Oddělení vodíkových technologií

Prezentace na téma: "Oddělení vodíkových technologií"— Transkript prezentace:

0 Využití palivových článků a vodíkových technologií
ÚJV Řež, a. s. Využití palivových článků a vodíkových technologií Aleš Doucek

1 Oddělení vodíkových technologií
Akumulace energie setrvačníky, ultrakapacitory, akumulátory systémy na bázi vodíkových technologií Výzkum a vývoj vodíkových technologií alkalická elektrolýza vysokoteplotní elektrolýza Řešení pro klasickou energetiku a teplárenství záchyt a ukládání CO2 úprava spalin (SO2, NOx...) akumulace tepla pro teplárenství energetické využívání odpadů

2 Akumulace energie Pro dopravu Obnovitelné zdroje Podpůrná služba sítě
K čemu vodík? Akumulace energie Obnovitelné zdroje Podpůrná služba sítě Pro dopravu Bezemisní provoz Nezávislost na dovozech ropných paliv Rychlé tankování Vysoká účinnost

3 Projekty ÚJV Řež, a. s. Úspěšně dokončené
TriHyBus – Trojitě hybridní vodíkový autobus (konsorcium Škoda Electric, Proton Motor ad.) Realizace první vodíkové čerpací stanice v ČR (Neratovice, dodavatel Linde Gas) ZEMSHIP – Zero Emission Ship (Hamburg)

4 TriHyBus Autobus s vodíkovým pohonem

5 Čerpací stanice vodíku
Parametry Stlačený plynný vodík Plnící tlak 40 MPa Zásobník 125 kg H2 Doba plnění 10 min Připraveno na 70 MPa Zásobování Linde Gas Plnící rozhraní TK-16 a TK-25

6 Zero Emission Ship Hamburg

7 Oblasti využití Stacionární aplikace (vysokoteplotní FC, spalovací motor, turbína) Výkony od 10 kW do jednotek MW Záložní zdroje el. energie Kombinované zdroje el. energie a tepla Odlehlé oblasti, Vysokoteplotní palivové články Mobilní aplikace (nízkoteplotní FC, spalovací motor, turbína) Výkony od mW do 100 kW Doprava Osobní automobily Autobusy Specifické dopravní prostředky, vysokozdvižné vozíky apod. (prostředky z důrazem na lokální čistý provoz) Ponorky Lodní doprava Přenosné zdroje el. energie Malá elektronická zařízení

8 Stacionární zařízení

9 OZE Fotovoltaika inst. výkon 1 971 MW (12/2011),
v 2011 bylo vyrobeno MWh 0,3 % FVE má inst. výkon nad 5 MWe (většina pod 10 kWe) Větrné elektrárny inst. výkon 223 MW (3/2012) v 2011 vyrobeno MWh cca ½ elektráren výkon nad 5 MWe cca ½ el. výkon v rozmezí 1-5 MWe

10 Fotovoltaické elektrárny
10

11 Příklady akumulace energie
Setrvačníky Ultrakapacitory

12 Srovnání způsobů akumulace
Technologie Výkon Energie Účinnost Počet cyklů Čas akumulace (řádově) Cena MW MWh % tis. USD/kW USD/kWh Ultrakapacitory 1 0,1 75-95 500 sekundy - minuty 25-50 Setrvačníky 10 90 1000 minuty - hodiny Baterie 40 250 5 75-150 Flow-baterie 15 hodiny - dny 3000 320 Vodíkové technologie 6 70 hodiny - týdny 4000 <300

13 Návrh a realizace experimentálního zařízení
13

14 Akumulace do vodíku v ÚJV Řež
Zásobník vodíku Elektrolyzér Palivový článek

15 Parametry budovaného systému akumulace
Zařízení Parametr Hodnota Fotovoltaické panely Výkon 12 kWp Li-Ion baterie Kapacita 45 Ah (2,2 kWh) Elektrolyzér s protonvýměnnou membránou Příkon 6,3 kW Palivový článek PEM 4 kW Zásobní nádrž vodíku Skladované množství 10 kg (při 5 – 15 bar) 15

