6915323838

ANALIZA I PORÓWNANIE UKŁADÓW ENERGETYCZNYCH ZAWIERAJĄCYCH WĘGLANOWE OGNIWO PALIWOWE

Autorzy: Marcin Wołowicz, Jarosław Milewski, Krzysztof Badyda ("Rynek Energii" - sierpień 2014)

Słowa kluczowe: węglanowe ogniwa paliwowe, układy hybrydowe

Streszczenie. W artykule przedstawiono analizę i porównanie układów energetycznych zawierających węglanowe ogniwo paliwowe. Omówiono różne konfiguracje takich układów poczynając od najprostszej, czyli ogniwa pracującego samodzielnie, a kończąc na hybrydowych układach z tuibiną gazową, parową i powietrzną. Omówiono również główne parametry pracy układów energetycznych z węglanowym ogniwem paliwowym istotne z punktu widzenia usytuowania ogniwa paliwowego w takim układzie. Wytypowano główne parametry, które są uniwersalne dla każdego układu energetycznego współpracującego z ogniwem. Są to: ilość paliwa jakie zostało utlenione w procesach elektrochemicznych zachodzących w ogniwie (zarówno całkowita jak i procentowa), temperatura pracy ogniwa, ciśnienie pracy i straty ciśnienia, sprawność i moc ogniwa.

1. WPROWADZENIE

Od pewnego czasu coraz wyraźniejsze stają się tendencje do poszukiwania czystych, a jednocześnie wydajnych technologii wytwarzania energii, w szczególności elektrycznej [8], Z jednej strony poszukuje się możliwości szerokiego zastosowania odnawialnych źródeł energii jak np.: siły wiatru, energii słonecznej czy geotermicznej, z drugiej próbuje się ograniczyć rozwój energetyki jądrowej. Bardzo wiele czyni się w kierunku poprawy czystości technik wytwarzania energii opartych o spalanie paliw organicznych. Jest to jednak niewystarczające w celu realizacji wymaganego przez Unię Europejską ciągłego zmniejszania emisji CO2. Prace nad zmniejszeniem emisji CO2 są ciągle prowadzone, np.: [3, 4, 7], Istnieją również inne możliwości ograniczenia emisji, jak na przykład podnoszenie sprawności przetwarzania energii pierwotnej w energię elektryczną. Jednym z przykładów może być stosowanie tzw. urządzeń bezpośredniej przemiany.

Ogniwa paliwowe, w szczególności wysokotemperaturowe - MCFC (od ang. Molten Carbo-nate Fuel Celi) i SOFC (od ang. Solid Oxide Fuel Celi) są uważane za jedne z bardziej perspektywicznych źródeł energii elektrycznej [19], Związane jest to z potencjalnie bardzo wysoką sprawnością tych urządzeń wynikającą z bezpośredniości przemiany energii chemicznej paliwa w prąd elektryczny z pominięciem ograniczeń dla silnika cieplnego (obieg Carnota). Szacunkowe dane oparte o obecnie stosowane modele sugerują bardzo wysoką sprawność możliwą do osiągnięcia przez ogniwa paliwowe (patrz rys. 1).