Editar este párrafo Situación del desarrollo internacional
Pilas de combustible
Los países desarrollados han considerado el desarrollo de pilas de combustible a gran escala como un proyecto de investigación clave, y el negocio La comunidad también ha criticado el desarrollo de pilas de combustible a gran escala. Está involucrado en la investigación y el desarrollo de la tecnología de pilas de combustible y ha logrado muchos resultados importantes. Las pilas de combustible pronto reemplazarán a los generadores tradicionales y los motores de combustión interna y se utilizarán ampliamente en la generación de energía. y automóviles. Vale la pena señalar que este nuevo e importante método de generación de energía puede reducir en gran medida la contaminación del aire y resolver los problemas del suministro de energía y la regulación de los picos de la red eléctrica. Han entrado en producción comercial conjuntos completos de equipos de generación de energía con pilas de combustible de 2 MW, 4,5 MW y 11 MW. Se han construido plantas de energía de pila de combustible de todos los niveles en algunos países desarrollados, una tras otra. El desarrollo y la innovación de las pilas de combustible serán como el avance tecnológico del motor de combustión interna hace cien años, que reemplazó a la mano de obra y provocó la revolución industrial. También será como la revolución informática cuando la invención y popularización de las computadoras reemplazaron a la mano de obra. cálculo, dibujo y procesamiento de textos También será como la revolución de la información cuando el desarrollo de las comunicaciones en red cambió los hábitos de vida de las personas. El potencial de las pilas de combustible con alta eficiencia, ausencia de contaminación, corto período de construcción, fácil mantenimiento y bajo costo desencadenará una revolución verde de nueva energía y protección ambiental en el siglo XXI. Hoy en día, en América del Norte, Japón y Europa, la generación de energía con pilas de combustible está entrando rápidamente en la etapa de aplicación a escala industrial con un impulso de recuperación, y se convertirá en el método de generación de energía de cuarta generación en el siglo XXI después de la energía térmica, la energía hidroeléctrica, y la energía nuclear. El rápido desarrollo de la tecnología de pilas de combustible en el extranjero debe atraer nuestra atención suficiente. Ahora se ha convertido en un tema al que las industrias energéticas y energéticas deben enfrentarse. Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC)
Afectado por la crisis mundial del petróleo en 1973 y la investigación y el desarrollo de PAFC en los Estados Unidos, Japón decidió desarrollar varios tipos de pilas de combustible a gran escala. -Escala de tecnología de generación de energía de ahorro de energía desarrollada por la nueva industria energética Organización de Desarrollo Tecnológico (NEDO) para el desarrollo. Desde 1981, se han llevado a cabo investigaciones y desarrollo de equipos de generación de energía PAFC in situ de 1000 kW. En 1986, se llevó a cabo el desarrollo de un dispositivo de generación de energía in situ de 200 kW para que fuera adecuado para dispositivos de generación de energía PAFC en áreas remotas o para uso comercial. Fuji Electric Co., Ltd. es actualmente el mayor proveedor de baterías PAFC de Japón. Hasta 1992, la empresa había suministrado 17 juegos de dispositivos de demostración PAFC en el país y en el extranjero. Fuji Electric completó el estudio de funcionamiento del equipo distribuido de 5 MW en marzo de 1997. Se han puesto en uso como equipos de campo un total de 88 tipos de equipos de 50kW, 100kW y 500kW. La siguiente tabla muestra el estado de funcionamiento de las unidades de generación de energía entregadas por Fuji Electric Company. En 1998, algunas de ellas habían superado su vida útil prevista de 40.000 horas. Toshiba Corporation comenzó a desarrollar celdas de combustible distribuidas a fines de la década de 1970 y luego serializó máquinas de 11 MW y máquinas de 200 kW para suministros de energía distribuida. El generador de 11 MW es el equipo de generación de energía de pila de combustible más grande del mundo. Fue construido en la central térmica Goi de Tokyo Electric Power Company en 1989. Después de una generación de energía exitosa a principios de marzo de 1991, se realizaron pruebas de campo durante más de 5 años hasta mayo de 1996. y el tiempo de funcionamiento acumulado superó las 20.000 horas, logrando una eficiencia de generación de energía de 43,6 en condiciones operativas nominales. En el campo de las pequeñas pilas de combustible in situ, Toshiba e IFC Corporation de los Estados Unidos establecieron ONSI en 1990 para comercializar pilas de combustible in situ y luego comenzaron a vender la serie "PC25" de equipos in situ de 200 kW en todo el mundo. Las pilas de combustible de la serie PC25 han estado en funcionamiento desde finales de 1991 y, en abril de 1998, la empresa había vendido 174 unidades en el mundo. Entre ellas, una unidad instalada en una empresa de Estados Unidos y la unidad número 2 de Osaka Gas Company instalada en Umeda Center, Osaka, Japón, han acumulado horas de funcionamiento de más de 40.000 horas. Desde la perspectiva de la vida útil y la confiabilidad de las pilas de combustible, el objetivo a largo plazo de las pilas de combustible es un tiempo de funcionamiento acumulado de 40.000 horas. Toshiba ONSI ha completado el desarrollo de la máquina comercial oficial PC25C y ya la ha lanzado al mercado. El modelo PC25C ganó el Premio de Industria y Comercio de Japón como pionero de la nueva energía en el siglo XXI. A partir de la comercialización de pilas de combustible, estos equipos han sido evaluados como altamente avanzados, confiables y amigables con el medio ambiente.
