Projekt Energie

Workshop: Produkcja zielonego wodoru

Dziękujemy za udział w naszych warsztatach/szkoleniu online, które odbyło się 12. kwietnia 2021r. Wydarzenie spotkało się z dużym odzewem.

Zapraszamy serdecznie do udziału w naszych 2. warsztatach/szkoleniu poświęconemu technikom rekonwersji wodoru.

Geotermia petrotermalna, część 1

Głęboka energia geotermalna petrotermalna i Głębokie sondy geotermalne

Odzysk ciepła z petrotermalnej głębokiej energii geotermalnej za pomocą głębokich sond geotermalnych; Stober I., Bucher K.; Geothermie; 2 Auflage; Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg 2014

Ogólnie

Energia wewnętrzna ziemi, która jest magazynowana w postaci ciepła, jest określana jako energia geotermalna, energia geotermiczna lub geotermia. Oprócz energii fal, pływów i energii słonecznej, energia geotermalna jest pierwotnym źródłem energii odnawialnej. W związku z budową Ziemi większa część naszej planety ma temperaturę wyższą niż 1000 ° C. Temperatura w wewnętrznym stałym rdzeniu wynosi ponad 5000 ° C (głębokość do ponad 6000 km), a w zewnętrznym płynnym rdzeniu ponad 2900 ° C (głębokość 2900-5000 km). W dolnym płaszczu temperatura wynosi 1400-3000 ° C (głębokość 1000-2900 km) i tylko w górnym płaszczu spada od punktu poniżej 1000 ° C (głębokość 40-1000 km). Ten gradient temperatury względem głębokości powoduje ciągły przepływ ciepła w kierunku powierzchni ziemi o średniej mocy 0,065 W/m2. Energia geotermalna to wykorzystanie ciepła w obszarze skorupy ziemskiej (0-40 km). Tam temperatura wzrasta o ok. 3 K na 100 m głębokości. Ponieważ średnia temperatura powierzchni ziemi wynosi ok. 14 ° C, istnieją różne możliwości wytwarzania ciepła i wykorzystania energii geotermalnej, w zależności od głębokości. /1/

W zależności od głębokości wiercenia można rozróżnić energię geotermalną przypowierzchniową i głęboką. Pierwsza kategoria to głębokości do 400 mi temperatury gruntu do 20 ° C. Ciepło jest pozyskiwane za pomocą sond gruntowych lub kolektorów gruntowych, studni wód gruntowych lub pomp ciepła i jest wykorzystywane wyłącznie do celów ogrzewania lub chłodzenia (patrz profil dotyczący pomp ciepła). Z drugiej strony w przypadku głębokiej energii geotermalnej konieczne są głębsze odwierty, aby wykorzystać temperatury w zakresie od 50 ° C (głębokość >1000 m) do ponad 200 ° C (głębokość >6000 m). W ten sposób energia geotermalna może być nawet wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie termodynamicznego procesu wytwarzania ciepła. /1/

Zaproszenie - Workshop: Produkcja zielonego wodoru

12. kwietnia 2021r. odbędzie się pierwszy workshop online na temat „Produkcji zielonego wodoru, Produkcji wodoru za pomocą elektrolizy”.

Brandenburska i saksońska część Łużyc należą do „regionów energetycznych” w Niemczech, które są najbardziej dotknięte zmianami strukturalnymi wynikającymi z wycofywania wykorzystania węgla. W związku z tym została uchwalona federalna ustawa o wzmocnieniu strukturalnym, która otwiera nowe możliwości dla dotkniętych regionów i której celem jest skuteczne towarzyszenie tej zmianie.

Wodór, produkowany z odnawialnych źródeł energii, będzie miał w przyszłości szczególnie wysoki priorytet w procesie przekształcania energetyki. W ramach Narodowej Strategii Wodoru dla Niemiec rząd federalny stworzył ramy dla przyszłego wytwarzania, transportu, wykorzystania wodoru, a tym samym dla odpowiednich innowacji i inwestycji. Dzięki nowej strategii rząd federalny chce nie tylko przyczynić się do osiągnięcia celów klimatycznych i dalszego rozwoju międzynarodowej współpracy w zakresie polityki energetycznej, ale także tworzyć nowe łańcuchy wartości. W związku z tym wodór ma również potencjał, aby stać się jednym z najważniejszych liderów zmian strukturalnych na Łużycach. Obecnie pojawiło się wiele nowych pomysłów dla Łużyc. Gminy i przedsiębiorstwa pracują nad określonymi projektami związanymi z tematyką wodoru w zakresie mobilności, zastosowań materiałowych i zaopatrzenia w ciepło. Waserstoffnetzwerk Lausitz „Durchatmen” chciałby udzielić poprzez planowany workshop, którego tematem przewodnim jest wodor, konkretnego wsparcia podmiotom/instytucjom z regionu Łużyc.

