AVAGY Christian Friedrich Schoenbein és MCFC ALKALMAZÁSOK: William Robert Grove TÜZELİANYAG-FLEXIBILIS (1839-1868), KISERİMŐVEK, továbbá KITEKINTÉS A MINDENNAPOK Oláh György professzor úr VILÁGÁBA nyomában Dr. BOGÁNYI GYÖRGY BOGÁNYI ÉS FIA MŐSZAKI FEJLESZTİ ÉS KERESKEDELMI KFT. http://www.boganyi.com info@boganyi.com
HANGSÚLYOS PONTOK BEMUTATÁSA Kogeneráció és a hozzá kapcsolódó EU direktívák A fejlesztés célkitőzései Az MCFC mőködési elve Flexibilis tüzelıanyag-ellátás és az MCFC kapcsolata Az MCFC tulajdonságai MCFC hibrid rendszerek Rendszerintegrációs lehetıségek, kitekintés a jövıbe Összefoglalás
A 2004/8/EU DIREKTÍVA: KOGENERÁCIÓ A HASZNOS HİIGÉNY ALAPJÁN AZ EU BELSİ PIACÁN A KIEMELT KAPCSOLÓDÓ DIREKTÍVÁK HALMAZA: 2003/54/EU, 2003. JÚNIUS 26. EGYSÉGES SZABÁLYOK A BELSİ VILLAMOSENERGIA- KERESKEDELEMRİL 2009/72/EK, 2009. JÚLIUS 13. AZ EURÓPAI PARLAMENT ÉS TANÁCS IRÁNYELVE A VILLAMOS ENERGIA BELSİ PIACÁRA VONATKOZÓ KÖZÖS SZABÁLYOKRÓL ÉS A 2003/54/EK IRÁNYELV HATÁLYON KÍVÜL HELYEZÉSÉRİL
A 2004/8/EU DIREKTÍVA: KOGENERÁCIÓ A HASZNOS HİIGÉNY ALAPJÁN AZ EU BELSİ PIACÁN A KIEMELT KAPCSOLÓDÓ DIREKTÍVÁK HALMAZA: 2001/77/EU, 2001. SZEPTEMBER 27. VILLAMOSENERGIA-TERMELÉS MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOKKAL AZ EU BELSİ PIACÁN 2009/28/EK, 2009. ÁPRILIS 23. AZ EURÓPAI PARLAMENT ÉS TANÁCS IRÁNYELVE A MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSBÓL ELİÁLLÍTOTT ENERGIA TÁMOGATÁSÁRÓL, VALAMINT A 2001/77/EK ÉS A 2003/30/EK IRÁNYELV MÓDOSÍTÁSÁRÓL ÉS AZT KÖVETİ HATÁLYON KÍVÜL HELYEZÉSÉRİL
A 2004/8/EU DIREKTÍVA: KOGENERÁCIÓ A HASZNOS HİIGÉNY ALAPJÁN AZ EU BELSİ PIACÁN A KIEMELT KAPCSOLÓDÓ DIREKTÍVÁK HALMAZA: 2002/91/EU, 2002. DECEMBER 16. ÉPÜLETEK ENERGETIKAI TULAJDONSÁGAI 2000/76/EU, 2000. DECEMBER 4. HULLADÉKÉGETİK
A DIREKTÍVÁK ÜZENETEI ÁTLÁTHATÓSÁG FENNTARTHATÓSÁG SZÁMSZERŐSÍTHETİSÉG TÁRSADALMI HASZNOSSÁG
A KOGENERÁCIÓ, MINT KIFEJEZÉS AZ ALÁBBI MŐSZAKI MEGOLDÁSOK HALMAZÁT JELENTI KOMBINÁLT CIKLUSÚ GÁZTURBIN A HİHASZNOSÍTÓ RENDSZERREL ELLENNYOMÁSOS MEGCSAPOLÁSOS GİZTURBINA KONDENZÁCIÓS GİZTURBINA GÁZTURBIN A HİHASZNOSÍTÓ RENDSZERREL BELSİ ÉGÉSŐ MOTOROK MIKROTURBINÁK STIRLING - MOTOROK TÜZELİANYAG - CELLÁK GİZGÉPEK SZERVES RANKINE KÖRFOLYAMATOK AZ ELİBBI RENDSZEREK TETSZİLEGES KOMBINÁCIÓJA, VALAMINT AZ ALAPDEFINÍCIÓNAK MEGFELELİ TOVÁBBI RENDSZEREK
