Palivočlánkové energetické jednotky FuelCell Energy využívající bioplyn: přes 20 MW po celém světě

15.1.2020 Na konci roku 2019 vstoupila do plně komerčního provozu 2,8megawattová kogenerační jednotka (viz foto) v americkém městě Tulare, instalovaná v místní čističce odpadních vod a využívající jako vstupní médium bioplyn. Pro jejího dodavatele, americkou společnost FuelCell Energy, je to příležitost k ohlédnutí za padesátiletým vývojem v oblasti stacionárních palivočlánkových technologií včetně možností využívání bioplynu jako ekologického, avšak poněkud problematického média, při jejich provozu.

Palivočlánkové jednotky typu MCFC

Palivočlánkové jednotky od FuelCell Energy řady SureSource (viz foto), využívané jako zdroj pro palivočlánkové elektrárny a kogenerační stanice, používají palivové články typu MCFC. Jejich elektrolytem jsou tavené uhlíkaté sloučeniny – tedy tavená směs uhlíkatých solí rozpuštěná v porézní, chemicky inertní keramické matrici. Protože jde o vysokoteplotní palivový článek, pracující při teplotách 600 °C a vyšších, není nutno u jeho elektrod používat jako katalyzátor vzácné kovy, což významně snižuje jeho pořizovací náklady.

Vstupním médiem je nejčastěji zemní plyn nebo právě bioplyn, jejichž energetickou složkou je již zmíněný metan. Z něho při endotermní reakci s vodní párou za vyšších teplot (tzv. reformováním) vzniká směs CO a vodíku, ze kterého se dále elektrochemickou reakcí vyrábí elektřina, podobně jako u palivových článků používajících jiné druhy elektrolytů. Energetická účinnost tohoto typu palivočlánkových energetických jednotek se pohybuje v rozmezí 43 – 47 %. Protože se zde elektřina vyrábí z plynu elektrochemickou cestou, nikoli spalováním v tepelných strojích (ať již jakýchkoliv), je takováto palivočlánková energetická jednotka prakticky bezemisní – kromě redukce skleníkových plynů neprodukuje téměř žádné oxidy síry, oxidy dusíku ani pevné částice.

Problémy bioplynu

Bioplyn je plyn produkovaný během anaerobní digesce organických materiálů. Anaerobní digescí rozumíme kontrolovanou mikrobiální přeměnu organických látek bez přístupu vzduchu za vzniku bioplynu a odpadního produktu – digestátu.

Bioplyn vzniká v čističkách odpadních vod, při chovu hospodářských zvířat nebo zpracováním potravinářského odpadu. Jako takový je bioplyn řazen mezi důležité obnovitelné zdroje, resp. nosiče energie.

Na rozdíl od zemního plynu je však bioplyn mnohem méně bohatý na metan, který je vlastním zdrojem energie – bioplyn obsahuje cca 60 % energie zemního plynu. Zároveň je plný kontaminantů. Bioplyn typicky obsahuje cca 65 % metanu a 35 % oxidu uhličitého. Kromě toho má příměs vodní páry a relativně významný podíl síry ve formě sirovodíku i dalších kontaminantů, zejména čpavku.

Produkce bioplynu v daném konkrétním zařízení navíc nemusí být vždy rovnoměrná a odpovídat aktuální potřebě vyrobené energie.

S těmito všemi problémy si musí poradit palivočlánková jednotka, má-li bioplyn efektivně využívat.

Využívání bioplynu v palivových článcích

Palivový článek typu MCFC si umí poradit s oxidem uhličitým díky elektrochemickému procesu, který zde probíhá. Je však třeba bioplyn na vstupu vysušit a zbavit síry. K tomuto účelu vyvinula FuelCell Energy vlastní přídavné systémy, které z bioplynu umějí odstranit síru a další kontaminanty a průběžně hlídají jeho kvalitu, zejména právě koncentraci síry. Takovýto systém je provozu mimo jiné ve zmíněném Tulare.

Problém nerovnoměrné výroby bioplynu řeší připojení ke zdroji zemního plynu spolu s konstrukcí palivočlánkové jednotky, která umožňuje pracovat na vstupu s jakýmkoli poměrem zemního plynu a bioplynu. Tato konstrukce je nyní standardem u všech jednotek od FuelCell Energy určených pro použití bioplynu.