Su costo de fabricación es de $3000/kW. El costo del equipo comercial tipo PC25D que se lanzará en un futuro próximo se reducirá a $1500/kW. El volumen es 1/4 más pequeño que el del tipo PC25C y el peso es de solo 14 toneladas. El año que viene, en 2001, China inaugurará la primera central eléctrica de pila de combustible PC25C, financiada principalmente por el MITI de Japón (NEDO). Esta será la primera central eléctrica de pila de combustible de mi país. Como celda de combustible de temperatura media-baja (temperatura de funcionamiento 180-210 °C), PAFC no solo tiene las características de alta eficiencia de generación de energía, limpieza y ausencia de ruido, sino que también puede recuperar la mayor parte del calor en forma de agua caliente. La siguiente tabla muestra los principales indicadores técnicos del avanzado ONSI PC25C tipo 200kWPAFC. PAFC se desarrolló originalmente para controlar el equilibrio energético de picos y valles de las centrales eléctricas, pero más recientemente se ha centrado en un sistema de energía centralizado in situ que proporciona electricidad y calor a apartamentos, centros comerciales, hospitales, hoteles, etc. El PAFC se utiliza en centrales eléctricas en dos situaciones: centrales descentralizadas, con capacidad entre 10-20MW, instaladas en centrales eléctricas tipo central, con capacidad superior a 100MW, que pueden utilizarse como centrales eléctricas de potencia media. centrales térmicas a escala. En comparación con las plantas de energía ordinarias, las plantas de energía PAFC tienen las siguientes ventajas: incluso cuando la carga de generación de energía es relativamente baja, aún mantienen una alta eficiencia de generación de energía debido a la estructura modular, la instalación en el sitio es simple y ahorra tiempo; La ampliación de la capacidad de la central eléctrica es sencilla. Pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) La famosa compañía canadiense Ballard es líder mundial en tecnología PEMFC. Sus campos de aplicación abarcan desde el transporte hasta las centrales eléctricas estacionarias. Se considera que su filial Ballard Generation System desarrolla, produce y comercializa productos sin emisiones. Membranas de intercambio de protones. Líder mundial en pilas de combustible. El producto inicial del Sistema de Generación Ballard es una central eléctrica de pila de combustible de 250 kW. Su componente básico es la pila de combustible Ballard, que utiliza hidrógeno (obtenido del metanol, gas natural o petróleo) y oxígeno (obtenido del aire) para generar electricidad sin quemarse. . Ballard está trabajando con muchas de las empresas líderes del mundo para comercializar BallardFuelCell. Ballard Fuel Cell se ha utilizado en plantas de energía estacionarias: Ballard Generation System, GPU International Inc., Alstom SA y EBARA formaron conjuntamente Ballard Generation System para desarrollar conjuntamente plantas de energía de pilas de combustible por debajo del nivel de kilovatios. Después de cinco años de desarrollo, la primera central eléctrica de 250 kW generó electricidad con éxito en agosto de 1997 y fue enviada a IndianaCinergy en septiembre de 1999. Después de pruebas y evaluaciones cuidadosas, se mejoró el rendimiento del diseño y se redujo el costo, lo que llevó a la segunda El nacimiento de esta central eléctrica se instaló en Berlín, con una potencia de salida de 250kW, y además fue la primera prueba en Europa. Pronto también se instaló en Suiza la tercera central eléctrica de 250 kW de Ballard para realizar pruebas de campo en septiembre de 2000, seguida de la cuarta central eléctrica de pila de combustible instalada en la empresa japonesa NTT a través de su socio EBARA Ballard en octubre de 2000. Se abrieron mercados en Asia. Las pruebas en diferentes regiones facilitarán significativamente la comercialización de centrales eléctricas de pilas de combustible. La primera central eléctrica comercial estará disponible a finales de 2001. La siguiente imagen muestra el dispositivo de pila de combustible Ballard instalado en Cinergy en Estados Unidos y que actualmente se está probando. La imagen muestra la central eléctrica de pila de combustible PEMFC de 250 kW instalada en Berlín: PlugPower es la mayor empresa de desarrollo de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones en Estados Unidos. Su objetivo es desarrollar y fabricar sistemas de pilas de combustible económicos adecuados para uso residencial y automovilístico. En 1997, el módulo PlugPower fue el primero en convertir con éxito gasolina en electricidad. Recientemente, PlugPower ha desarrollado su producto patentado, el sistema de suministro de energía distribuida residencial PlugPower7000. Los productos comerciales se lanzaron a principios de 2001.
