Autó
Sulaki - 2017-05-21
Az üzemanyagcellás technológiát mikro-gázturbinával kombinálja a Toyota
A világ leginnovatívabbnak és legzöldebbnek tartott autógyártója, a Toyota megkezdte a vállalat Motomachi üzemében (Toyota City, Aichi prefektúra, Japán) telepített nagynyomású kombinált energiafejlesztő rendszerének (a továbbiakban hibrid energiafejlesztő rendszer) tesztüzemét. A hibrid energiafejlesztő rendszer szilárd oxidos üzemanyagcella1 (továbbiakban üzemanyagcella) és mikro-gázturbinákat2 alkalmaz. A tesztüzemben belső energiafejlesztőként fogják hasznosítani a rendszert, hogy teszteljék és kiértékeljék hatásfokát, teljesítményét és tartósságát.
A hibrid energiafejlesztő rendszer a földgáz reformálása során kivont hidrogént és szén-monoxidot felhasználva üzemanyagcella technológiát és mikro-gázturbinát kombinálva valósítja meg a kétlépcsős energiafejlesztést; a rendszer névleges teljesítménye 250 kW. A berendezés kogenerációs rendszerű (kombinált hő- és energiatermelés), így képes hasznosítani az elektromos energia előállítása során keletkező hulladékhőt. A hibrid rendszer a kétfázisú energiafejlesztésnek köszönhetően magas energiatermelési hatásfokkal (55%)3 bír; a kogenerációs funkció pedig még tovább növeli az összesített hatásfokot (65%). Éppen ezért a Toyota olyan hatékony technológiaként pozícionálja a rendszert, amely hozzájárulhat a csekély környezeti terhelésű társadalom céljának megvalósításához. A készülékben megtermelt elektromos energiát és hulladékhőt a Motomachi üzem hasznosítja.
A frissen bevezetett hibrid energiafejlesztő rendszert az Új Energia és Ipari technológiai fejlesztési szervezet (New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO) által kezdeményezett „Hengeres szilárdoxid-üzemanyagcellából (SOFC) és mikro-gázturbinából (MGT) álló, nagynyomású hibrid energiafejlesztő rendszer sorozatgyártását célzó műszaki demonstrációs projekt"4 részeként valósították meg. A rendszer a Toyota, annak leányvállalata, a Toyota Turbine and Systems Inc., valamint a Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd. közös fejlesztésében jött létre.
A Toyota a jövőben folytatja a hidrogén technológia hatékony felhasználási módjainak fejlesztését és bevezetését célzó kezdeményezések támogatását, miközben folyamatosan ellenőrzi a hibrid energiafejlesztő rendszer bevezetése és demonstrációs működtetése során elért eredményeket. A 2015-ben meghirdetett Toyota környezetvédelmi kihívás 2050 program egyik fontos célkitűzése: a gyártólétesítmények zéró CO2-kibocsátást célzó kezdeményezések terén komoly előrelépést testesít meg a fejlesztés.
Különbségek az üzemanyagcellák között
1 A szilárd oxidos üzemanyagcellában ionvezető kerámia szolgál elektrolitként, ami 700 –1000°C közötti üzemi hőmérsékleteket tesz lehetővé.
2 Egy igen kisméretű, csekély teljesítményű gázturbina.
3 Az az elektromosenergia-mennyiség, amely a teljes megtermelt energiából az állomáson (az energiafejlesztő berendezések működtetésére) hasznosított energia felhasználása után fennmarad.
4 Az
A hibrid energiafejlesztő rendszer áttekintése
(1) A földgáz (CH4) üzemanyagcellában történő reformálása során hidrogén (H2) és szén-monoxid (CO) keletkezik.
(2) Az üzemanyagcellában a hidrogén, a szén-monoxid és a mikro-gázturbina által szállított, sűrített levegőben megtalálható oxigén (O2) kémiai reakcióba lép egymással.
(3) Az energiafejlesztés során fel nem használt üzemanyagot (H2 és CO) az energiafejlesztés során keletkező hővel és nagynyomású kipufogógázzal együtt a mikro-gázturbinához vezetik.
(4) A visszamaradt üzemanyagot a mikro-gázturbinában égetik el, ennek forgása során elektromos áram keletkezik.
(5) Az égési folyamat során keletkezett kipufogógázból visszanyerik a hulladékhőt.
A hibrid energiafejlesztő rendszer a földgáz reformálása során kivont hidrogént és szén-monoxidot felhasználva üzemanyagcella technológiát és mikro-gázturbinát kombinálva valósítja meg a kétlépcsős energiafejlesztést; a rendszer névleges teljesítménye 250 kW. A berendezés kogenerációs rendszerű (kombinált hő- és energiatermelés), így képes hasznosítani az elektromos energia előállítása során keletkező hulladékhőt. A hibrid rendszer a kétfázisú energiafejlesztésnek köszönhetően magas energiatermelési hatásfokkal (55%)3 bír; a kogenerációs funkció pedig még tovább növeli az összesített hatásfokot (65%). Éppen ezért a Toyota olyan hatékony technológiaként pozícionálja a rendszert, amely hozzájárulhat a csekély környezeti terhelésű társadalom céljának megvalósításához. A készülékben megtermelt elektromos energiát és hulladékhőt a Motomachi üzem hasznosítja.