Pro zajímavost: První takováto palivočlánková jednotka od FuelCell Energy o výkonu 250 kW byla instalována v roce 2003 v japonském pivovaru Kirin. Problém nerovnoměrné produkce bioplynu se zde řešil záložním zdrojem propanu.

Série úspěšných aplikací

Dnešní akciová společnost FuelCell Energy byla založena již v roce 1969 pod jménem Energy Research Corporation (ERC) – úvodní poznámka o padesátiletém vývoji tedy není omyl ani nadsázka. Jejími zakladateli byli tehdejší průkopníci palivočlánkových technologií, inženýři chemie Bernard Baker a Martin Klein.

Jak patrno, v oblasti využití bioplynu pro palivočlánkové technologie pak trvalo více než třicet let, než byla uvedena do provozu „první vlaštovka“ ve výše zmíněném Kirinu.

Od té doby instalovala společnost FuelCell Energy palivočlánkové systémy využívající bioplyn o úhrnném výkonu přesahujícím 20 MW. Jsou využívány v čističkách odpadních vod, zemědělských zařízeních a pivovarech v Kalifornii i jinde ve světě.

Nejnovějším takovýmto projektem bude 1,4MW jednotka pro čističku odpadních vod v kalifornském městě San Bernardino, která je nyní v přípravě.

redakce Smartcityvpraxi.cz

Foto © FuelCell Energy

Další informace zde

Přečtěte si také:

FuelCell Energy: submegawattové stacionární palivočlánkové zdroje na zemní plyn a bioplyn také pro evropský trh

31.7.2019 Americký výrobce stacionárních palivočlánkových jednotek FuelCell Energy není čtenářům našeho portálu jistě neznámý – zajímavosti z úspěšného provozu jeho palivočlánkových elektráren a kogeneračních jednotek průběžně sledujeme, viz například nedávné poznatky z palivočlánkové kogenerace v korejském Inčchonu. Až dosud se však tento výrobce zaměřoval především na americký a asijský trh. V červenci 2019 oznámil odborné veřejnosti, že své submegawattové palivočlánkové jednotky řady SureSource 250 a SureSource 400 o výkonech 250 a 400 kW opětovně nabídne také na evropském trhu.

Celý článek zde

20MW palivočlánková kogenerace v Inčchonu má za sebou úspěšný rok provozu

15.7.2019 V jihokorejském městě Inčchon (anglicky Incheon) – téměř třímiliónové metropoli, ležící nedaleko hlavního města Soulu, slouží již rok, tedy od konce června 2018, 20MW palivočlánková kogenerační jednotka pro výrobu elektřiny a tepla pro dálkové vytápění. První rok provozu považuje za velmi úspěšný jak její dodavatel, tak energetická společnost, jíž kogenerační jednotka patří.

Celý článek zde

Čistička odpadních vod v San Bernardinu bude používat palivočlánkovou kogenerační jednotku

6.5.2019 Dvousettisícové průmyslové a zemědělské kalifornské město San Bernardino, jinak též důležitý kalifornský dopravní uzel, je známé mimo jiné první restaurací McDonald’s. Toto město si v dubnu 2019 připsalo na své konto další zajímavost, tentokrát technickou a ekologickou. Podobně jako například americké město Tulare se rozhodlo zužitkovat bioplyn z čističky odpadních vod formou palivočlánkové kogenerace. Městská vodárenská společnost City of San Bernardino Municipal Water Department (SBMWD) za tím účelem zahájila energetický projekt využívající 1,4MW palivočlánkovou jednotku SureSource 1500™ od amerického výrobce FuelCell Energy.

Celý článek zde

FuelCell Energy uvedl do provozu energetickou jednotku s SOFC palivovými články

23.4.2019 Americký výrobce vodíkových a palivočlánkových technologií FuelCell Energy není čtenářům našich portálů neznámý. Průběžně sledujeme jeho projekty pro městskou energetiku a další veřejné služby, včetně například možnosti využití skládkového plynu pro bezemisní výrobu elektřiny a vodíku. Začátkem dubna 2019 uvedl tento výrobce do provozu v Pittsburghu v Pensylvánii nejmodernější stacionární palivočlánkovou jednotku pro výrobu elektřiny, využívající technologii pevných oxidů – SOFC.

