите што треба да се употребат за електродите и катализаторот, но и изборот на електролитот.2

3

1.1 Поделба на горивните келии

Постојат неколку видови на горивни келии. Работната температура е основа за најопштата поделба на модернитегоривни келии.Според тоа горивите келии се делат на:

1. Нискотемперетурни (<100 степени С)

2.Среднотемпературни (100-250 степени С)

3.Високотемпературни(>250 степени С)

Според агрегатната состојба на горивото и електролитот што се користи во горивната ќелиа разликуваме:

1.Горивни келии со течно гориво

2.Горивни келии со цврсто гориво

3.Горивни келии со гасовито гориво.3

4

2. РАСПОЛОЖЛИВИ РЕСУРСИ И НИВНО ДОБИВАЊЕ

Водородот е најлесн и најзастапен елемент во целиот космос, тој сочинува 90% од се што постои.На земјата е трет најзастапен елемент, и се најдува во се во водата и сите органски материи.Водородот нормално е во гасна состојба, безбоен е нема ни мирис ни вкус и не е отровен.

Табела 1: Во следната табела е дадена споредба на енергетската моќ на типичните горивни медиуми за термо циклуси и циклусите кај горивните келии.

Горивни Медиум(g-гас,fl-флуид,течност)

Густина на енергија

Према запремнина (kWh/L) Према тежина (kWh/kg)

Бензин(fl) 9,43 13,33

Метан(g/250bar) 11,06 15,42

Метанол(fl) 5,05 6,37

Водород( )4,42 3,06

Водород(Metal Hibrid) 0,60 0,20

Водород(fl/-273 C) 2,78 40

Водород(g/300bar) 0,88 0,66

Оловен Акомулатор 0,06 0,03

Чистиот вдород кога се користи како гориво кај горивните келии ефикасноста на системот е најголема.Тогаш како продукт се добива вода и се ослободува топлина.Користењето на сите други супстанции кои содржат вододрод, ја намалува ефикасноста на системот, а покрај водата и топлината може да има минимална емисија и на некои други супстанции.

Водородот може да го замени и денес најкористениот природен гас за греење на домовите. Водородот во индустријата интензивно се користи за производство на амоњак, метанол, бензин ракетно гориво итн.Исто така се користи за производство на вештечко ѓубриво, стакло, витамини , козметика , плупроводнички кола и др. Со производство на

5

водород од јагленоводороди може да се добијат јаглеродни влакна кои се и до 10 пати појаки од челикот.

2.1. Добивање на водородот

Водородот денес најчесто се добива во рафинерии од фосилни горива (природен гас, јаглен, нафта)како и од био-горива со различни технолошки постапки.Исто така се добива и со електролиза на вода.Електролизата е многу едноставен хемиски процес. Во вода се ставаат две електроди, анода и катода кои се поврзани со електричен извор на еднонесочна струја (анодата врзана за позитивниот крај на изворот, а катодата за негативниот).Низ водата се затвора струјното коло и се воспоставува електрична струја. Како последица на образувањето на јони на спојот електрода и вода на катодата ќе се ослободи водород а на анодата кислород.

Слика 1: Електолиза на вода

За поголемо производство на водород по принципот на електролиза денес се користат електролизери, уреди кои се по принцип и конструкција многу слични на горивните келии, ако со доведување на водород и кислород се добива струја, а исто со поврзување на нејзините краеви на извор на електрична енергија се генерира водород и кислород. За добивање на 1кг водород со со електролиза се троши околу 50kWh со еикасност од 70%. Исто доста енергија се троши и за компримирање на добиениот водород.Притисок од 345 bar се покажал како најдобар баланс помеѓу цената и ефикасноста.За компримирање на на 1 кг водород на тој притисок потребно е да се вложи 5 – 7,5 kWh електрична енергија, а за компримирање на 483 бар потребно е 15% повеќе енергија.

Водородот може најефтино да се произведува од обноввливи извори на енергија,со користење на сончевата енергија и енергијата на ветерот. Ветро- генераторите и соларните келии генерираат струја со чија помош електролизерот произведува водород кој понатаму се складира во резервоари и директно се предава на потрошувачите.