Miejsce wydarzenia:
Bezpłatny workshop online przy użyciu aplikacji Zoom.
Po zarejestrowaniu się prześlemy Państwu e-mailem przed workshopem LINK do spotkania.
 
Rejestracja:
Osoby zainteresowane prosimy o rejestrację pod poniższym linkiem: https://eveeno.com/600795212
Udział w wydarzeniu jest bezpłatny.

Serdecznie zapraszamy.

Elektrownie słoneczne, część 2: elektrownie wieżowe, paraboloidalne (Dish-Stirling) i updraft

Elektrownie Updraft: instalacja testowa w Hiszpanii; http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2002/th2002_05_03.pdf

Słoneczna elektrownia wieżowa

Elektrownie słoneczne oparte na zasadzie wieży składają się z setek do kilku tysięcy reflektorów, zwanych heliostatami. Heliostaty są ustawione w taki sposób, że padające bezpośrednie promieniowanie słoneczne skupia się na wierzchołku wieży zbudowanej w polu heliostatu (patrz Rysunek 3). Wieża solarna jest zbudowana ze zbrojonego betonu lub jako konstrukcja z siatki stalowej, a jej wysokość wynosi 60-100 m dla systemów testowych i do 160 m dla elektrowni w sektorze komercyjnym. Ponieważ jest to koncepcja koncentracji punktowej, wymagany jest wysoki poziom precyzji, aby skoncentrować odbite promieniowanie ze wszystkich heliostatów na tym samym obszarze. W tym celu wszystkie lustra są wyposażone w dwuosiowy system śledzenia, który jest sterowany komputerowo. Absorber zamontowany na wieży zapewnia ogrzewanie nośnika ciepła (pary wodnej, powietrza lub ciekłej soli). W przypadku stosowania powietrza lub stopionej soli ciepło jest przenoszone do czynnika roboczego cyklu parowego poprzez wymiennik ciepła lub parownik.

Elektrownie słoneczne, część 1: rynnowe paraboliczne i Fresnela

Przykład parabolicznej rynnowej elektrowni słonecznej, Reppich, M; Reich, G; Regenerative Energietechnik: Überblick über ausgewählte Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung

Ogólnie

Proces solarno-termiczny obejmuje wszystkie aspekty termicznego wykorzystania promieniowania słonecznego. Zakres zastosowań rozciąga się od prostej maty absorbera wykonanej z tworzywa sztucznego do dostarczania ciepła do basenu, podgrzewania wody pitnej lub wspomagania ogrzewania, po duże elektrownie słoneczne o mocy rzędu megawatów. Dla każdego z tych zastosowań wymagany jest inny poziom temperatury. Szczególnie systemy słoneczne do podgrzewania wody pitnej stały się bardzo rozpowszechnione w ostatnich kilku dekadach i stanowią obecnie część standardu technicznego przedsiębiorstw grzewczych i hydraulicznych. Udział w rynku systemów wspomagających ogrzewanie słoneczne wynosi obecnie 30 - 40%. W samych Niemczech w ciągu ostatnich kilku lat co roku instalowano średnio około 1,5 mln m2 nowych powierzchni kolektora. Po latach stagnacji budowa słonecznych elektrowni cieplnych do wytwarzania energii elektrycznej również zyskuje na znaczeniu ze względu na politykę badawczą krajów europejskich i staje się coraz bardziej interesująca ekonomicznie ze względu na rosnące ceny paliw kopalnych i energii elektrycznej.

Akumulator wysokotemperaturowy i Redox-Flow

Akumulator Redox Flow (akumulator przepływowy), http://newenergyandfuel.com/

Akumulator wysokotemperaturowy

Działalność badawcza dotycząca baterii o zerowej emisji
Zero Emissions Battery Research Activity ZEBRA

  • Elektrody ciekłe, elektrolit stały (T >  270 ° C)
  • Elektroda dodatnia: chlorek niklu
  • Elektroda ujemna: sód
  • Akumulator sodowo-siarkowy

Specyfikacja techniczna

  • Rozmiar systemu: skalowalny
  • Gęstość mocy: 150 W / kg
  • Gęstość energii: 100-120 Wh / kg (teoretyczny: 780 Wh / kg) lub 400-480 Wh / l
  • Długość życia:> 10 - 15 lat (> 10,000 cykli)
  • Samorozładowanie: nie (przy T = const.)
  • Inwestycja: 300 - € 500 / kWh
  • Wydajność: 70 - 80%
  • Zakres temperatury: 300 - 400 ° C
  • Napięcie nominalne: 2.6V