La introducción de pilas de combustible domésticas planteará desafíos a las centrales nucleares y a las centrales eléctricas alimentadas por gas. Para promover este producto, PlugPower y GEMicroGen establecieron una empresa conjunta en febrero de 1999. El producto pasó a llamarse GEHomeGen7000 y GEMicroGen fue responsable de la gestión global. promoción. Este producto proporcionará 7kW de potencia continua. GE/Plug anunció que su precio de venta a principios de 2001 sería de 1.500 dólares/kW. Predicen que en cinco años, el precio de las pilas de combustible producidas en masa caerá a 500 dólares el kW. Suponiendo que 200.000 hogares instalen cada uno un dispositivo de generación de energía de pila de combustible de 7 kW, el total será cercano a la capacidad de una unidad de energía nuclear. Este sistema de generación de energía distribuida se puede utilizar para suministrar energía máxima, y el diseño del sistema descentralizado aumenta la potencia incluso. Si se producen algunas averías, todo el sistema de generación de energía aún puede funcionar con normalidad. Liderados por Ballard, muchos fabricantes de automóviles han participado en el desarrollo de vehículos de pila de combustible, como: Chrysler, Ford, GM, Honda, Nissan y Volkswagen AG y Volvo; muchas de las pilas de combustible que utilizan son producidas por Ballard. Al mismo tiempo, también han invertido mucho dinero en el desarrollo de pilas de combustible. Chrysler recientemente inyectó 450 millones de dólares canadienses en Ballard para desarrollar vehículos con pilas de combustible, lo que ha promovido en gran medida el desarrollo de PEMFC. En 1997, Toyota produjo un automóvil deportivo RAV4 con un reformador de metanol. Proporcionó 50 kW de energía a partir de una celda de combustible de 25 kW y una celda seca auxiliar. Podía alcanzar una velocidad máxima de 125 km/h y una autonomía de hasta 500 km. En la actualidad, todas estas grandes empresas automovilísticas tienen planes de desarrollo de pilas de combustible. Aunque el momento para la comercialización de vehículos de pila de combustible aún no ha llegado, varias empresas han fijado plazos para iniciar la producción en masa y Daimler-Benz anunció que comenzará la producción en masa. 2004. La capacidad de producción anual es de 40.000 vehículos de pila de combustible. Por tanto, en los próximos diez años, es muy probable que haya 100.000 vehículos de pila de combustible. PEMFC es un nuevo tipo de pila de combustible muy prometedora. Después de casi 20 años de desarrollo desde principios de la década de 1980 hasta la actualidad, las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones han experimentado cambios trascendentales. Este cambio se puede observar en la evolución de su electrodo de membrana. El electrodo de membrana es el corazón electroquímico de PEMFC. Precisamente gracias a sus cambios, PEMFC es tan vibrante como lo es hoy. Los primeros electrodos de membrana se fabricaban mezclando directamente negro de platino con partículas de tefión para impermeabilizar y unir, y luego presionarlos en caliente sobre la membrana de intercambio de protones. Pt cargando hasta 10 mg/cm2. Más tarde, para aumentar la tasa de utilización de Pt, se utilizó catalizador de Pt/C, pero la tasa de utilización de Pt todavía era muy baja. Hasta mediados de la década de 1980, la carga de Pt del electrodo de membrana PEMFC todavía era tan alta como 4 mg. /cm2 A mediados y finales de la década de 1980, el Laboratorio Nacional (LANL) de Los Alamos, Estados Unidos, propuso un nuevo método que utiliza una solución de polímero de intercambio de protones Nafion para impregnar electrodos porosos de difusión de gas de Pt/C y luego prensarlos en caliente. sobre la membrana de intercambio de protones para formar un electrodo de membrana. Este método mejoró enormemente la tasa de utilización de Pt y redujo la carga de platino del electrodo de membrana a 0,4 mg/cm2. En 1992, LANL mejoró este método y redujo aún más la carga de Pt del electrodo de membrana a 0,13 mg/cm2. El Centro Indio para la Investigación de Energía Electroquímica (CEER) utilizó el método de inmersión por aspersión para preparar un electrodo de membrana con una carga de Pt de 0,1 mg/cm2 y buen rendimiento. Se informa que en algunas celdas individuales probadas por LANL, la carga de platino en el electrodo de membrana ha caído a 0,05 mg/cm2. La reducción de la carga de platino en el electrodo de membrana puede reducir directamente el coste de la pila de combustible, lo que prepara las condiciones para su comercialización. Pila de combustible de carbonato fundido (MCFC) A principios de la década de 1950, la pila de combustible de carbonato fundido (MCFC) atrajo la atención mundial debido a su perspectiva como dispositivo civil de generación de energía a gran escala.
