大型商店可能會放棄電網(wǎng)而是使用天然氣燃料電池

文章來源:網(wǎng)絡(luò)碳交易網(wǎng)2023-01-30 11:11

像大型商店或醫(yī)院這樣的大型設(shè)施可以通過使用燃料電池來保持燈亮，燃料電池使用已經(jīng)流入大多數(shù)城市街道下方管道的天然氣。

設(shè)施可以使用天然氣動力的固體氧化物燃料電池，而不是從電網(wǎng)獲取電力，以降低電力成本，提高電力可靠性，減少溫室氣體排放，甚至可以通過將多余的燃料電池產(chǎn)生的電力輸回到電網(wǎng)。根據(jù)燃料電池期刊發(fā)表的成本效益分析，假設(shè)燃料電池壽命得到改善，生產(chǎn)足夠的系統(tǒng)以達到規(guī)模經(jīng)濟，這樣的能源未來是可能的。

如果取得這樣的進展，能源部太平洋西北實驗室的研究人員得出結(jié)論，天然氣固體氧化物燃料電池可以在滿足未來能源需求方面發(fā)揮重要作用。該技術(shù)有助于滿足未來十年全國需要的10%的電力增長。能源信息署(US Energy Information Administration)估計需要68千兆瓦的發(fā)電量。

PNNL的研究重點是分布式發(fā)電，燃料電池就位于它們供電的各個設(shè)施中。這與傳統(tǒng)的發(fā)電能源方法不同，大型發(fā)電廠通常遠離最終用戶。

固體氧化物燃料電池不是像內(nèi)燃機那樣燃燒燃料，而是電化學(xué)氧化它。每個電池由陶瓷材料制成，形成三層 - 陽極，陰極和固體電解質(zhì)，非常像電池。必須將多個電池組裝成燃料電池堆以實現(xiàn)所需的功率輸出。

固體氧化物燃料電池在將化石燃料轉(zhuǎn)化為電能方面具有固有的高效性，PNNL獨特的系統(tǒng)設(shè)計，包括陽極回收，蒸汽重整和加壓，使技術(shù)進一步發(fā)展。

“在燃料電池的陽極側(cè)，我們在蒸汽重整器中回收廢熱以從燃料中擠出更多的能量 - 與典型的固體氧化物燃料系統(tǒng)相比，化學(xué)能量增加約25%，”材料工程師Larry Chick說。在PNNL。“電池組在高壓下工作 - 大約相當于水下230英尺。這增加了功率密度，使電池組的尺寸縮小了約60%，顯著降低了燃料電池的總體成本。”

研究人員將他們的成本建模研究基于一個小型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)在PNNL設(shè)計，制造和測試，以及270千瓦的大型概念系統(tǒng)，足以為大型零售設(shè)施或輕工業(yè)提供動力。成本估算以2012美元表示。

該研究表明，對于相同的功率輸出，天然氣燃料電池的建造成本比集中式天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠少三分之一。

“我們故意保守，因為我們計算了建造和運營天然氣固體氧化物燃料電池和其他類型發(fā)電的成本，”PNNL經(jīng)濟學(xué)家Mark Weimar說。“例如，在將固體氧化物燃料電池與400兆瓦天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠進行比較時，我們認為較大的發(fā)電廠與較小的分布式發(fā)電燃料電池相比，天然氣的批發(fā)價格會更低，我們估計支付零售或幾乎是批發(fā)成本的兩倍。“

作者報告說，如果改善堆垛壽命并實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，天然氣固體氧化物燃料電池可以與天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠相比具有成本競爭力，預(yù)計這些發(fā)電廠的總發(fā)電成本為每千瓦時6.5美分。他們計算出天然氣燃料電池的總電費為每千瓦時8.2美分。

當研究人員考慮分布式發(fā)電的額外好處時，它將成本降低到每千瓦時5.3美分。這些益處源于這樣的事實：燃料電池不具有與發(fā)電廠經(jīng)歷的輸電和配電電力線相關(guān)的額外成本和功率損耗。

效率更高，排放更低

天然氣燃料電池的高效率意味著更少的溫室氣體排放。PNNL原型顯示出56%的電轉(zhuǎn)換效率，而傳統(tǒng)燃煤電廠為32%，天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠為53%。該研究表明，與現(xiàn)代天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠相比，天然氣燃料電池系統(tǒng)每千瓦時產(chǎn)生的二氧化碳減少15%。

另外，由于分布式發(fā)電天然氣燃料電池系統(tǒng)將安裝在現(xiàn)場，來自燃料電池的一些熱量可用于加熱水或內(nèi)部空間。如果只有20%的燃料電池熱量取代了使用電網(wǎng)供電，那么燃料電池系統(tǒng)的二氧化碳排放量將比連接電網(wǎng)的大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠少22%。

目前，燃料電池堆僅持續(xù)約兩年。隨著時間的推移，隨著燃料和氧氣不斷被泵入并在電池中的催化劑上運行，化學(xué)品開始降解并且系統(tǒng)開始磨損。該研究指出，燃料電池堆需要持續(xù)六到八年才能具有競爭力，并且在研究成本比較表中使用了15年的壽命。

通過進一步的研究，可以克服有限的堆棧壽命，“Chick說。”這是在集成系統(tǒng)上進行可靠性測試并使用先進的表征技術(shù)來確定什么會降低堆棧性能隨時間推移的問題。能源部的固體氧化物燃料電池計劃在過去十年中實現(xiàn)了有針對性的改進，因此事情朝著正確的方向發(fā)展。“

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