 

Magazynowanie elektrochemiczne: Akumulator na bazie niklu i litowo-jonowy

Przykładowa elektrownia akumulatorowa, Schwerin, źródło: n-tv

Akumulator na bazie niklu

Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowywania

  • Elektrolit: wodorotlenek potasu
  • Reakcja rozładowania na anodzie z wodorku metalu (MH) (0,83 V)
  • Reakcja rozładowania w reakcji wyładowania anody w postaci wodorków metali (MH) (0,83 V)
  • Reakcja rozładowania na katodzie-NiOOH (+0,49 V)
  • Całkowite napięcie obwodu otwartego: 1,23 V.

Specyfikacja techniczna

  • Rozmiar systemu: skalowalny
  • Gęstość mocy: 200 - 700 W / kg
  • Gęstość energii: 25 - 80 Wh / kg and 50-170 Wh / l
  • Długość życia: 10 lat (2,000 cykli)
  • Samorozładowanie: ~ 15-20% / miesiąc
  • Inwestycja: 400 - € 650 / kWh
  • Wydajność: 80 – 90%
  • Zakres temperatury: - 40 - 50 ° C
  • Napięcie nominalne: ~ 1.2V

Magazynowanie elektrochemiczne: Akumulator kwasowo-ołowiowy

Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowania, http://www.chemie-am-auto.de/img/content/energiespeicher/Folie_Energiespeicher.jpg

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

  • Najstarszy typ akumulatora (1859)
  • Niski stosunek energii do masy, energii do objętości, ale zdolność do dostarczania dużych prądów udarowych (krótki impuls dużej mocy)
  • Niska cena
Komponenty:
 
Płytki wewnętrzne dodatnie i ujemne wykonane z ołowiu
Separatory płytowe wykonane z porowatego tworzywa sztucznego
Elektrolit, rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego i wody (kwas akumulatorowy)
 
Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowywania
  • Typowa elektroliza: rozcieńczony kwas siarkowy (stosunek woda:kwas 3:1)
  • Płyta dodatnia PbO2 (tlenek ołowiu)
  • Płyta ujemna Pb

Magazynowanie elektrochemiczne Akumulatory

Podstawowa struktura, źródło: http://www.iflscience.com/ (zdjęcie: 1/2)

Akumulator

  • Akumulatory - urządzenia do magazynowania energii elektrycznej w postaci energii chemicznej
  • Różne typy z różnymi materiałami
  • Napięcie ogniwa akumulatora zależy od materiałów
  • Pojemność i prąd zależą od rozmiaru
  • W przypadku wyższych napięć wymagane są obwody szeregowe (np. klasyczny akumulator samochodowy z ogniwami wtórnymi 6 x 2 V = 12 V)

Jak działa bateria?

  • Ogniwo galwaniczne - ogniwo elektrochemiczne, które wytwarza energię elektryczną w wyniku ruchów elektronów z jednego elementu do drugiego
  • Zmiany w stopniach utlenienia (wskaźnik utraty elektronów w związku chemicznym)
  • Utlenianie (traci elektrony) i Redukcja (zyskuje elektrony)
  • Jon lub cząsteczka, która przyjmuje elektrony, nazywana jest środkiem utleniającym (przyjmując elektrony powoduje utlenianie drugiego)
  • To, co przekazuje elektrony, nazywa się środkiem redukującym

Magazynowanie elektryczne i elektrochemiczne Wprowadzenie

Magazyn zoptymalizowany pod kątem sieci, źródło: IRENA (2015) Battery Storage Report

Elektryczne systemy magazynowania

  • Akumulatory (baterie) à technologia magazynuje energię chemicznie
  • Autonomiczne dostawy
  • Aplikacje przenośne: komputer, telefon komórkowy, zegarek, aparat (ulubiony akumulator litowo-jonowy do przenośnych urządzeń elektronicznych)
  • Aplikacje mobilne: wózki widłowe, statki kosmiczne, samochody, ...
  • Sektor energetyczny
  • Baterie mogą znajdować się w punkcie zapotrzebowania lub na poziomie sieci

Aplikacje:

  • Gospodarstwa domowe (z PV)
  • Szybko reagujące zasoby (zmienne bilansowanie energii odnawialnej)
  • Elektryfikacja poza siecią / terenami wiejskimi / wyspami

Wodór_Przegląd Nr. 6/20

www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Ogólne

f-cell zakończona pomyślnie
Przez dwa dni przedstawiciele branży wodorowej i ogniw paliwowych z całego świata spotykali się na specjalistycznej imprezie pod koniec września. Niektórzy mogli być obecni w House of Economy w Stuttgarcie, inni łączyli się cyfrowo na całym świecie.