Después de eso, MCFC se desarrolló muy rápido y se mejoraron mucho los materiales, procesos, estructuras, etc. de la batería, pero la vida útil de la batería no es la ideal. En la década de 1980, se había utilizado como pila de combustible de segunda generación y se convirtió en el principal objetivo de investigación para la reciente realización de centrales eléctricas de pila de combustible comerciales de nivel de megavatios, y la velocidad de desarrollo se está acelerando. Actualmente, los principales desarrolladores de MCFC se concentran en Estados Unidos, Japón, Europa Occidental y otros países. Se espera que se comercialice en 2002. El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) asignó el año pasado 44,2 millones de dólares en gastos de investigación para centrales eléctricas de pilas de combustible estacionarias, de los cuales 2/3 se utilizarán para el desarrollo de MCFC y 1/3 para el desarrollo de SOFC. El desarrollo de la tecnología MCFC en los Estados Unidos ha estado a cargo principalmente de dos empresas importantes, ERC (Energy Research Corporation) (ahora FuelCell Energy Inc.) y M-C Power. Construyen reactores MCFC mediante diferentes métodos. Ambas compañías han llegado a la etapa de demostración de campo: ERC realizó una prueba de demostración de una central eléctrica MCFC de 2 MW ubicada en Santa Clara, California en 1996, y actualmente está buscando una ubicación para la prueba del dispositivo de 3 MW. La pila de combustible MCFC de ERC realiza un reformado sin gas dentro de la pila sin necesidad de un reformador independiente. Según los resultados de las pruebas, ERC rediseñó la batería y la cambió a una pila de celda única de 250 kW en lugar de la pila original de 125 kW. De esta manera, se puede instalar un MCFC de 3 MW en un sitio de 0,1 acre, reduciendo así los costos de inversión. ERC espera proporcionar la instalación de 3MW a un costo de equipo de 1.200 dólares/kW. Esto se acerca al coste del equipo de una pequeña unidad de generación de energía con turbina de gas de 1.000 dólares/kW. Sin embargo, la eficiencia de la pequeña generación de energía alimentada por gas es sólo de 30, y existen problemas con las emisiones de escape y el ruido. Al mismo tiempo, la empresa estadounidense M-CPower ha realizado pruebas de un dispositivo de 250 kW en la Estación Aérea Naval de San Diego, California, y ahora planea probar un dispositivo mejorado de 75 kW en el mismo lugar. M-CPower está desarrollando un módulo de 500 kW y planea iniciar la producción en 2002. La investigación japonesa sobre MCFC comenzó durante el "Proyecto Moonlight" en 1981 y se volvió más específica después de 1991. El costo anual de las pilas de combustible es de 1.200 a 1.500 millones de dólares. En 1990, el gobierno añadió 200 millones de dólares adicionales específicamente para la investigación de MCFC. La potencia de la batería era de 1 kW en 1984 y de 10 kW en 1986. Japón estudia tecnologías de conversión interna y externa. En 1991, se puso en funcionamiento a prueba un MCFC de conversión interna indirecta de 30 kW. En 1992, se puso en funcionamiento la clase de 50-100 kW. En 1994, Hitachi e Ishikawashima Harima Heavy Industries completaron dos MCFC presurizados reformados externamente de 100 kW, área de electrodo de 1 m2. Además, el MCFC de 1 MW reformado externamente fabricado por Chubu Electric Power Company se está instalando en la central térmica de Kawagoe. Cuando se utiliza gas natural como combustible, se espera que la eficiencia termoeléctrica sea superior a 45 y la vida operativa sea mayor. 