ZP Izdvojeno

STANDARDNI MIKRO-KOGENERACIJSKI UREĐAJI S GORIVNIM ČLANCIMA

Domina Cikatić Šanić

 |  stu. 11, 2016

Proračun mikro-kogeneracijskih uređaja varira u složenosti od jednostavnih tabličnih izračuna do opširnih softverskih aplikacija raznih ponuđača. Kod većine osnovnih modela pretpostavlja se da gorivni članak radi punom snagom određeni broj sati dnevno ili pokriva određeni profil opterećenja prema Tablici 3.

Tablica 3. : Ciljane vrijednosti energijskih brojeva izračunatih na neto korisnu površinu

                                                                                                                                                    E= Egr + EPTV + Eostalo

Većina dosadašnjih eksperimentalnih studija oslanjala se na dnevne, tjedne ili sezonske serije podataka o električnim i toplinskim zahtjevima kućanstava za energijom, simulirano ili mjereno na fiksnim intervalima. Ovakav tip podataka može se dobiti od svakog kućanstva tijekom jedne godine uz relativno jeftinu opremu . Na priloženoj slici prikazana je simulacija mikro- kogeneracijskog uređaja mCHP, (engl.micro Cogeneration Heat and Power) s gorivnim člancima (PEMFC, engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell) i pomoćnim plinskim kotlom tijekom jedne godine.

Takav uređaj zadovoljava potrebe kućanstva za električnom energijom od 3053 kWh i toplinskom energijom od 16 953 kWh, a za to potroši 34132 kWh prirodnog plina, ali pri tome proizvede i isporuči u mrežu (neto) višak od 2947 kWh električne energije. Ekvivalentni standardni uređaj s klasičnim plinskim kotlom i spremnikom PTV bi utrošio 20771 kWh prirodnog plina za zadovoljenje iste potrebe za toplinskom energijom, dok bi se 3053 kWh trebalo kupiti iz električne mreže. Iz navedenog se može zaključiti da bi kogeneracijski uređaj trošio 10% manje primarne energije, u ovom slučaju prirodnog plina, uz efikasnost pretvorbe prirodnog plina u električnu energiju od 38% (prema podacima godišnjeg energetskog pregleda za Hrvatsku u 2012.). Zanimljivo je primijetiti da uz prosječnu prodajnu cijenu prirodnog plina od 0,3952 kn/kWh (3,66 kn/m3) i prosječnu prodajnu cijenu el. energije od 0,83 kn/kWh (prema podacima Eurostat-a za Hrvatsku u 2012.), takav uređaj u Hrvatskoj ne bi bio ekonomičan. Kogeneracijski uređaj bi trošio 13 488 kn za prirodni plin, dok vraćanjem el. energije u mrežu ostvaruje uštedu od 2 446 kn, što čini ukupni godišnji trošak kogeneracije od 11 042 kn. Za rad klasičnog sustava potrebno je potrošiti 2 706 kn za kupnju el. energije, te 8 209 kn za prirodni plin, dakle ukupno 10 915 kn. Razlog ove neekonomičnosti leži u netržišno reguliranim cijenama električne energije i prirodnog plina u Hrvatskoj ( s omjerom cijena el. energije/ cijena plina od svega 2,1 ), ali i u relativno niskoj električnoj i ukupnoj efikasnosti analiziranog kogeneracijskog uređaja s gorivnim člancima od svega 24,5% odnosno 64%. Prema podacima proizvođača ovakvi uređaji mogu postići efikasnost višu od 30%, odnosno ukupnu i do 90%. U tom slučaju bi kogeneracijski uređaji i u Hrvatskoj mogli ostvarivati godišnje uštede od 1 985 kn (18%), odnosno 8 343 kWh primarne energije (28%).

Posljednjih godina desetak velikih tvrtki diljem Japana, Južne Koreje i Njemačke vrše intenzivna istraživanja mCHP sustava s membranskim gorivnim člancima (PEMFC) ili gorivnim člancima s krutim oksidom (SOFC) za domaćinstva s ciljem komercijalnog razvoja i plasmana na tržište. Od demonstracijskih mCHP sustava s PEMFC u Južnoj Koreji, SOFC sustava u Japanu i njemačkog Callux programa očekuje se detaljna tehnička i ekonomska analiza, usporedba dobivenih podataka s ENE-FARM projektima u svrhu produljenja trajnosti, smanjenja troškova i optimiziranja performansi kogeneracijskog sustava u svakodnevnom okruženju. 2014. godine japanski proizvođači su uveli prve automatizirane proizvodne linije kogeneracijskih uređaja, što se smatra dugo očekivanim prijelazom na masovnu proizvodnju. S više od 3000 mCHP uređaja instaliranih u japanskim domaćinstvima i očekivanim udvostručenjem godišnje prodaje, komercijalizacija gorivnih članaka je započela.

U Tablicama 1.i 2. nalaze se sažeti podaci o postojećim mCHP uređajima. Tvrtka BAXI je razvila mCHP uređaj nazivne snage 1 kWel /1.7 kWth s niskotemperaturnim gorivnim člancima LT-PEMFC ( Innotech GAMMA 1,0 ) , električne i ukupne učinkovitosti od 32 % i 83 % [1]. Korejska tvrtka ClearEdge Power razvila je 5 kWel kogeneracijski uređaj s niskotemperaturnim PEM gorivnim člancima koji ima ukupnu učinkovitost do 90% [2]. Tokyo Gas u suradnji s Panasonicom razvio je mCHP jedinicu s niskotemperaturnim PEM gorivnim člancima snage 0,75 kWel , električne učinkovitosti 40% , dok je ukupna učinkovitost 90% [3] . Hexis je razvio SOFC kogeneracijski sustav snage 1 kWel / 2 kWth Galileo ( 1000 N) , električne i ukupne učinkovitosti od 30 % i 90 % [4]. Neke druge tvrtke , poput Osaka gas – Kyocera , Ceres Power and Ceramic Fuel Cells su također u procesu razvoja mikro kogeneracijskih uređaja s gorivnim člancima s krutim oksidom SOFC (engl. Solid Oxid Fuel Cell) [5].

Tablica 1.: Pregled postojeće mCHP tehnologije: Status i sažetak izvedbe

Konkretno, Ceramic Fuel Cells razvija kogeneracijsku jedinicu sa SOFC (1,5 kWel/0.5 kWth) s visokom električnom učinkovitosti do 60 % [6]. Plug Power je razvio HT-PEMFC kogeneracijsku jedinicu snage 5 kWel, električne i ukupne učinkovitosti blizu 32 % i 90 %.

Tablica 2.: Gorivni članci u postojećim mCHP sustavima