SzSzéélerlerőőmműű--hidroghidrogéén hibrid n hibrid rendszerrendszer

KKKééészszszííítette:tette:tette:Hornos Hornos Hornos ÁÁÁdddááámmm

Konzulens:Konzulens:Konzulens:Dr. HunyDr. HunyDr. Hunyááár Mr Mr Mááátytytyááás s s

BMEBMEBME---VIKVIKVIKVillamos Energetika TanszVillamos Energetika TanszVillamos Energetika Tanszééékkk

Villamos GVillamos GVillamos Gééépek pek pek ééés Hajts Hajts Hajtááások Csoportsok Csoportsok Csoport

A diplomaterv tartalmaA diplomaterv tartalma

•• A rendszer felA rendszer felééppííttéésese•• SzSzéélerlerőőmműűvek tvek tíípusaipusai•• ÜÜzemanyagcellzemanyagcelláák k –– PEMFC modellPEMFC modell•• ElektrolizElektrolizáállááss•• HidrogHidrogéén tn táárolroláási lehetsi lehetőősséégek gek éés s segsegéédberendezdberendezééseikseik

•• ÁÁramirramiráánynyííttóókk•• A rendszer mA rendszer műűkkööddéési msi móódjaidjai•• GazdasGazdasáágossgossáági gi öösszehasonlsszehasonlííttáásoksok

A rendszer felA rendszer felééppííttéésese

•• Az alapvetAz alapvetőő problprobléémama–– Sztochasztikus termelSztochasztikus termelééss–– KKööteleztelezőő áátvtvéétel tel –– Nincs kNincs köözponti szabzponti szabáályozlyozóó jeljel

•• KKööztes energiatztes energiatáárolrolóóra van szra van szüükskséégg•• MiMiéért a hidrogrt a hidrogéén?n?

–– TisztaTiszta–– KKööttöött formtt formáában nagymennyisban nagymennyiséégben gben ááll ll rendelkezrendelkezéésresre

–– SokfSokfééleklekééppen lehet elppen lehet előőáállllíítanitani

SzSzéélturbinlturbináák tk tíípusaipusai–– „„AA”” ttíípuspus: :

–– „„BB”” ttíípuspus::

–– „„CC”” ttíípuspus: :

–– „„DD”” ttíípuspus: :

A szA széélturbinlturbináák szabk szabáályozlyozáásasa

•• TeljesTeljesíítmtméény szabny szabáályozlyozáás:s:–– StallStall--controllcontroll–– LapLapáátsztszöög szabg szabáályozlyozááss

•• FordulatszFordulatszáám szabm szabáályozlyozáás:s:–– KKöözbenszbensőő egyenegyenááramramúú kköörröös feszs feszüültsltséég g inverteresinverteres

ÜÜzemanyagcellzemanyagcelláák I.k I.

A cella kivA cella kiváálasztlasztáássáának szempontjai:nak szempontjai:–– TeljesTeljesíítmtméény ingadozny ingadozáás ks köövetvetéési ksi kéépesspesséégg

–– JellemzJellemzőő teljesteljesíítmtméénytartomnytartomáányny

–– KKöörnyezetre gyakorolt hatrnyezetre gyakorolt hatáásasa

–– HatHatáásfoksfok

ÜÜzemanyagcellzemanyagcelláák II.k II.

