Obr. 2 Sankey diagram palivovรฉho ฤlรกnku na zemnรฝ plyn
Galรฉria(7)

Alternatรญvne zdroje energie na bรกze palivovรฝch ฤlรกnkov

Partneri sekcie:

V ฤlรกnku sa prezentujรบ vรฝsledky skรบmania vyuลพitia alternatรญvnych zdrojov energie na bรกze palivovรฝch ฤlรกnkov. Ide o tri, na trhu uลพ dostupnรฉ palivovรฉ ฤlรกnky โ€“ palivovรฝ ฤlรกnok na zemnรฝ plyn s menovitรฝm elektrickรฝm vรฝkonom 1 400 kWe a palivovรฉ ฤlรกnky na vodรญk s menovitรฝmi elektrickรฝmi vรฝkonmi 30 a 60 kWe, vhodnรฉ aj na pohon dopravnรฝch prostriedkov.

Palivovรฝ ฤlรกnok je galvanickรฝ ฤlรกnok skladajรบci sa zย dvoch elektrรณd (anรณda aย katรณda), oddelenรฝch membrรกnou alebo elektrolytom. Kย anรณde sa privรกdza palivo, ku katรณde okysliฤovadlo. Na katรณde sa okysliฤovadlo (vรคฤลกinou kyslรญk) redukuje na aniรณny O2-, ktorรฉ potom reagujรบ sย iรณnmi H+ na vodu. Elektrรณdy palivovรฉho ฤlรกnku sรบ katalyticky aย reaktรญvne stabilnรฉ.

Palivovรฉ ฤlรกnky mรดลพu pracovaลฅ nepretrลพite, ak nie je preruลกenรฝ prรญvod paliva alebo okysliฤovadla kย elektrรณdam. Palivovรฝ ฤlรกnok je elektrochemickรฉ zariadenie, ktorรฉ priamo premieลˆa chemickรบ energiu paliva aย okysliฤovadla na elektrickรบ energiu. Pri premene elektrickej energie sa generuje aj teplo, ktorรฉ moลพno vyuลพiลฅ na vykurovanie, prรญpravu teplej vody (TV) alebo na pohon absorpฤnรฝch chladiacich zariadenรญ.

Vย sรบฤasnosti sรบ na trhu dostupnรฉ stabilnรฉ palivovรฉ ฤlรกnky sย pomerne veฤพkรฝm menovitรฝm vรฝkonom sย palivom zemnรฝ plyn aย kyslรญkovo-vodรญkovรฉ palivovรฉ ฤlรกnky pouลพรญvanรฉ na pohon automobilov. Vodรญk ako palivo sa mรดลพe zรญskaลฅ pomocou elektrolรฝzy vody. Potrebnรฝ kyslรญk pre palivovรฝ ฤlรกnok sa mรดลพe zรญskavaลฅ zย atmosfรฉry.

Obr. 1 Palivovรฝ ฤlรกnok na zemnรฝ plyn
Obr. 2 Sankey diagram palivovรฉho ฤlรกnku na zemnรฝ plyn
Obr. 3 Analรฝza citlivosti prรญpustnรฝch investiฤnรฝch nรกkladov
Obr. 4 Vรฝroba elektriny a tepla s PฤŒ
Obr. 5 Integrovanie PฤŒ do sรบstavy vykurovania a TV
Tab. 1 Priemernรก dennรก a mesaฤnรก vรฝroba elektriny fotovoltickรฝmi panelmi

Palivovรฝ ฤlรกnok na zemnรฝ plyn

Skรบmanรฉ palivovรฉ ฤlรกnky na zemnรฝ plyn sรบ vhodnรฉ na nepretrลพitรบ prevรกdzku. Vzhฤพadom na to, ลพe spaliny odchรกdzajรบce zo zariadenia majรบ pomerne vysokรบ teplotu, sรบ vhodnรฉ aj na vรฝrobu pary.

Obr. 1 Palivovรฝ ฤlรกnok na zemnรฝ plyn
Obr. 1 Palivovรฝ ฤlรกnok na zemnรฝ plyn |

Zรกkladnรฉ prevรกdzkovรฉ parametre palivovรฉho ฤlรกnku

Na obr. 1 sรบ uvedenรฉ zรกkladnรฉ prevรกdzkovรฉ parametre palivovรฉho ฤlรกnku typu Sure-Souce 1500. Vย prรญpade znรญลพenia teploty spalรญn pomocou vรฝmennรญka tepla na ohrev vody na vykurovanie do 120 ยฐC alebo na ohrev vody na vykurovanie aย prรญpravu TV do teploty 50 ยฐC sa dosiahne celkovรก รบฤinnosลฅ zariadenia 69, resp. 84 %. Na obr. 2 je znรกzornenรฝ Sankey diagram skรบmanรฉho palivovรฉho ฤlรกnku.

Obr. 2 Sankey diagram palivovรฉho ฤlรกnku na zemnรฝ plyn
Obr. 2 Sankey diagram palivovรฉho ฤlรกnku na zemnรฝ plyn |

Prรญpustnรฉ investiฤnรฉ nรกklady na palivovรฝ ฤlรกnok

Prรญpustnรฉ investiฤnรฉ nรกklady na skรบmanรฝ palivovรฝ ฤlรกnok sme vypoฤรญtali pri predpoklade, ลพe ekonomickรก ลพivotnosลฅ zariadenia je pรคtnรกsลฅ rokov, minimรกlna prijateฤพnรก miera nรกvratnosti (MARR) je 5 % aย cena zemnรฉho plynu je 8 โ‚ฌ/GJ. ฤŽalej sme predpokladali, ลพe teplo zรญskanรฉ zo spalรญn sa bude predรกvaลฅ za tรบ istรบ cenu, ktorรบ by spotrebiteฤพ zaplatil za zemnรฝ plyn vย prรญpade, ลพe by teplo vyrรกbal vย kotle sย priemernou รบฤinnosลฅou 92 %.