6

водородкислород

Слика 2: Производство на водород од вишок на енергија

Сите комерцијални електролизи бараат што е можно почиста вода, бидејќи колку е водата понечиста бара повеќе пати замена на филтри и ја зголемува цената.Повеќе комерцијални електролизери го користат РЕМ принципот, и ако водата не е дејонизирана системот брзо би се запушил . За користење на морска вода за електролиза неопходно е истата предходно да се дестилира.

Во Соединетите Американски држави денес најмногу водород се добива од природен гас,steam reforming,од кои 4 милиони килограми се продаваат дневно, и уште 7.1 милиони килограми се произведуваат на лице место за разни технолошки потреби при производство.Инаку во целиот свет дневно се употребува повеќе од 110 милиони килограми водород.Се повеќе се застапени проекти за производство на водород на предмалку споменатиот начин од обновливи извори на енергија.

2.2. Складирање на водородот

Водородот се до скоро се складирал под притисок во метални резервори, кои биле многу тешки.За складирање на 3кг.Водород под притисок тежината на резервоарот изнесувала и до 400кг. Што го исклучувало водородот како гориво како непрактично „тешко складишно“.

Денес резервоарите за складирање на водород под притисок се прават од јаглени влкна и немаат голема маса, дури се и до 10 пати поиздржливи од челикот.Во контекст на тоа Американската влада одобрила користење на резервоари за водород до притисок од 345bar, а Германската до 690bar. Неодамна компанијата Dyntec Industries развила резервоар за водород до притисок од 862bar за кој се очекува во наредните две години од Америка да добие сертификат за безбедност. Моментално некои автомобили на горивни келии кои трошат водород корстат резервоари и до 690bar.

7

кислородкислород

електролизергоривна келија

вода потрошувачвишок енергија

Слика 3: Скалдиран водород во резервоар под притисок

Складирање на водород во облик на соединение, кое претставува безопасна хемикалија слична на сапунот. Не е запалива и експлозивна, а се чува во пластични контејнери на собна температура и притисок. Со посебна катализа се издвојува водородот за потребни и одредени цели и како отпад се добива кој е можно повторно да се употреби за „полнење на со водород“ и правење.Со оваа постапка можно е да се добие 100% „влажен“ водород, што е критично за траењето на горивните келии.

2.2.1. Водород во пилули

Компанијата Amineks го претставила својот револуционерен начин на складирање на водород со помош на неговото врзување за молекули на специјален катализатор. Катализаторот го врзува водородот во однос 1 спрема 10, што значи дека патрона од 100г. Содржи 1кг. Водород.

Слика 4: Водород во пилули

2.3. Дистрибуција на водород

8

Водород во пилули

Не постојат распространети канали за дистрибуција на водород на пошироката маса. Се пренесува во цистерни, а можат да се користат и постоечките гасоводи.Сепак потребно е многу да се вложи за изградба на нова инфраструктура за негово масовно користење.4

3. НАЧИН НА РАБОТА НА ГОРИВНИТЕ КЕЛИИ

Во принцип горивната ќелија работи како батерија.За разлика од батерија,горивото на келијата не се запира ниту треба да се наполни со струја.Ќе произведува електрична енергија и топлина се додека се дополнува со гориво.

Горивото во келијата произведува електрична енергија со комбинирање на вородорт и кислород во хемиска реакција.Со оглед на тоа дека директно произведува електрична енергија, без согорување на водород, таа е чиста и многу искористена.Теоретски ако се пресмета дека оваа келија може да претвори 83% од енергијата на водородот во електрична енергија, можеме да очекуваме голема ефективност во споредба со максимална 30%-40% кај бензинските мотори.Единствен нуспродукт на горивните ќелии е вода.По својата градба постојата повеќе видови на горивни келии, а некои од нив се:

3.1. Горивни келии со полимерна мембрана (PEMFC-Polymer Exchange Membrane Fuel Cells)

Овие келии користат полимерен електролит во облик на танок пропустлив лист.Мембраната е мала и лесна, затоа работат на ниски температури до 80 степеницелзиусови.

