Mikrosítě s palivovými články úspěšně fungují na různých místech USA

20.1.2020 Mikrosítí (anglicky microgrid) rozumíme rozvodnou elektroenergetickou síť omezenou na určitý počet zdrojů energie a míst její spotřeby. Mikrosíť tak vlastně představuje jakousi zmenšenou verzi veřejné energetické soustavy, zpravidla využívající obnovitelné zdroje energie nebo kogeneraci a vytvářenou na principu smart grid. Jejich častým a nanejvýš potřebným využitím je propojení kritické infrastruktury města (bezpečnostní a záchranné složky, zdravotnická zařízení apod.) v mikrosíti s nezávislým a zaručeně spolehlivým zdrojem energie pro případ výpadku veřejné energetické sítě.

Zajímavým řešením je mikrosíť využívající jako energetický zdroj palivový článek. V USA fungují mikrosítě s palivočlánkovými jednotkami od americké společnosti FuelCell Energy již od roku 2004. V lednu 2020 představil tento výrobce některé tyto své projekty v souvislosti s jejich úspěšným využíváním při výpadcích elektřiny v Kalifornii a na severovýchodě USA, způsobených povětrnostními vlivy nebo řízeným vypínáním částí energetické sítě kvůli nebezpečí požárů.

Palivočlánkové jednotky FuelCell Energy

Palivočlánkové jednotky od FuelCell Energy řady SureSource, 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, případně bioplyn, jejichž energetickou složkou je 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 %. Při současném využití odpadního tepla v kogeneraci pak celková energetická účinnost přesahuje 90 %. 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.

Příklady projektů mikrosítí s palivočlánkovými zdroji FuelCell Energy

První zárodek: záložní zdroj pro národní shromáždění Demokratické strany

Na počátku mikrosítí FuelCell Energy stála politická událost celoamerického významu v roce 2004: národní shromáždění Demokratické strany (Democratic National Convention). Tato ostře sledovaná akce potřebovala spolehlivý a přitom ekologický záložní zdroj energie pro potřeby médií (studia, kanceláře, vysílače). Vznikla tak dočasná mikrosíť používající 250kW palivočlánkovou jednotku umístěnou na silničním návěsu, fungující paralelně se záložními motorgenerátorovými zdroji. Řešení bylo na světě a dále se rozvíjelo.

Univerzita v Bridgeportu (viz obrázek)

Univerzita v Bridgeportu je soukromou vzdělávací institucí ve státě Connectitut. Má cca 5,5 tisíce studentů a 1250 stálých obyvatel univerzitního kampusu. Kogenerační jednotka s 1,4MW palivočlánkovým zdrojem dodává cca 80 % potřeby veškeré energie kampusu. Teplo z této jednotky dává teplou vodu studentským kolejím i plaveckému bazénu. Při výpadku elektřiny je mikrosíť automaticky odpojena od veřejné energetické sítě a zůstává připojena k palivočlánkové jednotce. Energií z ní vyrobenou tak zůstává dále zásobena policie, kampus, obecní zdravotnická služba, místní úřad a studentská obydlí. Kromě zajištění spolehlivé dodávky energie v kritických situacích šetří tato mikrosíť každoročně desítky a stovky tun škodlivých emisí.

Město Woodbridge

Od roku 2018 funguje palivočlánková mikrosíť v connecticutském městě Woodbridge. Palivočlánková jednotka o výkonu 2,2 MW umístěná ve střední škole Amity High School za normálních okolností dodává stálý výkon do distribuční sítě provozované společností United Illuminating. V případě výpadku této sítě lze jednoduchým přepnutím aktivovat mikrosíť využívající k tomu určené podzemní kabely a napájenou uvedenou palivočlánkovou jednotkou. Ta zásobuje elektřinou sedm důležitých městských institucí: hasičskou stanici, policejní stanici, dům seniorů, který zde rovněž slouží jako záchranná služba, městský úřad, úřad práce, veřejnou knihovnu a pochopitelně také školu, v níž je energetická jednotka umístěna.

Věznice Santa Rita

Věznice Santa Rita v kalifornském městě Dublin je se svojí kapacitou 4 tisíc lidí jedním z největších amerických nápravných zařízení. Také zde je žádoucí maximální odolnost energetického systému. 1,4MW palivočlánková jednotka v kombinaci s 2MW fotovoltaickým zdrojem a 4MWh lithium-iontovým bateriovým zásobníkem zajišťuje spolehlivou a zároveň ekologickou dodávku elektřiny za všech okolností. Vzniklé teplo z palivočlánkové jednotky kromě toho zásobuje místní topení.  

University of California v San Diegu  

Univerzita University of California v San Diegu má ukázkovou mikrosíť, která patří k nejpokrokovějším v celém světě. Tato vzdělávací instituce má 40 tisíc studentů v kampusu s více než 400 budovami rozkládajícím se na ploše přes 400 hektarů. Mikrosíť zahrnuje distribuované zdroje energie – parní a plynové turbíny, solární panely a také 2,8MW palivočlánkovou jednotku od FuelCell Energy. Kromě zásobování mikrosítě elektrickou energií zde odpadní teplo z palivočlánkové jednotky proudí do absorpčního chladiče, který dodává do kampusu chladnou vodu.

Další mikrosítě

Mezi další mikrosítě využívající jako zdroj palivočlánkové jednotky od FuelCell Energy patří například univerzita Central Connecticut State University nebo vysoká škola Trinity College v Hartfordu. Vlastní mikrosíť s palivočlánkovým zdrojem bude brzy mít i ponorková základna amerického námořnictva v Grotonu.

redakce Smartcityvpraxi.cz

Obrázek © FuelCell Energy

Další informace zde

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 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.

University of Bridgeport: mikrosíť s palivočlánkovým zdrojem úspěšně prošla zkušebním provozem

10.8.2017 Univerzita v americkém Bridgeportu, stát Connecticut, má již od roku 2014 instalovaný ve svém areálu palivočlánkový energetický zdroj. V červenci 2017 zaznamenala tato univerzita další důležitý milník v rozvoji svého inteligentního energetického hospodářství: Lokální mikrosíť, využívající tento palivočlánkový zdroj, byla úspěšně uvedena do provozu poté, co prokázala svoji schopnost fungovat v ostrovním režimu, nezávisle na veřejné distribuční síti. 1,4MW palivočlánková elektrárna, resp. kogenerační jednotka, od amerického dodavatele FuelCell Energy, umístěná v areálu univerzity, představuje téměř bezemisní a (na rozdíl od většiny obnovitelných zdrojů energie) naprosto předvídatelný zdroj energie.

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

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.

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