5000 horas. El MCFC de 30 kW reformado internamente y desarrollado por Mitsubishi Electric en cooperación con el ERC estadounidense ha estado funcionando durante 10.000 horas. Sanyo también ha desarrollado un MCFC reformado de 30 kW. En la actualidad, Ishikawashima Harima Heavy Industries tiene la pila de combustible MCFC más grande del mundo, con una vida útil de prueba de 13.000 horas. Para promover el desarrollo y la investigación de MCFC, Japón creó la Asociación de Investigación MCFC en 1987, que es responsable de la investigación sobre el funcionamiento de pilas de combustible, equipos periféricos de plantas de energía y tecnología de sistemas. Ahora ha unido 14 unidades para convertirse en la fuerza principal. de investigación y desarrollo japoneses. Europa formuló un plan Joule ya en 1989, con el objetivo de establecer una central eléctrica de "segunda generación" con una potencia de 200 MW que tenga baja contaminación ambiental, pueda instalarse de forma dispersa e incluya tres tipos: MCFC, SOFC y PEMFC. Asigna tareas a los países. La investigación del MCFC se lleva a cabo principalmente en los Países Bajos, Italia, Alemania, Dinamarca y España. La investigación sobre MCFC en los Países Bajos comenzó en 1986. En 1989 se desarrolló una pila de baterías de nivel 1 kW. En 1992, se probaron una pila de baterías de tipo conversión externa de nivel 10 kW y una pila de baterías de tipo conversión interna de nivel 1 kW. Como combustible se utilizaron gas y gas natural. Se pusieron en funcionamiento a prueba dos sistemas de 250 kW.
Italia comenzó a implementar el plan nacional de investigación de MCFC en 1986 y desarrolló pilas de baterías de 50 a 100 kW entre 1992 y 1994. La italiana Ansodo firmó un acuerdo con IFC sobre tecnología MCFC y ha instalado un conjunto de equipos de producción automatizados de una sola celda (área de 1 m2). La capacidad de producción es de 2-3MW y puede ampliarse a 6-9MW. La empresa alemana MBB completó la investigación y el desarrollo de la tecnología de conversión externa de clase de 10 kW en 1992. Con la ayuda de ERC, llevó a cabo pruebas de fabricación y funcionamiento de pilas de baterías de clase de 100 kW y de 250 kW de 1992 a 1994. MBB ahora tiene la batería de 280 kW más grande del mundo. Los datos muestran que MCFC tiene ventajas únicas en comparación con otras pilas de combustible: a. La eficiencia de generación de energía es mayor que la de PAFC; No se necesita platino costoso como catalizador y el costo de fabricación es bajo; El CO se puede utilizar como combustible; Dado que la temperatura de funcionamiento del MCFC es de 600 a 1000 °C, los gases de escape pueden usarse para calefacción o combinarse con una turbina de vapor para generar electricidad. Si se utiliza calor y energía combinados, la eficiencia se puede aumentar a 80 e. Comparando la economía de pequeña y mediana escala con varios métodos de generación de energía, cuando el índice de carga es superior a 45, el sistema de generación de energía MCFC tiene el costo más bajo. En comparación con el PAFC, aunque la inversión inicial del MCFC es alta, el costo del combustible del PAFC es mucho mayor que el del MCFC. Cuando el sistema de generación de energía es descentralizado a pequeña y mediana escala, la economía de MCFC es más prominente; La estructura de MCFC es más simple que la de PAFC. Pila de combustible de óxido sólido (SOFC) La SOFC consta de un electrolito hecho de cerámica, como circonio estabilizado con itria (YSZ), que energiza los iones de oxígeno, y un electrodo poroso de combustible y aire que energiza los electrones. El oxígeno en el aire se oxida en la interfaz del electrodo de aire/electrolito. Bajo la acción de la diferencia de oxígeno entre el aire y el combustible, se mueve hacia el lado del electrodo de combustible en el electrolito. Reacciona con el hidrógeno o el monóxido de carbono en el combustible. La interfaz del electrolito del electrodo de combustible genera agua. El vapor o dióxido de carbono emite electrones. Los electrones pasan por el circuito externo y regresan nuevamente al electrodo de aire, donde se genera energía eléctrica. Las características de SOFC son las siguientes: Dado que funciona a alta temperatura (600-1000 °C), al establecer una circulación en la superficie inferior, se puede obtener una generación de energía de alta eficiencia con una eficiencia superior a 60. Dado que