Главен дел на горивните келии со полимерна мембрана е всушност полимерната мембрана, која најчесто се изработува од политетрафлуоретилен (тефлон) со перфлуорсулфонски соединенија(како водачи на јони) и познато е трговско име Нафион,Флемион или Ациплекс, а во САД се развиени многу танки(помалку од 20mm) композитни мембрани со одлични механички и електротехнички својства. Од двете страни на

9

мембраната во непосреден контакт со неа се најдуваат планарни електроди со платина како катализатор.Современите електроди имаат помалку од 0,3mg платина по cm2. Електрохемиската реакција се случува на површината на катализаторот во контакт со полмимерот.

Слика 5: Горивна келија со полимерна мембрана

На едната електрода(анода) се доведува водород, а на другата(катода)кислород или смеса богата со кислород, на пример воздух од околината.На анодата во допир со платината, водородот се разложува на електрон и протони споредследната хемиска реакција:

Електроните се одведуваат во струјниот круг преку електропроводни електродии колекторски електроди, односно сепаратрски плочи, а протоните поминуваат низ полимерната протонска проводна мембрана.На другата страна на мембраната, на површината на електродата, исто така во присуство на катализатор (платина)протоните на водородот се движат со кислородот и електроните кои понимале низ надворешниот струен круг, по можност и извршиле корисна работа, на пример погон на електромотор.

Резултат на таа електрохемиска реакција е чиста вода:

Вкупната реакција е следната:

Теоретскиот потенцијал на таа реакција изнесува 1,23 волти.Меѓутоа тој поради загубите во пракса изнесува 1 волт при отворен електричен круг, т.е. без оптеретување.При оптеретување губитоците се поголеми па нормалниот работен напон зависи од струјата.Максимална снага се постигнува со напон од околу 0,5волти.Називниот напон може да се одреди по желба измеѓу напонот на отворениот круг и напонот кој одговара на максималната снага, но најчесто се одбира измеѓу 0,6 и 0,7 волти.Ако се одбери премал напон тогаш степенот на дејство е мал, а ако сеодбери преголен напон степенот на делување е голем, но густината на снагата е мала.

10

горивоанода катода

полимерна електролитна мембрана

3.2. Горивни келии со алкален електролит (AFC-Alkali Fuel Cells)

Оваа врста на горивни kелии користи компримиран водород и кислород,воглавно се користи калиум хидрооксид со вода која служи како електролит.

Слика 6: Горивна келија со алкален електролит

Негативните јони на хидроксидот се движат од катодата кон анодата.Водородот на анодата реагира со јоните се создава вода и се ослобоудуваат електрони.Електроните се појавуваат на анодата и образуваатнадворешен електричен круг, а потоа се враќаат на катодата, реагираат со кислородоти водата при што се создаваат уште јони на хидрооксид кој се шират низ електролитот.

Електро хемиски реакции:

Анода:

11

водород

вода

кислород

катода

потрошувач

анода

Катода:

Ќелија:

Работната температура внатре во горивната ќелија се движи од 150-200 степеницелзиусови.При пониски температури се користи концентрација од 35-50% ,а при повисока температура 85%.Степенот на искористеност е до 70% , за разлика оддругите горивни kелии овај тип има малку нус продукти и малку загадува.Катодните реакции се брзи во алакален eлектролит. Голем недостаток е тоа што за работа користи многу чист водород.При добивање водород од други горива секогаш останува малку, што значително го успорува развојот на овие горивни келии.Користи голема количина скапа платина како катализатор за убрзување на реакцијата.Снага од 300W до 5KW.

Примена : електричнаенергија+питка вода,за вселенски летала и за воени цели.

3.3. Горивни келии со растопен карбонат (MCFC- Molten Carbonate Fuel Cells)

Овие келии се развиле во 1950 год. Работната температура се движи од 650-1000 степени целзиусови.Како електролити се користат солени карбонати.Со загревање до температура 650 степени целсиусови, солта се топи и се создаваат карбонатни јони од катодата до анодата.На анодата водородот делува со јоните и како резултат создава вода, јаглероден диоксид и електрони.Електроните патуваат низ надворешниот круг давајќи при тоа електрична енергија и се враќаат на катодата.Тогаш кислородот од воздухот и рециклиран на анодата делуваат со електроните стварајќи при тоа јони, кои го полнат електролитот и пренесуваат струја низ горивната ќелија.