Uczestnicy mogli śledzić f-cell na miejscu w Stuttgarcie w House of Economy albo przed komputerem. Ponad 650 uczestników zarejestrowało się na f-cell podczas dwóch dni imprezy 29 i 30 września. (Komunikat prasowy agencji Petera Saubera z 1 października 2020r.)

 

Światowa konferencja z domu
Międzynarodowa konferencja na temat wodoru z udziałem ponad 11 000 uczestników, a następnie połączona z wystawą z udziałem 77 wystawców, byłaby sama w sobie niezwykłym wydarzeniem. Według naszych informacji fakt, że to wszystko wydarzyło się w sieci, był światową premierą. Konferencja Hydrogen Online Conference, która odbyła się 8 i 9 października, była jak dotąd największym projektem Mission Hydrogen, który powstał 1 marca br. Program trwał od 6:00 8 października (czasu niemieckiego) 24 godziny na dobę do 6:00 rano 9 października. Wykłady wygłosiło 30 prelegentów, a także liczne osobistości z przemysłu, polityki i nauki.

Więcej informacji znajdą Państwo pod linkiem: www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Magazyny elektrochemicznec część 2, baterie niklowe

Schemat akumulatora niklowo-kadmowego, www.baterie.eko.org.pl

Baterie niklowo-żelazowe:

  • Wynalezione przez Jungera i Edisona na początku XX. wieku.
  • Elektroda dodatnia – wodorotlenek niklu, elektroda ujemna – żelazo.
  • Elektrolit – roztwór wodorotlenku potasu.
  • Reakcja - 2NiOOH.H₂O + Fe ↔ 2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂
  • Masa czynna wykonana jest w postaci stalowych ramek utrzymującej kieszonki z dziurkowanej blachy.
  • Bardzo odporna bateria na przeładowania i zwarcia.
  • Bardzo duża żywotność baterii (cykliczna i kalendarzowa).
  • W przeciwieństwie do akumulatorów ołowiowych baterie te mają niższe napięcie znamionowe 1,3V.
  • Batteria ta może być stosowana w bardzo niskich temperaturach ze względu na stabilną koncentrację elektrolitu.
  • Bateria ta miała posiadać lepsze właściwości (wyższą gęstość energii i żywotność) w porównaniu do wcześniejszych baterii ołowiowych.

Magazyny elektrochemicznec część 1, akumulator kwasowo-ołowiowy

Schemat akumulatora kwasowo-ołowiowego, www.chemgapedia.de (zdjęcie: 1/3)
  • Akumulator ten został wynaleziony we Francji w roku1859 (Gaston Plante).
  • Seryjna produkcja na skalę przemysłową rozpoczęła się pod koniec 19. wieku (Henri Tudor 1887).
  • Akumulator ten można wielokrotnie ładować.
  • Pierwszy akumulator, który w praktyce służył jako magazyn energii.
  • Akumulator kwasowo-ołowiowy cechuje się niską gęstością enegii zarówno w jednostce masy jak i objętości. Potrafi jednakże dostarczać bardzo duże wartości natężenia prądu elektrycznego, co oznacza, iż akumulator ten ma znaczną wartość gęstości mocy.
  • Właściwości te wraz z niskim kosztem zakupu powodują, że akumulatory kwasowo-ołowiowe są atrakcyjne przede wszystkim w branży samochodowej jako akumulator rozruchowy silników.

Perspektywy badań i rozwoju technologii magazynowania

Ważne kryteria rozwoju magazynów według DLR

Istnieje duże zapotrzebowanie i potencjał w rozwoju technologii magazynowania. Poziomy dojrzałości poszczególnych ścieżek technologicznych są bardzo różne. Dobrze opracowana technologia jest dostępna na przykład w elektrowniach szczytowo-pompowych, akumulatorach kwasowo-ołowiowych, magazynach ciepła i metanu.
Poniżej przedstawiono mocne i słabe strony poszczególnych technologii (ograniczone do obszaru przechowywania termicznego i mechanicznego).

 

Wymagania dotyczące nowoczesnych magazynów energii

Wymagania dotyczące magazynowania energii w przyszłości zostały podsumowane przez DLR, ośrodek badawczy Republiki Federalnej Niemiec ds. Przemysłu lotniczego, jak pokazano poniżej. W przeglądzie wartym uwagi jest wymóg wysokiej gęstości energii w opracowywanych systemach magazynowania.