los iones de oxígeno se mueven en el electrolito, también se pueden utilizar como combustible CO y gas de gasificación de carbón. Dado que todos los materiales que constituyen el cuerpo de la batería son sólidos, no hay evaporación ni flujo de electrolito. Además, no se produce corrosión en el electrodo de aire del electrodo de combustible. lLa temperatura de funcionamiento es alta y se puede realizar la modificación interna del metano y otros materiales. En comparación con otras pilas de combustible, el sistema de generación de energía es simple y se espera que pase de equipos con capacidad relativamente pequeña a equipos a gran escala y tenga una amplia gama de usos. En el campo de las centrales eléctricas fijas, las SOFC tienen ventajas evidentes sobre las PEMFC. Las SOFC rara vez requieren procesamiento de combustible, integración de calor interno y colectores internos que simplifican el diseño del sistema. Además, las SOFC pueden realizar fácilmente una cogeneración eficiente de calor y energía con turbinas de gas y otros equipos. La siguiente imagen muestra la primera central eléctrica híbrida SOFC y turbina de gas del mundo desarrollada por Siemens-Westinghouse. Se instaló en la Universidad de California en mayo de 2000, con una potencia de 220 kW y una eficiencia de generación de energía de 58. La eficiencia de generación de energía de las futuras turbinas de gas/SOFC alcanzará el 60-70. La SOFC, conocida como pila de combustible de tercera generación, se encuentra bajo investigación y desarrollo activo y es uno de los nuevos métodos emergentes de generación de energía. Estados Unidos es el primer país del mundo en investigar las SOFC, y la Westinghouse Electric Company en los Estados Unidos desempeña un papel particularmente importante y ahora se ha convertido en la institución más autorizada en la investigación de las SOFC. Ya en 1962, Westinghouse Electric Company utilizó metano como combustible para obtener corriente en un dispositivo de prueba de SOFC y señaló que los combustibles de hidrocarburos deben completar dos procesos básicos de conversión catalítica de combustible y reacción electroquímica en SOFC, sentando las bases para el desarrollo de SOFC. . base. En los siguientes 10 años, la empresa colaboró con la organización OCR para conectar 400 electrolitos cilíndricos pequeños de ZrO2-CaO y producir baterías de 100 W. Sin embargo, esta forma no es adecuada para dispositivos de generación de energía a gran escala.
Después de la década de 1980, con el fin de desarrollar nuevas fuentes de energía y aliviar la crisis energética causada por la escasez de recursos petroleros, la investigación de las SOFC se ha desarrollado vigorosamente. Westinghouse Electric Company aplicó la tecnología de deposición electroquímica de vapor al proceso de preparación de la película de electrodo y electrolito SOFC, reduciendo el espesor de la capa de electrolito al nivel de micras y mejorando significativamente el rendimiento de la batería, abriendo así una nueva página en la investigación de SOFC. A mediados y finales de la década de 1980, comenzó a convertirse en investigación sobre pilas de baterías SOFC de alta potencia. En 1986, se operó con éxito una batería SOFC tubular de 400 W en Tennessee. En 1987, se instalaron grupos electrógenos SOFC de tipo tubo de 3 kW en las compañías de gas de Tokio y Osaka en Japón, y la prueba de funcionamiento continuo se realizó con éxito durante 5000 horas, lo que marcó el desarrollo de la investigación de SOFC desde la investigación experimental hasta la comercialización. En la década de 1990, la agencia DOE continuó invirtiendo más de 64 millones de dólares estadounidenses en Westinghouse Electric Company, con el objetivo de desarrollar grupos electrógenos SOFC de 2 MW de alta tasa de conversión. En 1992, dos SOFC de tubo de 25 kW se pusieron en funcionamiento experimental durante miles de horas en Osaka, Japón y el sur de California, EE. UU. Desde 1995, Westinghouse Electric Company ha utilizado electrodos de aire como tubos de soporte, reemplazando los tubos de soporte originales de ZrO2 estabilizados con CaO, simplificando la estructura de SOFC y aumentando la densidad de potencia de la batería casi tres veces. La empresa construyó un sistema