Can anyone translate please ...Institutionen för Värme- och Kraftteknik Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet STATUSRAPPORT ÅR 2000: Teknik, Mognad, Ekonomi för SOFC och Hybrid SOFC/GT System
Författare: Jens Pålsson och Azra Selimovic
Bakgrund
Denna rapport lägges fram för att kort beskriva utvecklingsläget för SOFC och
kombinerade SOFC/GT system ur ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv som det ser
ut i slutet av år 2000. Även en jämförelse med konkurrerande teknik görs såsom
gasturbiner och gasmotorer, men även förnybar energi. Rapporten är ett av de sista
momenten i projektet B98-01 "Studier av fastoxidbränslecell och dess integrering i en
gasturbinprocess". Projektet är en del av det nationella högskoleprogrammet för
stationära bränsleceller och har finansierats med 100% av Statens Energimyndigheten.
Rapporten har skrivits av Jens Pålsson och Azra Selimovic.
2.5 Global Thermoelectric Inc.
Global Thermoelectric Inc. är ett företag beläget i Calgary i Kanada som levererar
elektriska värmare. De utvecklar även lågtemperatur-SOFC (600-750 °C) för portabla,
transport och husapplikationer. Tidigare har ett atmosfäriskt testsystem i kW klassen
tagits i drift med naturgas som bränsle. Systemet består av tre huvuddelar; SOFC stack,
integrerad modul (efterbrännkammare, värmeväxlare, bränslekonvertering) och
lågtemperaturvärmeväxlare. I modulen äger indirekt intern reformering rum.
I avlägsna områden ser de en användning av bränsleceller som katodskydd för minskning
av korrosion av olje- och naturgaspipelines (storlek 1 kW) och till bl.a.
telekommunikationsinstallationer (storlek 50 kW). Bränsleceller avser man även kunna
leverera el och värme till enskilda hem och där går nu företaget in tillsammans med
Enbridge, som är Kanadas största distributionsföretag av naturgas.
Cellerna är av anodbärande typ med ett tunt elektrolytskikt (5-10 µm) av 8YSZ och
interconnect av rostfritt stål, och tillverkas genom bandgjutning och filmtryckning. En
effekttäthet på 720 mW/cm2 uppmättes vid 700 °C (fuktig vätgas). Celldimensioner av
10x13 cm, 10x10 cm och 5x5 cm har testats. Tekniken bygger på Siemens nedlagda plana
celldesign men egna förbättringar har gjorts. Just nu byggs en produktionsanläggning upp
med en kapacitet av 10 MW per år. Degradering av spänningen är uppmätt till ca. 2.2%
per 1000 h men efter 5000 h drift endast 0.53% per 1000 h.
Stacken utnyttjar metallisk interconnect och en speciell tätning som tillåter snabb
uppvärmning och avkylning och god termisk matchning mellan cell och interconnect.
För SOFC system används naturgas som bränsle och företaget har utvecklat
bränslekonverteringsteknik (partiell oxidation och reformering) som är termiskt
integrerad med stacken. Den första demonstrationen utnyttjar ångreformering för att nå
högre verkningsgrad och erhålla jämnare sammansättning på gasen.
Mellan april och juni år 2000 testades ett system i kW klassen under 1150 h. Fyra
substackar innehållande 15 celler användes. Uppstarten tog ca. 10 h och effekten som
nåddes var 1.35 kW vid 20.9 V och 65 A. Verkningsgraden var 30% (LHV) vid en
arbetstemperatur av 720 C, men 45% verkningsgrad eftersträvas. Nya demonstrationer
planeras i storleksordningen 3 till 5 kW. Finansiering är säkrad för en tid framåt.
2.7 Jülich Forschungszentrum
Sedan 1995 har planformade SOFC av tvärströmstyp utvecklats vid Jülich
Forschungszentrum i Tyskland. Syftet med utvecklingen har varit att genom användning
av anod som bärande komponent i cellen minska arbetstemperatur till mindre än 800°C.
På så sätt kan ett tunnare elektrolyt tillåtas och därmed kompenseras förluster p.g.a.
övergång till den lägre arbetstemperaturen. Anoden består av två skikt, ett som har en
bärande funktion och ett som är elektrokemiskt aktivt. Olika specialutvecklade
tillverkningsmetoder används för framställning av de olika cellkomponenterna.
Interconnector och tätningarna görs av ferritiskt stål respektive sammansatt glas [9].
Optimal cellprestanda uppnås med celler med aktivt anodskikt av 5 µm. Med befuktad
vätgas som bränsle, en arbetstemperatur av 950°C och en cellspänning av 0.7 V blir
strömtätheten 1.1 A/cm2 och effekttätheten 0.77 W/cm2. När arbetstemperaturen sänks
till 750°C och med samma cellspäning minskar strömtätheten till 0.3 A/cm2 och
effekttätheten blir 0.22 W/cm2. Jülich har gjort experiment med små cellstackar
innehållande 2 celler med avsikt att fastställa inverkan av olika arbetsförhållande på
degradering av cellstack. En del av cellerna hade degradering av mindre än 1%/1000 h då
de arbetade under 800°C med befuktad vätgas som bränsle. Den andra delen av
cellstacken hade degradering av 2.4-9% per 1000 timmar under samma arbetsförhållande.
I början av 1998 inleddes tester med två stackar bestående av 5 celler, i ett laboratorium
vid Global Thermoelectric i Calgary, Kanada. Båda stackarna uppnådde en strömtäthet
av 300 mA/cm2 vid 750°C och en cellspänning av 0.7 V/cell. Effekttätheten var 0.27
W/cm2. P.g.a. problem med läckage avbröts experiment i förtid. Jülich kommer att
fortsätta att inrikta sig mot tre huvudområden [7]:
* Utveckling av material och framställningsprocesser med tyngdpunkt på användning
av tunnare elektrolyt och interconnect och bandgjutning av anodsubstrat.
* Ett flertal cell och stacktester med analys av cellkomponenter efter drift, för att
undersöka grad av mekanisk och kemisk interaktion mellan komponenterna.
* Det visade sig att LSM4 pasta som användes för bättre termisk matchning av katod
och interconnect gav försämring av katodens katalytiska verkan. Det upptäcktes
också lokal bildning av ett metalloxidskikt mellan interconnect och katodmaterial,
som är känd för att leda till försämring av katodfunktionen.
elforsk.se
including costs, efficiency, and pollutant tables comparing micro-turbines, internal combustion engines, and solid oxide fuel cells, with solid oxide scoring the best marks quite handily. |