 

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 3

1. Technologie magazynowania energii

Porównanie różnych objętościowych gęstości energii

Przegląd i porównanie

Technologie magazynowania energii charakteryzują się dużą różnorodnością. Jako kryterium porównawcze można zastosować bardzo różne kryteria (właściwości techniczne, funkcja, zastosowanie, czas użytkowania, miejsce użytkowania itp.)

Decydującymi parametrami dla praktycznego zastosowania i ekonomiczności są:
• koszty inwestycyjne,
• wydajność,
• gęstości energii,
• liczba cykli.

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 2

Widok od wewnątrz magazynu baterii, Feldheim

Rozróżnia się następujące możliwości magazynowania energii:


Klasyfikacja:

  1.  Energia elektryczna, elektrostatyczna lub elektromagnetyczna
  2.  Energia chemiczna (również energia wiążąca)
  3.  Energia mechaniczna (także energia potencjalna i kinetyczna)
  4.  Energia cieplna (również energia kaloryczna lub ogrzewanie i chłodzenie)

Te cztery formy energii można podzielić na dalsze podgrupy. Magazynowanie energii mechanicznej można dalej podzielić na magazynowanie w formie energii potencjalnej (np. elektrownia szczytowo-pompowa) jak również energii kinetycznej (np. koło zamachowe).

Mechaniczne systemy magazynowania wykorzystują fakt, że gazowe, ciekłe lub stałe medium ma określoną energię ze względu na swoje położenie (energia potencjalna), prędkość (energia kinetyczna) lub stan termodynamiczny (ciśnienie). Są to głównie magazyny wtórne. Obejmują one przykładowo magazynowanie sprężonego powietrza, koła zamachowe i sprężyny.

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 1

Stanowisko badawcze baterii, BTU Cottbus-Senftenberg (zdjęcie: 1/2)

1.       Definicja magazynów

Magazyny to urządzenia i systemy służące do składowania i przechowywania towarów. Służą czasowej równowadze podaży/wytwarzania i konsumpcji. Nośnikiem energii jest medium, które jest w stanie zmagazynować energię. Energia lub elektryczność to dobro, które można przechowywać. Magazynowanie energii obejmuje trzy fazy:

1. Przechowywanie/ładowanie;
2. Magazynowanie;
3. Rozładowanie/rozładunek.

Trzy fazy można zintegrować w jednym kroku lub wdrożyć indywidualnie. Zostanie to wyjaśnione na przykładzie przechowywania mechanicznego. W magazynie szczytowo-pompowym system składowania składa się z wanny górnej, przepompowni i wanny dolnej. Pojemność magazynowania (energia potencjalna) zależy od ilości wody i różnicy wysokości między zbiornikiem górnym i dolnym. Przechowywanie energii następuje przy pomocy pompy, która pompuje wodę z basenu dolnego do zbiornika górnego. Zmagazynowana energia jest wtedy dostępna i w razie potrzeby może zostać ponownie przekształcona w energię elektryczną za pomocą turbiny i generatora.

Techniczny opis parametrów baterii

(zdjęcie: 1/2)
  1. Napięcie - elektryczne napięcie pojedynczego ogniwa elektrochemicznego tj. różnica potencjału elektryczenego pomiędzy elektrodami ogniwa. Jednostką napięcia jest Wolt.
  2. Pojemność - ilość ładunków elektrycznych jakie mogą zostać zmagazynowane w baterii. Pojemność baterii jest uzależniona od wielu czynników np. temperatury, natężenia prądu rozładowania itd. Pojemność baterii jest podawana w Ah (ampero/godzinach) lub C (Kulombach). Pojemność baterii może być rozumiana następująco. Jeśli bateria posiada pojemność 100 Ah może przepływać przez nią prąd o natężeniu 1A przez 100 godzin aż do momentu w którym bateria zostanie całkowicie rozładowana. Względnie prąd o natężeniu 100 A, lecz tylko przez 1 godzinę. Tutaj jednakże należy zwrócić uwagę na zależność wartości pojemności baterii od natężenia prądu rozładowania. Im wolniej (mniejszym pobieranym prądem) bateria jest roładowywana tym pojemność będzie większa i odwrotnie. Zależność pojemności od temperatury przedstawia się w ten sposób, że wraz ze wzrostem temperatury jej pojemność rośnie.
  3. Energia - jest wynikiem iloczynu napięcia baterii i jej pojemności. Jednostką jest Ws (Wattosekunda).