SOFC tubular de 100 kW para la empresa holandesa Utilies. La tasa total de utilización de energía alcanzó 75 y se puso en funcionamiento oficialmente. Actualmente, Siemens Westinghouse ha anunciado que pronto se construirán dos centrales eléctricas de demostración SOFC de 250 kW cerca de Toronto, en Noruega y Canadá. La siguiente imagen muestra la planta de energía de demostración SOFC instalada por Westinghouse en los Países Bajos. Puede proporcionar 110 kW de electricidad y 64 kW de calor, con una eficiencia de generación de energía de 46 y un tiempo de funcionamiento de 14.000 horas. Pila de combustible Edite este párrafo para evaluar
Las pilas de combustible deben utilizar combustible gaseoso con buena fluidez cuando funcionan. Las pilas de combustible de baja temperatura utilizan hidrógeno, mientras que las pilas de combustible de alta temperatura pueden utilizar directamente gas natural y gas de carbón. ¿Cuáles son las perspectivas para este combustible? Las reservas de gas natural de mi país son muy abundantes. Las reservas terrestres probadas son de 1,9 billones de m3. Los expertos creen que las reservas probadas de gas natural de mi país son de 30 billones de m3. China también hará uso de abundantes recursos de gas natural en los países vecinos. La Siberia occidental de Rusia tiene reservas probadas de gas natural de 38,6 billones de m3, que pueden suministrar de 20 a 30 mil millones de m3 de gas a mi país anualmente. La Siberia oriental de Rusia tiene reservas probadas de gas natural; de 3,13 billones de m3, puede suministrar de 10 a 20 mil millones de m3 de gas a mi país anualmente. El Lejano Oriente ruso y la isla Sakhalin tienen reservas probadas de gas natural de 1 billón de m3, y pueden suministrar más de 10 mil millones de m3 de gas al noreste de mi país. país anualmente. Kazajstán, Uzbekistán y Turkmenistán en Asia Central tienen reservas probadas de gas natural de 6,77 billones de m3 y pueden suministrar 30 mil millones de m3 de gas externo. Mi país planea instalar 9.000 kilómetros de gasoductos antes de 2010, momento en el cual se espera formar un patrón de "dos verticales, dos horizontales, cuatro centros y cinco depósitos de gas" en todo el país para formar un sistema confiable de suministro de gas. Dos de ellas son las líneas troncales de transmisión de gas norte-sur, a saber, la línea troncal de transmisión de gas Isla Sajalín-Daqing-Shenyang y la línea troncal de transmisión de gas Irkutsk-Beijing-Rizhao-Shanghai. En la actualidad, la capacidad de producción de mi país es de aproximadamente 30 mil millones de m3/a, que era de 70 mil millones de m3 en 2010 y de 100 a 110 mil millones de m3 en 2020. El componente principal del gas natural es el CH4 (que representa alrededor del 90). Tiene un alto poder calorífico (el poder calorífico del gas natural es de 8.600 a 9.500 kcal por metro cúbico) y es fácil de transportar. Su uso por tubería es muy económico. transporte en una distancia de 3.000 kilómetros. Durante el último medio siglo, la mayoría de los países del mundo han completado la transición de la era del carbón a la era del petróleo y están haciendo la transición a la era del petróleo y el gas natural. Por ejemplo, en 1950, el carbón representaba el 57,5% de la estructura energética mundial, pero en 1996 cayó al 26,9%, el gas natural representaba el 23,5% y el petróleo representaba el 39%. La industria energética predice que con el consumo actual, el petróleo sólo podrá utilizarse durante 20 años más, mientras que el gas natural podrá utilizarse durante 100 años. Por esta razón, el siglo XXI se llama el "siglo del gas natural". La industria energética de China también se mantendrá al día con la tendencia mundial del consumo de energía.
Además, debido a las necesidades de protección del medio ambiente y la promoción de la tecnología IGCC, la tecnología de dispositivos de gasificación de carbón a gran escala ha pasado la prueba. Expertos relevantes del departamento del carbón dijeron que la tecnología actual puede convertir completamente el carbón en hidrógeno, con una eficiencia de conversión de hasta el 80%. Puede suministrarse a pilas de combustible como combustible y su eficiencia es mucho mayor que la de la energía térmica convencional. dispositivos.