gőzturbinás, kétlépcsős blokkfűtőerőmű, áramforrás

H2, földgáz, széngáz, biogáz, levegő, O2

elméleti: 65%gyakorlati: 62%

800 oC-1000 oC

yttrium-cirkonoxidkerámia

SOFCoxidkerámia cella

gőzturbinás, kétlépcsős blokkfűtőerőmű, áramforrás

H2, földgáz, széngáz, biogáz, levegő, O2

elméleti: 65%gyakorlati: 62%

650 oClítium-karbonát,

kálium-karbonát

MCFCalkáli-karbonátsócella

blokkfűtő erőmű, áramforrás

tiszta H2, O2, levegő

elméleti: 65%gyakorlati: 38%

200 oCtömény

foszforsavPAFC

foszforsavas cella

mobiltelefon, laptop stb. áramforrása

metanol, O2, levegő

elméleti: 30%gyakorlati: 26%

80 oC-130 oCprotonáteresztő

membrán

DMFCdirekt metanol membrán

blokkfűtő erőmű, járműipar, hadiipar

tiszta H2, O2, levegő

elméleti: 68%gyakorlati: 50%

80 oCprotonáteresztő

membrán

PEMFCproton cserélőmembrános cella

járműipar, hadiipartiszta H2, O2

elméleti: 70%gyakorlati: 62%

80 oC30% kálium-

hidroxid oldat,gél

AFCalkáli elektrolitos cella

Felhasználási terület

Üzemanyag Elektromos

hatásfok

Működésihőmérsékl

et Elektrolit Üzemanyagcella típusa

ÜÜzemanyagcellzemanyagcelláák III.k III.

A PEMFC I.A PEMFC I.

•• A mA műűkkööddéésese– Nernst egyenlet:(parciális nyomásokkal felírt egyenlet)

– Feszültségesések• Aktivációs veszteség• Ohmos veszteség• Koncentrációs veszteség

– Kétrétegű töltés hatása• Nagy kapacitás

OH

5.0

OH

2

22

p

ppln

nF

RTEE +°=

A PEMFC II.A PEMFC II.

A PEMFC III.A PEMFC III.• Vízgazdálkodás

• A nyomás és hőm. növelésének előnyei és hátrányai

• Segédberendezések, hűtési módok

A teljes modellA teljes modell

SzimulSzimuláácicióóss eredmeredméények I.nyek I.hhőőmméérsrséékletklet

SzimulSzimuláácicióóss eredmeredméények II.nyek II.nyomnyomááss

SzimulSzimuláácicióóss eredmeredméények III.nyek III.aktivaktiváácicióós vesztess veszteséégg

SzimulSzimuláácicióóss eredmeredméények IV.nyek IV.öösszes vesztessszes veszteséégg

SzimulSzimuláácicióós eredms eredméények VI. nyek VI. cella feszcella feszüültsltséégg

SzimulSzimuláácicióós eredms eredméények VII.nyek VII.feszfeszüültsltséégg--ááramsramsűűrrűűsséég gg göörberbe

ÜÜzemanyagcella mzemanyagcella mééretezretezéésese

•• 1,5 MW1,5 MW––osos szszéélturbinalturbina

•• ÜÜzemanyagcella illesztzemanyagcella illesztéésese

•• SegSegéédberendezdberendezéések msek mééretezretezéésese

ElektrolElektrolíízis I.zis I.

•• ElektrolizElektrolizáállóók tk tíípusaipusai––AlkAlkáálili––PolimerPolimer––SzilSziláárd oxidosrd oxidos

•• NyomNyomáás ns nöövelveléésséének hatnek hatáásaisai•• HHőőmméérsrsééklet vklet vááltozltozáás hats hatáásaisai

ElektrolElektrolíízis II.zis II.

•• ElektrolElektrolíízis segzis segéédberendezdberendezééseisei

ÁÁramirramiráánynyííttóók I.k I.

•• FeszFeszüültsltsééginverteres frekvenciavginverteres frekvenciavááltltóók k hháállóózati zati ááramirramiráánynyííttóójjáának szabnak szabáályozlyozáásasa

ÁÁramirramiráánynyííttóók II.k II.

•• DC/DC DC/DC áátalaktalakííttóó (klasszikus megold(klasszikus megoldáás)s)

ÁÁramirramiráánynyííttóók III.k III.

•• Impedancia csatolImpedancia csatoláássúú inverterinverter

2

0UBMu

ac⋅⋅=

MMűűkkööddéési msi móódok I.dok I.

•• Csak hidrogCsak hidrogéént termelnt termelőő•• HidrogHidrogéént termelnt termelőő éés hs háállóózatra tzatra tááplpláállóó•• Menetrend tartMenetrend tartóó•• Menetrend tartMenetrend tartóó éés hidrogs hidrogéén termeln termelőő

Köszönöm a figyelmet!