Konkurs projektów : „Wodorowa Republika Niemiec”

Natychmiastowa inicjatywa Federalnego Ministerstwa Edukacji i Badań w celu wdrożenia krajowej strategii rządu federalnego w zakresie wodoru.

Oczekuje się propozycji projektów dotyczących wysoce innowacyjnych rozwiązań kluczowych zagadnień związanych z ekologicznym wodorem w całym łańcuchu wartości (wytwarzanie, przechowywanie, transport i wykorzystanie, w tym rekonwersja). W szczególności należy wziąć pod uwagę kwestie badań materiałowych, a także możliwych kluczowych technologii następnej i kolejnej generacji. Ponadto badania systemowe dotyczące integracji zielonego wodoru w systemie energetycznym (np. symulacje, analizy techniczno-ekonomiczne, oceny ścieżek) jako wkład w monitorowanie/dalszy rozwój strategii wodorowej kwalifikują się do finansowania [źródło: Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań, niem. Bundesministerium für Bildung und Forschung].

Więcej Informacji znajdą Państwo na stronie: https://www.ptj.de/projektfoerderung/anwendungsorientierte-grundlagenforschung-energie/ideenwettbewerb-gruener-wasserstoff

Określenie wpływu ciśnienia i temperatury na charakterystykę gęstości prądu i napięcia ogniwa instalacji elektrolizera alkaicznego - część 2

Charakterystyka gęstości prądu-napięcia dla różnych ciśnień w 50 ° C; U. Fischer, LS Kraftwerkstechnik BTU C-S

Pomiary

Rejestrowanie charakterystyk napięcia ogniwa gęstości prądu przeprowadzono dla określonych serii testowych (zobacz w plikach do pobrania).

W tym celu różne gęstości prądu ustawiono indywidualnie dla każdej pary ciśnienie-temperatura przy stałym obiegu elektrolitu. Napięcie ogniwa rejestrowano bezpośrednio na stosie. Wartość napięcia ogniwa uśredniona dla 22 ogniw stosuje się w następujących rozważaniach. Serie testowe przeprowadzono bez zewnętrznego chłodzenia lub ogrzewania, aby utrzymać możliwie najniższy rozkład temperatury między wlotem i wylotem stosu. Temperaturę regulowano tylko przez zmianę gęstości prądu. Dane wyjściowe stosu wodoru były punktem odniesienia dla pomiarów temperatury.

Określenie wpływu ciśnienia i temperatury na charakterystykę gęstości prądu i napięcia ogniwa instalacji elektrolizera alkaicznego - część 1

U. Fischer, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg

Wprowadzenie

W ramach przeprowadzonych badań w Centrum Badawczym Wodoru i Magazynowania na BTU w Cottbus przebadano wpływ różnych konfiguracji parametrów na charakterystykę gęstości prądu i napięcia ogniwa instalacji elektrolizera alkaicznego. Jako obiekt badawczy posłużył elektrolizer ciśnieniowy 150 kW znajdujący się na BTU, którego gęstość prądu wynosi 4,59 kA/m2 przy nominalnym natężeniu prądu 2000 A i nominalnej produkcji wodoru 20 Nm3/h. Elektrolizer składa się z 24 ogniw połączonych elektrycznie szeregowo, a jako elektrolit zastosowany był 28% roztwór wodorotlenku potasu.

 

Badania w celu optymalizacji procesu elektrolizy ciśnieniowej na stanowisku badawczym pojedyńczej komórki 25 bar

U. Fischer, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg

Integracja w istniejącą infrastrukturę

  • Integracja w istniejącą infrastrukturę wentylacyjną
  • Doprowadzenie oddzielnych instalacji wyprowadzających wytworzony wodór i tlen
  • Samowystarczalna stacja uzdatniania wody w pomieszczeniu EZV (stanowisko badawcze pojedyńczej komórki)
    • Rozbudowa infrastruktury rurociągowej do podłączenia świeżej wody
  • Integracja z istniejącą koncepcją bezpieczeństwa budynku i prototypem elektrolizy ciśnieniowej
  • Opracowanie odpowiedniej koncepcji bezpieczeństwa dla stanowiska badawczego
    • Komunikacja między sterownią - EZV
  • Oddzielne zasilanie azotem w pomieszczeniu EZV
  • Integracja z istniejącą koncepcją ochrony odgromowej budynku i magazynu H2