A KOGENERÁCIÓ ALKALMAZÁSI TERÜLETEI IPARI KOGENERÁCIÓ HİHASZNOSÍTÁS: TECHNOLÓGIÁTÓL FÜGGİEN GİZ-, FORRÓVÍZ-, MELEGVÍZ-ELLÁTÁS HİTERMELÉS KOGENERÁCIÓVAL HİHASZNOSÍTÁS: TÁVFŐTÉS MEZİGAZDASÁGI KOGENERÁCIÓ HİHASZNOSÍTÁS: MELEG- ÉS ÜVEGHÁZAK FŐTÉSE, BIOGÁZ- REAKTOROK TEMPERÁLÁSA, HŐTİHÁZAK ENERGIAELLÁTÁSA 1000 m 2 -NÉL NAGYOBB HASZNOS TERÜLETTEL RENDELKEZİ ÉPÜLETEK ENERGIAELLÁTÁSA HİHASZNOSÍTÁS: KLIMATIZÁCIÓ, TRIGENERÁCIÓ
A FEJLESZTÉS CÉLKITŐZÉSEI CÉL : MAXIMÁLIS HATÉKONYSÁGÚ VILLAMOSENERGIA - TERMELÉS KAPCSOLT TERMELÉS ALKALMAZÁSA MAXIMÁLIS ÁRAMSZÁMRA VALÓ TÖREKVÉS INNOVATÍV RENDSZERTECHNIKAI MEGOLDÁSOK KIDOLGOZÁSA INNOVATÍV ALAPBERENDEZÉSEK ALKALMAZÁSA FLEXIBILIS TÜZELİANYAG - ELLÁTÁS MEGTEREMTÉSE: FOSSZILIS SZÉN BÁNYAGÁZ FÖLDGÁZ ÉS SZÁRMAZÉKAI KÍSÉRİGÁZ KİOLAJSZÁRMAZÉKOK, LOGISZTIKAI TÜZELİANYAGOK MEGÚJULÓ BIO- és DEPÓNIAGÁZ BIODÍZEL BIOALKOHOL SZÁRMAZÉKOK, METANOL, ETANOL
A MCFC MŐKÖDÉSI ELVE Kimerült tüzelıanyag Kimerült oxidáló anyag és képzıdött gázok + CO 2 Tüzelıanyag Oxidáló anyag Anód Elektrolit (olvasztott karbonát) Katód H 2 2 CO 2 2 + CO3 H 2O + CO2 + e 2 + CO3 2CO2 + e O 2 + CO2 + 4e 2 2 CO Mőködési hımérséklettartomány 600-650 C 2 3
A METÁN REFORMER FOLYAMATA H 2 O H 2 O CH 4 CO KATALIZÁTOR CO + 3H 2 CO 2 + H 2 Hİ CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 4H 2 H = 165 kjmol -1 KATALIZÁTOR: NIKKEL MINIMÁLIS ÜZEMI HİMÉRSÉKLET: 600 C
MCFC MŐKÖDÉSI ELVE METÁN TARTALMÚ ÜZEMANYAG ESETÉN CH 4, H 2 O Nikkel katalizátor CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 Reformer folyamat O 2, CO 2 H 2 O, CO 2 Anód H 2 + CO 3 2- H 2 O + CO 2 + 2e - Olvasztott karbonát elektrolit mátrix Katód CO 2 + ½O 2 + 2e - CO 2-3 Mőködési hımérséklet: 650 ºC CO 3 2- Anód folyamat 2 e - Katód folyamat Füstgáz Forrás: MTU Fluel Cell System
HOT MODUL A VALÓSÁGBAN Rendszer demonstráció Ruhrgas / Dorsten 1997 Funkcionális Az elsı kísérleti mőködés telepítés bemutatás Városi erımő, Bielefeld 1999 first of it s kind 16.000 További óra telepítések futásidı Összhangban a felhasználói elvárásokkal Technológiai megújulás és fejlıdıképesség Forrás: MTU Fluel Cell System
REFORMEREK A VALÓSÁGBAN Üzemanyag módosító reformer Metanol - rack Forrás: MTU Fluel Cell System
RENDSZERINDÍTÁS FÖLDGÁZZAL, BAD-BERKA Load Profile Diagram from 10/01/03 to 03/05/04 300,00 250,00 Power [kw] and Stackvoltage [V] 200,00 150,00 100,00 Power-DC [M30253] Power-AC [M10146] 50,00 0,00 01.10.03 16.10.03 31.10.03 16.11.03 01.12.03 17.12.03 01.01.04 16.01.04 01.02.04 16.02.04 03.03.04 18.03.04 Time Forrás: MTU Fluel Cell System.