Електрохемиски реакции:

Анода:

Катода:

Ќелија:

Високо температурните MFC можат да издвојат водород од низа горива користејќи или внатрешен или надворешен реформатор.Помалку создаваат јаглероден моноксид од нискотемпературните горивни клии.Како катализатор се користи никел кој е поефтин од платината.Степенот на

12

искористеност е до 60% , а може да се зголеми и до 80% ако се искористи отпадната топлина.Снага од 2MW до 100MW. Недостаток високата температура која ја зголемува корозијата и предизвикува распаѓање на материјалот.

Слика 7: Горивна келија со растопен карбонат

3.4.Горивни келии со фосфорна киселина(PAFC- Phosphoric Acid Fuel Cells)

Работната температура на PAFC ќелиите се движи од 150-200 степени целзиусови.Овиеќелии користат фосфорна киселина како eлектролит.Позитивно наелектризираните водородни јони се движат низ електорлитот од анодата кон катодата.Електродите генерирани на анодата се движат низ надворешниот електричен круг т.е. се враќаат на катодата.Тогаш електроните, водородните јони и кислородот формираат вода која сеодведува од ќелијата.За забрзување на хемиската реакција на електродите се става катализатор од платина.Создавањето CO околку електродите може да ја загади горивната келија.

13

анода

кислородводород

потрошувач

катодаелектролит

јаглерод диоксидвода

Слика 8: Горивна келија со фосфорна киселина

Електрохемиска реакција:

Анода:

Катода:

Ќелија :

Една од предностите на PAFC келиите е тоа што на 200 степени целзиусови ја толерираат концентрацијата на CO околу 1,5%.Втора предност е што концентрираниот фосфорен киселински електролит може да работи над точката на вриење на водата.Заради киселината потребно е компонентите на келијата да бидат отпорни на корозија.Водородот за келијата се добива од јаглеводородни горива со помош на надворешни реформатори.Ако горивото е бензин, мора да се оддели сулфурот бидејќи ќе го оштети катализаторот на електродите.Степенот на искористување на PAFC келиите е до 50%, но може да се зголеми и до 80% ако ја искористиме отпадната топлина.Снага 200KW во комерцијална употреба, а испитувани се единици од 11MW.

14

водород кислород

вода

анода катодаелектролит

Слика 9: PAFC-Горивна келија од 1Mw

3.5. Горивни келии со цврст оксид (SOFC-Solid Oxide Fuel Cells)

За SOFC келии наместо течности се користи цврста керамика како електролит,работат на температура до 1000степени целзиусови -обично мешавина од циркониум оксид и калциум оксид.Цврстиот електролит е затворен од двете страни со електроди од порозен материјал.При високи работни температури јоните на кислородот се движат низ кристалната решетка.Електроните генерирани на анодата патуваат низ надворешниот електричен круг кон катодата.

Електрохемиски реакции:

Анода:

Катода:

Ќелија:

15

Степен на искористеност е 60%.Можни се изведби на SOFC ќелии во облик на цевки или во облик на плоча.Бидејќи SOFC келиите работат на високи температури, за издвојување на водородот од горивото не е потребен реформатор, нити скап катализатор, но керамиката е многу скапа.Направени се келии со снага до 100KW. Овие келии малку загадуваат.

Слика 10: Горивна келија со Слика 11: SOFC-Горивна келија во

цврст оксид облик на цевка

Табела 2. Споредбена табела на карактеристиките на разни типови на горивни келии

16

врска

електролит

електрода на воздухот

проток на воздухот

електрода на горивото

горивотоплина

топлинаосиромашен О2оксидант

воздух

анода

катода

електролит

5

1 Семинарска работа за технологија на горивни келии - Ријека 2011

2 Наука енергетиката, принципи, технологии и и влијанија - Џон Ендруз и Ник Џели

3 www.scribd.com/doc/168535865/Одржлив-енергетски-развој-горивни-ќилии

4 www.scribd.com/doc/80926570/Gorivne-Celije-Izvori-Elektricne-Energije

5 www.scribd.com/doc/168535865/Одржлив-енергетски-развој-горивни-ќилии17

4. ГОРИВНИ КЕЛИИ И НИВНА ПРИМЕНА

4.1. Возилата

Тенденцијата за развојот на ,,чисти'' моторни горива,кои не ја загадуваат околината денес се повеќе се изразени,поготово заради тоа што не емитуваат штетни гасов и и создаваат мала бучава.Една од актуелните задачи на автомобилската индустрија е да се најде алтернативно решение за користење на алтернативни горива,односно алтернативни енергетски потенцијали.