Superkondensatory

Źródło: www.elektroniknet.de

Superkondensatory wykorzystują elektrochemiczne reakcje („prąd Faradaya” i „warstwy Helmholza”) na powierzchni elektrod. W superkondensatorach zwanych również ultrakondensatorami, elektrody (okładziny) wykonane są z porowatego węgla aktywnego. Węgle aktywne cechują się wysoce rozwiniętą powierzchnią właściwą przez co elektrody wykonane z tego materiału mają również dużą powierzchnię. Ponadto posiadają specjalne właściwości chemicznie przez co nieodwracalne reakcje, jakie to normalnie zachodzą w bateriach pomiędzy elektrodami a przewodzącym jony elektrolitem, nie zachodzą. Innym aspektem, który zosługuje na szczególną uwage, jest fakt, iż superkondnesatory nazywa się również kondensatorami o podwójnej warstwie elektrycznej. Nazwa ta odzwierciedla specyficzną budowę superkondensatorów (rysunek 1).

Nadprzewodzące pojemniki energii SMES

Źródło: EnergieAgentur.NRW

Wprowadzenie
Jeśli przyłożymy napięcie do cewki zostaje wytworzone w niej pole magnetyczne przez prąd elektryczny, który to przpływa przez nią. Z chwilą wytworzenia się pola magnetycznego przeciwdziała ono napięciu cewki. Zjawisko to nazywane jest prawem Lenza (rysunek 1). Tak długo jak długo istnieje napięcie wykonywana jest praca. Ta praca jest magazynowa w postaci energii pola magnetycznego. Jeśli chcemy zatrzymać tę energię, natężenie prądu elektrycznego musi zostać utrzymane na swoim poziomie. W normalnych przewodnikach, które to zawsze mają jakąś rezystywność, oznacza to, iż aby pokryć straty z tym związane, musimy dalej dostarczać energię. Jednakże w nadprzwodnikach, gdzie rezystywość jest równa zeru, natężenie prądu elektrycznego jest stałe po przerwaniu zasilania. Ten efekt może być wykorzystany w urządzeniach do magazynownia energii. Odbiór zmagazynowanej energii odbywa się w bardzo prosty sposób poprzez połączenie z odbiornikiem.

Badanie lokalizacji dla „Power to Gas“ (PTG) w Brandenburgii

Konkretna motywacja dla tematu:

  • rozwiązanie konfliktu obszarowego pomiędzy wytwarzaniem a zastosowaniem OZE w „restrukturyzacji w sektorze cieplnym“
  • Instalacje PTG razem z procesem metanizacji umożliwiają:
  • łączenie sieci elektrycznych i gazowych dla transportu większych mocy z OZE do obszarów gęsto zaludnionych
  • zastosowanie metanu z OZE w kontekście „restrukturyzacji w sektorze cieplnym“ bez ograniczeń, tzn. brak ograniczeń mieszania jak w przypadku wodoru i brak regulacji dot. zastosowania gazu na rynku ciepłownictwa, ponieważ właściwości spalania metanu z OZE i gazu ziemnego są prawie identyczne
  • sprawdzenie, czy instalacje PTG jako element łączący sieci elektryczne i gazowe mogą być korzystniejsze cenowo niż przebudowa infrastruktury elektrycznej
  • Kontakt z Agencją Federalną ds. Sieci w określonym celu „refinansowanie instalacji PTG jako środków rozbudowy sieci w sieciach gazowych“ dla transportu większych mocy z OZE do obszarów gęsto zaludnionych

Kondensator jako magazyn energii

Stanowisko badawcze baterii na BTU w Cottbus

Kondenstor stanowi układ dwóch lub więcej materiałów przewodzących, fizycznie oddzielonych od siebie cieńką warstwą materiału izolacyjnego (dielektryka). Pomiędzy przewodnikami (okładzinami kondensatora) znajduje się pole elektrostatyczne, które jest wynikiem przestrzenej separacji ładunków elektrycznych o tej samej wartości (w przypadku kondensatora niespolaryzowanego), lecz o różnych znakach tzn. na jednej okładzinie zgromadzone są ładunki dodatnie (q+), a na drugiej ładunki ujemne (q-). Zgromadzenie się ładunków elektrycznych na okładzinach następuje po uprzenim przyłożeniu do nich napięcia elekrycznego, po którego to odłączeniu zostaje zmagazynowana energia w postaci wyżej wymienionego pola elekrycznego.