T-Systems Data Centre Forrás: MTU Fluel Cell System
A flexibilis tüzelıanyag-ellátás és az MCFC kapcsolata IPARI GÁZOK KÍSÉRİ GÁZ FÖLDGÁZ KİOLAJ- SZÁRMAZÉKOK SPECIFIKUS GÁZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK SPECIFIKUS REFORMEREK MCFC TECHNOLÓGIA ETANOL DEPÓNIAGÁZ PIROLITIKUS ÉGETÉS BIOGÁZ METANOL SZÉN BIOMASSZA
AZ MTU KUTATÁSI EREDMÉNYEINEK BEMUTATÁSA Az MCFC technológia és a flexibilis tüzelıanyag-ellátás kapcsolata: Földgáz: többszázezer üzemórás gyakorlati tapasztalat, 20 referenciahely Biogáz: laborkísérletek és 4 db referenciahely Biomassza pirolitikus égetése: tervtanulmány Depóniagáz: laborkísérletek, 2004. Bányagáz: tervtanulmány Szén pirolitikus égetése: laborkísérletek, 1994. Iparihulladék-gázok: tervtanulmány Metanol: laborkísérletek és 1 db referenciahely Etanol és egyéb alkoholszármazékok: laborkísérletek, 1996. LPG laborkísérletek: 1995. Gázolaj és benzin: tervtanulmány
A BIOGÁZ ÉS A VILLAMOS HATÁSFOK KAPCSOLATA Tüzelőanyag: CH 4 / CO 2 Forrás: MTU Fluel Cell System
RENDSZERINDÍTÁS BIOGÁZZAL HM 300-21 Ahlen: Sewage Gas Operation 250 100 Power Net Efficiency Net 90 200 80 70 Electrical Power (Net) [kw] 150 100 60 50 40 Net Efficiency [%] 30 50 20 10 0 0 02. Sep 03. Sep 04. Sep 05. Sep 06. Sep 07. Sep Forrás: MTU Fluel Cell System
RELATÍV EMISSZIÓS ÉRTÉKEK Emisszió mg/mj 120 100 80 NMHC NOx CO 60 40 20 0 Gázmotorok Mikroturbinák Gáz turbinák Tüzelıanyag-cellák Forrás: MTU Fluel Cell System
AZ MCFC TECHNOLÓGIÁVAL MŐKÖDİ KOGENERÁCIÓS RENDSZEREK ELİNYEI ÉS KORLÁTAI 1 AZ ELİNYÖK ÖSSZEFOGLALÁSA: PLATINAMENTES STACK - KONSTRUKCIÓ SZERKEZETI ANYAGOKAT NEM KÁROSÍTÓ MŐKÖDÉSI HİMÉRSÉKLET KIMAGASLÓ, 45-47 %-os VILLAMOS HATÁSFOK 40-100 %-ig TERJED A TELJESÍTMÉNYSZABÁLYOZÁS ÁTFOGÁSI TARTOMÁNYA, KÖZEL ÁLLANDÓ VILLAMOS HATÁSFOK MELLETT KÉNYSZERHŐTİ ALKALMAZÁSA NEM SZÜKSÉGES KIMAGASLÓ PRIMER ENERGIAMEGTAKARÍTÁSI LEHETİSÉGET HORDOZ
AZ MCFC TECHNOLÓGIÁVAL MŐKÖDİ KOGENERÁCIÓS RENDSZEREK ELİNYEI ÉS AZ ELİNYÖK ÖSSZEFOGLALÁSA: KORLÁTAI 2 MINIMÁLIS EMISSZIÓS TERHELÉS AZ EDDIG ALKALMAZOTT KOGENERÁCIÓS TECHNOLÓGIÁKHOZ KÉPEST MCFC ELİKEZELT FÖLDGÁZ ESETÉN: SO 2 = 0,01 ppm, NEM MÉRHETİ NO 2 = 1-2 ppm, A MÉRHETİSÉG HATÁRA CO = 9-10 ppm CO = 2 NAGYSÁGRENDILEG HARMADA A HAGYOMÁNYOS TÜZELÉSTECHNIKAI MÓDSZEREKHEZ KÉPEST MCFC KONDÍCIONÁLT ÉS TISZTÍTOTT BIOGÁZ ESETÉN: SO 2 = 0,01 ppm, NEM MÉRHETİ NO 2 = 1-2 ppm, A MÉRHETİSÉG HATÁRA CO = 9-10 ppm CO = 2 NAGYSÁGRENDILEG FELE A HAGYOMÁNYOS TÜZELÉSTECHNIKAI MÓDSZEREKHEZ KÉPEST, MIVEL A BIOGÁZ ÖNMAGÁBAN SZÉN-DIOXIDOT IS TARTALMAZ