Корејскиот произведувач на автомобили ''Kia'' , веќе неколку години тестира автомобили со погон на горивни келии.Спортскиот тренец Борего FCEV со оваа технологија може да помине 560 km со едно полнење на резерварот со водород. За пофалба е палењето при многу ниска температура, (-25о C ) што неодамна било невозможно.

Во рамка на новата програма ''Зелен'' - 2010 ''Nisan'' понуди напредна технологија и производи кои ќе ја намалат емисијата на CO2 со помош на автомобилите на горивни келии. Нисановата лимузина на горивни келии е од 90 kw , а максималната брзина и забрзувањето кое го постигнува се еднакви како кај автомобилите со бензиски мотор. Додека Toyota и Honda се првите производители на автомобили со горивни келии и тоа од 2002година.

Јапонска „Toyota“ и германски „Daimler“планираат поширока соработка на полето горивни келии за електрични автомобили, како потполно еколошка алтернатива за денешните возила. Најголем порблем за ова се големите трошоци за изработка на горивните келии кои користат платина и други скапи метали за производство на електрична енергија.Поради тоа големите авто куќи постигнале заеднички договор заедно да работат на можноста на ширење на употребата на горивните келии од 2015г.

„Daimler“ до сега има вложено 1,23 милјарди во развој на технологијата горивни келии.

18

Слика 12: Автомобил на горивни келии

Табела 3. Споредбена табела на автобус на класично гориво и автобус на горивни келии.

Карактеристики на автобусот

Автобус на горивни келии

Класичен Diesel автобус

Забрзување до 48km/h 15 секунди 20 секунди

Забрзување до 80km/h 36 секунди 31 секунда

Тежина на автобусот 16,300kg 13,410kg

Внатрешна бучавост(0km/h)

56dB 72dB

Надворешна бучавост(80km/h)

69dB 78dB

Потошувачка на гориво(100km/h)

8.2kg 16.9kg

19

анода

катода

мембранаелектромотор

електроника

батерија

резервоар

4.2. Прв лет на горивни келии

Боинг го извел првиот лет на авион исклучиво придвижен со енергија од горивни келии.Важноста на оваа постапка е во фактот дека во авионот имало човечка посада. Овој потфат го направиле стручњаците од Boeing Research и Technology Europe (RT & TE) во оделот во Мадрид, соработувајќи со партнери од Австрија, Франција, Германија, Шпанија, Британија и САД. Како авион за пробниот лет одбран е двоседот Dimona од австрискиот производител Diamond Aircraft, кој е модифициран на начин да се вгради горивна келија со полимерна мембрана како електролит и литиумска батерија која го придвижува електричниот мотор приклучен на конвенционален пропелер.

Во текот на летот пилотот го подигнал авионот до висина од 1000m користејќи батерии и енергија генерирана од горивни келии. На таа висина напојувањето од батериите било потполно исклучено и авионот при брзина од 100km/h користел енергија само од горивните келии.

Екипата од Боинг е уверена дека горивните келии можат да се применуваат во помалите авиони.Моментално не ги гледаат горивните келии како целосна замена за добивање на енергија во големите патнички авиони, но и понатаму ја истражуваат нивната примена, како би се зголемила нивната енергетска ефикасност.

4.3. Горивни келии во мобилни телефони

За горивни келии кои би се полнеле со метанол се чита веќе со години, иако тоа во стварноста не се гледа да се примени во мобилните телефони.Сепак Sony најави Ultra Hybrid Fuel Cell мобилен. Се работи за готивна келија која се полни со метанол, со димензии 5х3cm и е комбинација од горивна келија со li-poli батерија, поради што и се вика хибриден. Се вели дека е доволно мала за да се смести во денешните мобилни, а со полнење од 10ml метанол дава максимална снага од 3 вати, што е во можност да даде енергија за 14 сатна непрекината репродукција на филм на мобилен телефон. 6

6 Семинарска работа за технологија на горивни келии - Белград 200920

4.4. Примена на горивните келии во енергетиката

Како што е веќе познато електраните на горивни келии проверено снабдуваат различни објекти низ целиот свет со нивната целокупна потреба за електчна енергија или работејќи како составен дел од локалната електрична мрежа. Во оваа област горивните келии како и сите други алтернативни извори на енергија се користат како системи со помала снага(до 2MW), но наголемо се разгледуваат проекти кои ја преминуваат оваа граница.