Vyrรกbanรก elektrina bude kryลฅ vlastnรบ spotrebu. Vย analรฝze sme poฤรญtali sย cenou 0,1 โ‚ฌ/kWh. Predpokladanรฝ ฤas prevรกdzky je 8 000 h/rok. Za tรฝchto predpokladov bol roฤnรฝ prรญjem 1,09 miliรณna eur, kย tomu prislรบchajรบce investiฤnรฉ nรกklady P15yrs, 5 % predstavujรบ 11 miliรณnov eur (obr. 3). Ak bude prijateฤพnรก miera nรกvratnosti 10 %, prรญpustnรฉ investiฤnรฉ nรกklady budรบ niลพลกie, P15yrs, 10 % = 8 miliรณnov eur.

Obr. 3 Analรฝza citlivosti prรญpustnรฝch investiฤnรฝch nรกkladov
Obr. 3 Analรฝza citlivosti prรญpustnรฝch investiฤnรฝch nรกkladov |

Palivovรฉ ฤlรกnky na vodรญk

Skรบmanรฉ palivovรฉ ฤlรกnky (PฤŒ) na vodรญk (H2) sรบ vhodnรฉ na pohon automobilov, to znamenรก aj na premenlivรบ prevรกdzku. Vย nasledujรบcich odsekoch uvedieme prรญklad ich integrovania do sรบstavy vykurovania aย TV aย vรฝsledky analรฝzy vรฝroby elektriny zo slneฤnej energie na vรฝrobu vodรญka elektrolรฝzou aย vรฝroby elektriny vย palivovom ฤlรกnku.

Obr. 4 Vรฝroba elektriny a tepla s PฤŒ
Obr. 4 Vรฝroba elektriny a tepla s PฤŒ |

Integrovanie PฤŒ do sรบstavy vykurovania aย TV

Na obr. 4 je znรกzornenรฝ Sankey diagram palivovรฉho ฤlรกnku CELERITY, na obr. 5. typickรก aย odporรบฤanรก schรฉma zapojenia PฤŒ do sรบstavy vykurovania aย prรญpravy TV.

Obr. 5 Integrovanie PฤŒ do sรบstavy vykurovania a TV
Obr. 5 Integrovanie PฤŒ do sรบstavy vykurovania a TV |

Vรฝroba elektriny fotovoltickรฝmi panelmi

Vย tab. 1 je uvedenรก priemernรก dennรก aย mesaฤnรก vรฝroba elektriny fotovoltickรฝmi panelmi so ลกpiฤkovรฝm vรฝkonom pribliลพne 50 kWp, ktorรฉ boli predmetom skรบmania. Vย tab. 1 je uvedenรก aj dennรก aย mesaฤnรก vรฝroba vodรญka vย elektrolyzรฉri vody elektrickou energiou vyrobenou fotovoltickรฝmi panelmi aย vรฝroba elektrickej energie zย vodรญka pomocou PฤŒ.

Na zรกklade roฤnรฝch รบdajov uvedenรฝchvย tab. 1 mรดลพeme konลกtatovaลฅ, ลพe zย 52,7 MWh elektriny vyrรกbanej zo slneฤnej energie moลพno vย elektrolyzรฉri vyrรกbaลฅ 10 755 Nm3 vodรญka aย nรกsledne pomocou PฤŒ pribliลพne
17,7 MWh elektriny. รšฤinnosลฅ vรฝroby elektriny touto cestou je tak pribliลพne 33,5 %.

Vย tab. 1 uvรกdzame aj predpokladanรฝ priemernรฝ mesaฤnรฝ aย roฤnรฝ prรญjem za elektrinu za predpokladu, ลพe sa elektrina bude vyrรกbaลฅ aย predรกvaลฅ vย ฤase ลกpiฤiek za cenu 0,16 โ‚ฌ/kWh. Mรดลพeme konลกtatovaลฅ, ลพe vzhฤพadom na to, ลพe roฤnรฝ prรญjem za elektrickรบ energiu vyrรกbanรบ takรฝmto spรดsobom je iba 2 820 eur, vybudovanie takรฉhoto systรฉmu nie je zย podnikateฤพskรฉho hฤพadiska rentabilnรฉ.

Tab. 1 Priemernรก dennรก a mesaฤnรก vรฝroba elektriny fotovoltickรฝmi panelmi

Zรกver

Palivovรฉ ฤlรกnky nie sรบ zย hฤพadiska nรกkladov efektรญvnejลกie ako konvenฤnรฉ zdroje na premenu energie, sรบ vลกak vhodnรฉ na:

  • vyuลพรญvanie obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie,
  • efektรญvnu kombinovanรบ vรฝrobu elektriny aย tepla,
  • vรฝrobu pary, TV, na vykurovanie aย zรกroveลˆ mรดลพu slรบลพiลฅ ako zdroj energie na chladenie.

Zย tohto dรดvodu je dรดleลพitรฉ vedieลฅ, ako ich integrovaลฅ do priemyselnรฝch alebo komunรกlnych energetickรฝch systรฉmov aย sledovaลฅ ich vรฝvoj.

Ing. Albin Zsebik, PhD., Ing. Daniel Novรกk
Autori pรดsobia v spoloฤnosti JOMUTI Kft. v Budapeลกti.
Obrรกzky: autori

Literatรบra
1. www.fuelcellenergy.com.
2. www.hydrogenics.com.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB Haustechnik 4/2018.