A frissen bevezetett hibrid energiafejlesztő rendszert az Új Energia és Ipari technológiai fejlesztési szervezet (New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO) által kezdeményezett „Hengeres szilárdoxid-üzemanyagcellából (SOFC) és mikro-gázturbinából (MGT) álló, nagynyomású hibrid energiafejlesztő rendszer sorozatgyártását célzó műszaki demonstrációs projekt"4 részeként valósították meg. A rendszer a Toyota, annak leányvállalata, a Toyota Turbine and Systems Inc., valamint a Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd. közös fejlesztésében jött létre.
A Toyota a jövőben folytatja a hidrogén technológia hatékony felhasználási módjainak fejlesztését és bevezetését célzó kezdeményezések támogatását, miközben folyamatosan ellenőrzi a hibrid energiafejlesztő rendszer bevezetése és demonstrációs működtetése során elért eredményeket. A 2015-ben meghirdetett Toyota környezetvédelmi kihívás 2050 program egyik fontos célkitűzése: a gyártólétesítmények zéró CO2-kibocsátást célzó kezdeményezések terén komoly előrelépést testesít meg a fejlesztés.
Különbségek az üzemanyagcellák között
|
|
Szilárd oxidos üzemanyagcella |
Polimer elektrolit üzemanyagcella |
|
Üzemi hőmérsékletek |
Magas (700 – 1000°C) |
Alacsony (70 – 90°C) |
|
Alkalmazás |
A legkülönfélébb területeken, a kompakt méretektől (háztartási) a nagyszabású (ipari energiaellátás) rendszerekig. |
Kisebb léptékű felhasználásra (háztartási, gépkocsi) alkalmas |
|
Jellemzői |
Kiváló energiafejlesztési hatásfok Nincs szükség platina katalizátorra |
Alacsony üzemi hőmérséklet Könnyen indítható és leállítható |
1 A szilárd oxidos üzemanyagcellában ionvezető kerámia szolgál elektrolitként, ami 700 –1000°C közötti üzemi hőmérsékleteket tesz lehetővé.
2 Egy igen kisméretű, csekély teljesítményű gázturbina.
3 Az az elektromosenergia-mennyiség, amely a teljes megtermelt energiából az állomáson (az energiafejlesztő berendezések működtetésére) hasznosított energia felhasználása után fennmarad.
4 Az
SOFC
gyakorlati kereskedelmi és ipari felhasználására törekvő NEDO támogatta a témában folytatott kutatás-fejlesztési tevékenységeket, valamint az SOFC bevezetését.A hibrid energiafejlesztő rendszer áttekintése
(1) A földgáz (CH4) üzemanyagcellában történő reformálása során hidrogén (H2) és szén-monoxid (CO) keletkezik.
(2) Az üzemanyagcellában a hidrogén, a szén-monoxid és a mikro-gázturbina által szállított, sűrített levegőben megtalálható oxigén (O2) kémiai reakcióba lép egymással.
(3) Az energiafejlesztés során fel nem használt üzemanyagot (H2 és CO) az energiafejlesztés során keletkező hővel és nagynyomású kipufogógázzal együtt a mikro-gázturbinához vezetik.
(4) A visszamaradt üzemanyagot a mikro-gázturbinában égetik el, ennek forgása során elektromos áram keletkezik.
(5) Az égési folyamat során keletkezett kipufogógázból visszanyerik a hulladékhőt.
|
Teljes hatásfok: 65% |
|||||||
|
Energiafejlesztési hatásfok: 55% |
|||||||
|
Földgáz |
szilárd oxidos üzemanyagcella (SOFC) |
Energiafejlesztő egység |
Hulladék üzemanyag |
Mikro-gázturbina |
Kipufogógáz |
Hővisszanyerő bojler |
Kipufogógáz |
|
|
|
|
Hő, nagy nyomású kipufogógáz |
|
|
|
|
|
|
|
Üzemanyagcella köteg felépítése |
|
|
Mikro-gázturbina felépítése |
|
|
|
|
|
Oxigén |
|
|
Hulladék üzemanyag |
|
Égéstér |
|
Földgáz |
Reformálási folyamat |
Elektromos energia előállítása |
Hulladék üzemanyag |
|
Hő és nagy nyomású kipufogógáz |
|
|
|
Alapcső |
Üzemanyag elektróda (anód, NI/VSZ) |
Elektrolit (VSZ) |
Levegő elektróda (Katód, La, Sr Ca, Mn, O2) |
|
Külső levegő |
|
|
|
|
|
|
Hő és nagy nyomású kipufogá |
Elektromos energia termelése |
|
|
|
|
|
|
|
|
Generátor |
Kompresszor |
Gázturbina |
|
|
|
|
|
|
|
Regenerált hőcserélő |
|
Kipufogógáz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