Моментално кај електраните со горивни келии најзастапена е MFC технологијата.Таа е на прво место во компанијата Fuel Cell Energy, која е една од водечките производители во оваа област. Нивниот најмасовен производ е DFC-300, електрана на горивни келии со снага од 250KW, чија цена на инсталирање се движи од 3200$ до 3500$/Kw. Исто така во својата понуда имаат и DFC-1500 и DFC-3000, електрани на горивни келии со снага од 1MW и 2MW чии цени на инсталација по Kw се нешто пониски.

Слика 13: Електрани на горивни келии DFC-300, DFC-1500 и DFC-3000

Пиварата Sierra Nevada во Калифорнија користи 1MW-на когенерациска електрана на горивни келии. Цел систем се состои од четири единици од 250Kw од типот DFC-300 на компанијата Fuel Cell Energy, со што се обезбедува најголем дел од потребната електрична енергија на пиварата(околу 90%)

21

Слика 14: Електрана на горивни келии во пиварата Sierra Nevada

5. ЕКОНОМСКИ ПАРАМЕТРИ

5.1. Цена на водород

Водородот моментално е доста поскап од бензинот. Но последниве години цената на нафтата и нафтените деривати непрекинато расти,за разлика од новите технолоии меѓу кои е и „економија на водород“, чија цена со тек на време полека опаѓа како што стануваат се позастапени. Инаку вистинската цена на водородот зависи од начинот на неговото производство. До скоро најефтин начин бил преку преработка на природен гас. Оваа постапка се состои од греење на метан под притисок во присуство на катализатор. Кога цената на природниот гас била 2$ по MMBtu(Million Btu) водородот се произведувал во рафинериите за 0.96$ по килограм.Во 2005г цената на природниот гас се зголеми на 13$ по MMBtu, со пропорционален раст е и цената на водородор 6.24$ за 1кг. Денес најевтн начин за негово производство е преку електролиза на водата, користејќи струја од ветро генератори и соларни келии, во кои е потребно да се вложи само при нивната инсталација.

5.2. Економски параметри на електрани на горивни келии

-OAK Ridge National Labaratory купила 200Kw - на електрана на горивни келии и ја инсталирала во NationalTransportation Research Ccentru (NTRC) во Knoxville,Tenesi, USA. Топлината од горивните келии е користена за снабдување на зградата со топла вода и греење на просториите. Со тоа ја смалиле употребата на природниот гас кој го користеле

Табела 4. Трошоци и заштеди од електраните на горивни келии од 200Kw

22

Годишна заштеда на електрична енергија 50.000$

Термална заштеда 9.000$

Вкупна заштеда 59.000$

Цена на гориво 25.000$

НЕТО Годишна заштеда 35.000$

Расположливост 71.5%

-King County's South Treatment е електрана на горивни келии инсталирана во Renton и тоа од 1Mw. Со помош на оваа електрана со електрична енергија се смабдуваат околу 800 домаќинства и тоа без никакво загадување на надворешната околина. Ослободената топлина се користи за греење на домовите. Овој демонстрационен проект коштал околу 20.000.000 $.