Celý článek zde

Vychází brožura „Příběhy chytrých pomocníků“

18.3.2019 U příležitosti konference „Smart city v praxi IV“ na brněnském veletrhu AMPER 2019 vychází brožura „Příběhy chytrých pomocníků“, určená přednostně (ale nejen) účastníkům této konference. Tato příležitostná publikace našeho portálu Smartcityvpraxi.cz obsahuje patnáct čtivých příběhů o tom, jak moderní technologie v Česku a v cizině pomáhají řešit městům nebo obcím jejich každodenní problémy. Čtenář zde také nalezne rozhovor s Jakubem Slavíkem, konzultantem a odborným redaktorem brožury, o chytrých městech, chytrých pomocnících, partnerství měst a průmyslu i o marketingovém řízení.

Celý článek zde

Jak si „srovnat svoje smart noty“: nabízíme interaktivní školení smart city pro města, obce a regiony

Řada českých měst a obcí má v současné době zájem o postavení „smart city“ či „chytré obce“ a k tomuto postavení již často podniká konkrétní kroky. Problém je, že pojem smart city provází v ČR (ostatně i jinde ve světě) řada nedorozumění – od pojímání smart city jako pouhého „digitálního města“ po technické výstřelky typu „chytré“ lavičky. V této situaci se provozovatelé našeho portálu, firma Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services, rozhodli nabídnout městům, obcím a dalším institucím zainteresovaným na rozvoji „smart“ konceptu krátké interaktivní školení pro praktickou realizaci tohoto konceptu v jejich konkrétních podmínkách.

Celý článek zde

Smart city v praxi: první kniha českého autora o konceptu smart city a jeho zavádění v každodenním životě

Chytrým městem, obcí, či regionem, označovaným souhrnně pojmem „smart city“, rozumíme koncept strategického řízení, při němž jsou využívány moderní technologie z oblasti energetiky a služeb, mobility a informatiky pro ovlivňování kvality života ve městě, a následně k dosahování hospodářských a sociálních cílů. Nejde tedy o pouhé „digitální město“ nebo o nepromyšlené pořizování nákladných moderních technologií pro potřebu měst a regionů, jak je tento pojem někdy mylně interpretován. Zhruba stopadesátistránková barevná publikace Smart city v praxi s bohatým obrazovým doprovodem je přednostně určena jako praktická příručka těm, pro něž koncept smart city představuje každodenní práci řídících pracovníků a specialistů při vytváření strategie chytrého města a při jejím naplňování pomocí projektů moderních technologií.

Více o knize zde

Knihu je možné zakoupit v e-shopu vydavatelství Profi Press zde

Cyklus odborných konferencí „Smart city v praxi“ a „Elektrické autobusy pro město“

Konference „Elektrické autobusy pro město“ se již od svého prvního běhu v říjnu 2013 vyprofilovala jako zcela ojedinělá prezentační a vzdělávací akce i jako místo vzájemné výměny aktuálních zkušeností mezi profesionály z elektrické osobní dopravy. Díky svému zaměření na konkrétní téma, konkrétní prezentující a konkrétní publikum se tato konference stala prostředkem přímé komunikace mezi výrobci elektrobusů a trolejbusů (včetně jejich komponent a infrastruktury) a jejich provozovateli a uživateli. V neposlední řadě zde hrají důležitou roli i zástupci institucí, které rozhodují o financování této dopravy, nebo mají v tomto ohledu aktuální a spolehlivé informace. Konference „Smart city v praxi“ jsou zaměřeny především na ty zástupce měst a obcí a veřejných organizací, kteří se budou rozhodovat o volbě konkrétních řešení od konkrétního dodavatele pro definování a naplňování investičních projektů, jimiž je koncept smart city v daném městě realizován.

Pozvánky na tyto konference a zprávy z těchto a dalších konferencí naleznete v naší rubrice Konference zde

Consulting Services: Naše odborné služby

Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services je konzultační firma v oblasti inovativních technologií pro dopravu a smart city (včetně energetiky a vodíkových technologií), která rovněž provozuje informační portály www.smartcityvpraxi.cz a www.proelektrotechniky.cz a organizuje odborné akce. V rámci našich odborných služeb Vám nabízíme vypracování strategie smart city, spolupráci na vytváření strategických dokumentů, vytváření a realizace projektů pro smart city, další odborné konzultační služby (studie, průzkumy, analýzy), vytváření a realizace dalších projektů s inovativními technologiemi (automatická vozidla, vodíkové technologie, elektromobilita aj.), specializované vzdělávací akce „na klíč“, prezentační a autorské služby (prezentace na konferencích, portálech). Celý článek zde