AZ MCFC TECHNOLÓGIÁVAL MŐKÖDİ KOGENERÁCIÓS RENDSZEREK ELİNYEI ÉS KORLÁTAI 3 AZ ELİNYÖK ÖSSZEFOGLALÁSA: DECENTRALIZÁLT RENDSZEREK KIÉPÍTÉSÉRE IDEÁLIS ESZKÖZ ADOTT ALKALMAZÁSI KÖRÜLMÉNYEKHEZ ILLESZKEDİ PRIMER ENERGIAELLÁTÁST TESZ LEHETİVÉ RUGALMAS, KÖNNYEN KEZELHETİ HİHASZNOSÍTÁSI LEHETİSÉGET TEREMT ALACSONY ZAJSZINT MELLETT ÜZEMEL, ZAJCSILLAPÍTÓ BURKOLAT KIÉPÍTÉSE NEM SZÜKSÉGES ÜZEMELTETÉSI KÖLTSÉGE ALACSONY, GYAKORLATILAG A TÜZELİANYAG ÁRA AZ EDDIGI ÜZEMELTETÉSI TAPASZTALATOK SZERINT KARBANTARTÁST NEM IGÉNYEL
AZ MCFC TECHNOLÓGIÁVAL MŐKÖDİ KOGENERÁCIÓS RENDSZEREK ELİNYEI ÉS A KORLÁTOK ÖSSZEFOGLALÁSA: KORLÁTAI 4 A BEÉPÍTETT ÉS JELENLEG ÜZEMELİ BERENDEZÉSEK VILLAMOS TELJESÍTMÉNYÉNEK MEGOSZLÁSA: JAPÁN és KOREA: 8,25 MW KALIFORNIA: 9.00 MW USA EGYÉB TERÜLETEI: 4,50 MW EURÓPA: 4,25 MW A VILLAMOS EGYSÉGTELJESÍTMÉNY VÁRHATÓ FELSİ HATÁRA 20 MW JELENLEG A FAJLAGOS BERUHÁZÁSI KÖLTSÉG VISZONYLAG MAGAS A STACK VÁRHATÓ ÉLETTARTAMA 40.000 ÜZEMÓRA
MCFC - HIBRID RENDSZEREK TULAJDONSÁGAI NERNST EGYENLET ELEKTROKÉMIA, THERMODINAMIKA P = 200 2.000 kw η = 45 % MCFC STACK KONSTRUKCIÓ P = 100-200 MW η = 75 % ALACSONY NYOMÁS p < 0,5 bar MAGAS NYOMÁS 0,5 < p < 20 bar P = 300 40.000 kw η = 52-75 % MCFC HIBRID? GÁZTURBINA THERMODINAMIKA
MCFC - HIBRID RENDSZER FELÉPÍTÉSE TÜZELİANYAG ANÓD VÍZ KATALITIKUS ÉGETİ KATÓD BELSİ HİHASZNOSÍTÁS KIPUFOGÓ GÁZ EXPANDER GÁZTURBINA KOMPRESSZOR LEVEGİ LEVEGİ
RENDSZERTULAJDONSÁGOK Tüzelıanyag-cella tulajdonságai Egyszerő ciklus Hibrid rendszer intercoolerrrel és utóhevítıvel Hibrid rendszer egyfokozatú kompresszorral és expanderrel Cellafeszültség mv 826 817 826 817 817 817 Tüzelıanyag hasznosulás % 94 78 94 78 78 78 Tüzelıanyag-cella üzemi állapota DC villamos teljesítmény MW 22.27 22.03 22.27 17.62 17.62 17.62 AC villamos teljesítmény MW 21.75 21.52 21.49 17 17 17 Turbina üzemállapota Kompresszor teljesítménye MW 3.84 5.84 4.95 3.79 Expander teljesítménye MW 5.58 9.35 6.6 5.9 Nettó DC teljesítmény MW 1.73 3.51 1.65 2.11 Nettó AC kimenı teljesítmény MW 1.7 3.44 1.62 2.07 Egyéb veszteségek MW 0.26 0.26 0.03 0.03 0.03 0.03 Nettó AC kimenı teljesítmény 21.49 21.26 23.16 20.41 18.59 19.04 Villamos hatásfok 72% 58% 78% 71% 65% 66%
SZELLEMES RENDSZERINTEGRÁCIÓS LEHETİSÉGEK Biogáz hasznosítás MCFC alaptechnológiával + szuperkapacitás + napelem Intelligens gáznyomás-csökkentés MCFC alaptechnológia + gázturbina
A TÜZELİANYAG-CELLÁS RENDSZEREK FENNTARTHATÓ FEJLESZTÉSÉNEK VIZSGÁLATA A TÜZELİANYAG-ELLÁTÁS ÉS HASZNOSÍTÁS TÜKRÉBEN MŐSZAKI KÖRNYEZETVÉDELMI GAZDASÁGI TÁRSADALMI JOGI PÉNZÜGYI LOGISZTIKAI OKTATÁSI
KÖSZÖNÖM, HOGY MEGHALLGATTAK, VÁROM KÉRDÉSEIKET!