Табела 4.1. Трошоци и заштеди од електраните на горивни келии од 1Mw

Годишна заштеда на електрична енергија 103.000$

Термална заштеда 19.000$

Вкупна заштеда 122.000$

Цена на гориво 55.000$

НЕТО Годишна заштеда 67.000$

Расположливост 65%

7

Финансирање на горивнит келии од нивното пронаоѓање

7 www.scribd.com/doc/80926570/Gorivne-Celije-Izvori-Elektricne-Energije23

Слика 15: Дијаграм на финансирање во горивните келии

Табела 5. Инвестиционен Буџет во САД според технологии

Технологија Милиони $

Водород, Горивни Келии 165,5

„Зелени Коли“ 91,1

Фосилни Горива 11,5

Нуклеарна Енергија 4

Вкупно 272,1

7

6. ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАТОЦИ НА ГОРИВНИТЕ КЕЛИИ

Основни предности на горивните келии се: ниско ниво на бучавост при работа, најниска емисија на штетни гасови во околината од сите досега познати технологии, електричната искористливост е многу висока т.е. над 50%, многу се погодни за когенерација. Како секоја добра има и лоша страна, поради тоа треба да се обрати внимание на некои од главните недостатоци на горивните келии, како што се големите инвестициони трошоци, трошоците при работа и нивно одржување, краткиот век на траење на горивните елементи,блоковите.Сепак големата позитивна страна на користење на горивните келии е многу поголема од негативната па поради може да се заклучи дека сите досегашни истражувања не биле безцелни, туку во иднина може да се очекува голема експанзија на овие производи и нивна комерцијализација на пазарот.

24

Мил

иони

до

лар

транспортни стационарни

Предности на водородот како гориво во автомобилската индустрија се: позитивно влијание на квалитетот на воздухот,сигурноста која може да се спореди со онаа на конвенционалните возила, поминатиот пат со едно полнење на резервоарот.

7. ЗАКЛУЧОК

Од сите досега постигнати резултати на полето на горивни келии може да се заклучи дека е вложено многу труд време и истражување за усовршување на технологијата на горивните келии, од страна на физичарите, во период на последните стотина години, чии истражувања напредуваа споро како би се пронашол новиот алтернативен облик на енергија водородот.Технологијата на горивните келии развиена е доволно како би можела да се воведе кај возилата и за комерцијална употреба, но нивната распространетост е сеуште мала и ограничена заради високата и ограничена цена на водородот.Се предвидува дека во овај транзициски период за изворите на енергија, додека цената на производство и складирање на водородот,како и цената на горивните келии не достигнат некое прифатливо ниво, ќе бидат користени и унапредувани моторите со внатрешно согорување со хибридни горива (фосилно гориво со одреден дел на водород во мешавината),односно метанол или природен плин во горивните келии.

25

По објаснувањето на поимот и кратката историја на горивните келии, нивната поделба, нивниот развој и можностите кои ги пружаат како алтернативна енергија, тие завземаат централно место во развојот на технологијата и економскиот раст.При поделбата на горивните келии се забележува дека маѓусебно се разликуваат по работната температура, степенот на електрично делување, горивото кое го користат, претворањето на горивото, оксидансот и подрачјето на примена.Од тоа се гледа дека истраќувањата отишле чекор напред со самото експериментирање, бидејќи да не било тоа, сега би постоела само една горивна келија.Но со оглед на фактот дека постојат повеќе, поголем е изборот за понатамошно експериментирање и усовршување на истите во повеќе правци.Се претпоставува дека сите типови на горивни келии уште многу пати ќе бидат анализирани и ќе се направат обиди за нивно усовршување, и со многу повеќе предности од сегашната фаза на развој.

Од анализата на технологијата на производство на водородот,неговото производство и складиштење како и претворањето на енергија, се заклучува дека употребата на водородот како енергент засега е ограничена од цената на неговото производство, начинот и технологијата на складирање на истиот, која е многу повисока во однос на фосилните горива.Значи, високите цени ја ограничуваат неговата примена и мора да се најде решение за најефтин начин на производство и складирање и потоа да се расправа за неговата технологија и примена.

Што се однесува до влијанието на горивните келии на околината, истите произведуваат многу малки или воопшто не произведуваат штетни материи за загадувањето на околината, и нивната работа е многу тивка. При реакција на водородот со кислородот настанува бурна реакција, односно експлозија и вода, но додека не се пронајде ефикасен и етин начин на добивање на водород, автомобилите кои користат водород ќе бидат експериментални.При користењето на засега познатите технологии најголем е проблемот на нееикасност , односно големата вложена енергија за производство на водород , што го прави скап енергенс во однос на фосилните горива настанати со природни процеси.Индустриски гледано водородот е енергенс на иднината, но претходно мора да се усовршат начинот на производство, транспортот и складирањето.8

8Семинарска работа за технологија на горивни келии - Загреб 201026

8. КОРИСТЕНА ЛИТЕРАТУРА

27