16 Shrnutí Elektrolyzér Hogen 6,3 kW Výstupní tlak max. 15 bar

17 Shrnutí Palivový článek Fronius Palivový článek Palivo: Vodík 5.0
Vstupní tlak : 5-15 bar Spotřeba vodíku: menší než 1,7 Nm3/h Elektrické parametry : DC výstupní výkon : 4 kW Výstupní napětí V Účinnost : 47 %

18 Blokové schéma FV elektrárna , která slouží jako zdroj energie pro výrobu vodíku v elektrolyseru. Je rozdělena na dvě sekce , první sekce je zdrojem pro elektrolyser a druhá sekce je zdroj elektrické energie pro krátkodobé skladování energie v bateriích . Poměr obou sekcí je možné pro účely modelování jednoduše změnit. Jsou použity standardní moduly polykrystalické o výkonu modulu 230 Výrobce je Gloria Solar. Pro krátkodobé skladování elektrické energie jsou využívány baterie typ loin. K řízenému nabíjení je je použit nabíječ a na přeměnu stejnosměrné energie na střídavou pak střídač Xantrex Energie z druhé sekce FV je využita k napájení elektrolyseru Hogen o výkonu 4 kW. Vodík na výstupu je jímán do nádrže o velkosti 10 m3. Takto skladovaný vodík může být využit v výrobě elektrické energie v době kdy sluníčko nesvítí, tj. např. v noci a v zimě. V řídicí jednotce jsou sbírány rozhodující data a parametry procesu což umožní modelovat optimální proces z hlediska budoucího využití vodíku ke skladováná elekrické energie. Samozřejmě vodik z nádrže může být přímo využit k pohonu vozidel . Palivový článek umožnuje vyrobit elektrickou energii z vodíku v době kdy to je potřeba. Na výstupu palivového článku je napětí 48 V , k přeměně na střídavé napětí slouží střídač Studer Ke stabilizaci výstupního napětí palivového článku slouží standardní baterie . Celý syystém je řízen vlastní řídící jednotkou.

19 Výsledky simulace Příklad: pětidenní období

20 Fotovoltaická elektrárna Řež
Fotovolatická elektrárna instalovaný výkon: 13,8 kWp Moduly: polykrystal typ Gloria 230 W Účinnost modulů: 14,05 % Očekávaná roční produkce elektrické energie: Kontrukce : Schletter neinvazivní Střídače: - Studer 4000/ účinnost : 96 % - Xantrex účinnost : 95,4 % 20

21

22

23 Alkalická elektrolýza
Současný stav Cílový stav

24 Výsledky matematického modelu
Denní běžné disproporce vyšší produkci energie v poledne a její nedostatek večer potřebné množství vodíku cca 0,3 kg/den. Dlouhodobější nízký výkon FVE období zpravidla ne delší než 7 – 10 dní potřebné množství vodíku cca 2 kg H2 (v zimě 4 kg)

25 Shrnutí Vodík lze efektivně využívat Vodík lze vyrábět
jako nosič energie pro energetiku i dopravu (snižování energetické závislosti) jako médium pro skladování a transport energie pro regulaci výkonu obnovitelných zdrojů energie v chemickém průmyslu Vodík lze vyrábět z fosilních paliv konvenčními způsoby (omezené zásoby, produkce CO2, nízké náklady) z obnovitelných zdrojů štěpením molekuly vody nízkoteplotní elektrolýza vysokoteplotní elektrolýza termochemické cykly

26 Vodíkové hospodářství
Výhled do budoucnosti Vodíkové hospodářství Je potřeba zajistit udržitelnou výrobu vodíku Možnost nahrazení energie dovážené v podobě ropných paliv z vlastních zdrojů Vodíkové technologie jsou do značné míry připraveny nahradit fosilní paliva v dopravě Další výzkum a vývoj je nezbytný (zvyšování životnosti, snižování cen) Čisté technologie

27 Děkuji za pozornost Aleš Doucek, 27