Symulacja rentowności produkcji wodoru

Wprowadzenie

Oprócz praktycznych badań nad alkaliczną instalacją elektrolizera w Centrum Badawczym H2 na BTU Cottbus-Senftenberg są prowadzone również analizy ekonomiczne rozwiązań wykorzystujących technologię elektrolizy w połączeniu z fluktuacyjną dostawą energii wiatrowej. Celem tych analiz jest opracowanie ekonomicznie zoptymalizowanej pracy systemu, składającego się z farmy wiatrowej, alkalicznego elektrolizera ciśnieniowego, zbiornika H2. Uwzględnia on również ponowną zamianę H2 w energię elektryczną. Zostało tutaj zaprojektowane narzędzie oceny ekonomiczności, które przedstawia różne warianty w połączeniu z różnymi parametrami z dokładnością co do godziny.

Punktem wyjścia rozważań są dane aktualne i dane opierające sie na 24-h prognozie energii wiatrowej dla lokalizacji Cottbus i Prenzlau. Przy pomocy tych danych można rozważyć różne tryby pracy systemu. Można tutaj przejść na tryb pracy „prognoza” i „produkcja H2“. Pierwszy rozpatrywany tryb pracy „prognoza” ukierunkowany jest na poprawę dokładności prognozy i jej wygenerowanych dodatkowych kosztów. Następnie przeanalizowany został tryb pracy „produkcja H2“ ze względu na decentralną produkcję wodoru i koszty.

Aspekty bezpieczeństwa technologii wodorowej

Instalacja elektrolizera ciśnieniowego, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg (zdjęcie: 1/2)

Prędkość spalania, prędkość detonacji i energia wybuchu

Prędkość spalania jest podstawowym parametrem określającym stan bezpieczeństwa. Wskazuje ona postęp laminarnego frontu płomienia w stosunku do niespalonej mieszanki gazowej. Im wyższa jest prędkość spalania, tym prawdopodobniejsze jest, że może dojść do przejścia deflagracji (zwykłego spalania) w detonację, nawet przy wystarczająco dużych odległościach. Wodór ma wysoką prędkość spalania. Dodatkowo jego silna zależność od temperatury powoduje przyśpieszenie przekształcania się frontów laminarnych w turbuletne wodorowe płomienie.

Wzrost ciśnienia spowodowany deflagracją, a zwłaszcza detonacją, stanowi jedno z najważniejszych potencjalnych zagrożeń związanych z gazami paliwowymi. W zamkniętych pojemnikach kształt ma kluczowe znaczenie. Jeśli maksymalny wzrost ciśnienia z powodu deflagracji stechiometrycznych mieszanek paliwowo-gazowych w powietrzu w pojemnikach sześciennych i sferycznych jest nadal w stosunku 8: 1, to w przypadku pojemników o wydłużonym kształcie, np. rurociąg, należy spodziewać się znacznie wyższego ciśnienia.

Instalacja elektrolizera i zasady jej działania

Uproszczony schemat instalacji, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg

Instalacja elektrolizera składa się z modułu elektrolizy, z dwóch separatorów gazu wraz z integrowanym systemem zaopatrzenia w wodę dla celów procesu i chłodniczą, z instalacji oczyszczania wodoru, jak również z wstępnego etapu demineralizacji wody (medium). W dalszej kolejności można jeszcze wyróżnić systemy zaopatrzenia: stację elektrolitu, system chłodzenia oraz instalacje doprowadzające azot i powietrze. Zasilanie zapewnione poprzez transformator i prostownik. Poniższy rysunek przedstawia schemat instalacji elektrolizera.

Instalacja elektrolizy zasilana jest przez transformator prądu trójfazowego. W zależności od potrzeby moc wyjściową można regulować w sposób ciągły od 0 do 150% mocy znamionowej (0..3000 A).

Moduł elektrolizy jest obudowany kapsułą. Wbudowany stos w kapsule znajduje się pod ciśnieniem i otoczony jest zdemineralizowaną wodą. Zarówno ciśnienie w stosie, jak i ciśnienie w otaczającej wodzie jest prawie identyczne ze względu na wybrane wcześniej odpowiednie sterowanie tym procesem. Umożliwia to utworzenie prostego układu stosu komórek, zgodnie ze sprawdzoną już zasadą prasy filtracyjnej atmosferycznego elektrolizera i obniża tym samym koszty stosu w porównaniu z zastosowaniem stosu komórek pod ciśnieniem, ale bez użycia kapsuły. Poza tym podwyższa się faktyczne bezpieczeństwo elektrolizera. To prowadzi do zrezygnowania ze strefy ochronnej i obniża tym samym koszty komopnentów pomocniczych.

 
Instalacja elektrolizera ciśnieniowego, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg
Zbiornik H2, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg
Instalacja elektrolizera ciśnieniowego, Lehrstuhl Kraftwerkstechnik BTU Cottbus-Senftenberg