Edite este párrafo para ahorrar.
Las pilas de combustible son un método de utilización de energía que está mejorando gradualmente. Su inversión está disminuyendo constantemente. El precio comercial actual de PEMFC en China es de 1500 dólares/kW y el precio de PAFC es de 3000 dólares/kW. La empresa nacional china Fuyuan Company anunció que el precio de su pedido de PEMFC es de 10.000 yuanes/kW. Actualmente no existen productos comerciales para otras pilas de combustible en China. En comparación con la inversión en energía térmica convencional, la generación de energía con pilas de combustible no solo debe considerar la inversión en suministro de energía, sino que también debe tener en cuenta la inversión en transmisión y distribución de energía a larga distancia, el consumo de energía de la planta, el consumo de energía de transmisión de energía y la eficiencia de los dos dispositivos de conversión de energía. . Calculada de esta manera, la inversión global en una gran central térmica es de aproximadamente 13.000 a 15.000 yuanes por kilovatio. El combustible consumido para la generación de energía es más del doble que el de las pilas de combustible. Según el precio de mercado más bajo actual del gas natural en China (el precio de mercado de origen es 1 yuan RMB/m3), cuando el tiempo de generación de energía supera las 70.000 horas, utilizando. Las pilas de combustible para generar energía serán más económicas que utilizar motores térmicos tradicionales para generar energía. En proyectos reales de generación de energía, también debemos considerar el problema de que la generación de energía con motores térmicos tradicionales ocupa un área grande y causa una gran contaminación ambiental. Con la mejora continua de la tecnología de generación de energía con pilas de combustible, el costo seguirá disminuyendo, especialmente después de la producción a gran escala, el costo disminuirá significativamente. Hay razones para creer que este método de generación de energía representará un desafío para la energía de los motores térmicos tradicionales. generación en un futuro próximo.
Editar la perspectiva de este párrafo
China es rica en recursos de tierras raras y tiene condiciones muy favorables para el desarrollo de la tecnología MCFC y SOFC. Las MCFC y SOFC que utilizan gas natural y gas de carbón purificado como combustible tienen una eficiencia de generación de energía de entre 55 y 65 y también pueden proporcionar calor residual de alta calidad para la generación de energía de ciclo combinado. Son excelentes centrales eléctricas de suministro de energía regional. Cuando se combina con calor y energía, la tasa de utilización de combustible llega a más del 80%. Los expertos creen que su relación con varias centrales eléctricas de gran escala es bastante similar a la relación entre las computadoras personales y las computadoras centrales de gran escala, y que ambas se complementan entre sí. En el siglo XXI, esta tecnología de generación de energía regional, eficiente y respetuosa con el medio ambiente tiene el potencial de convertirse en un importante método de suministro de energía. Recientemente, Japón propuso popularizar la aplicación de las pilas de combustible en 2010 y recomendó a los países desarrollados europeos y americanos que establecieran normas de seguridad y especificaciones generales. Con la reducción de sus costes de producción, las pilas de combustible también se desarrollarán rápidamente en nuestro país, lo que supondrá un desafío favorable a la generación de energía con motores térmicos tradicionales. Las perspectivas de su impacto en el sistema eléctrico son las siguientes:
Aumento de la capacidad de reducción de picos
Se han comercializado PEMFC que utilizan hidrógeno como combustible y, en países extranjeros, plantas combinadas de calor y energía. con capacidades de 3kW, 5kW y 7kW, las pilas de combustible ingresan continuamente a los hogares y las pilas de combustible de cientos de kW ingresan continuamente a hoteles, restaurantes, edificios comerciales y otros lugares. Estos dispositivos de energía, al igual que los pequeños dispositivos de generación de energía fotovoltaica, pueden generar electricidad de forma independiente o pueden conectarse a la red eléctrica. Para obtener combustible de hidrógeno, actualmente se añade un reformador de combustible delante de las pilas de combustible de hidrógeno no puro. Según los expertos, la tecnología de almacenamiento de hidrógeno con nanotubos de carbono ha logrado un gran avance con su desarrollo comercial, la generación de energía doméstica será tan conveniente como usar una estufa de gas con un tanque de gas. Comprar un tanque de hidrógeno puede generar electricidad para varios meses (3 kg de hidrógeno). energía (puede permitir que un automóvil normal viaje 500 km). En Youcoal
Ahorre costos de construcción de la red de distribución
China tiene muchos pueblos e islas de montaña remotas, que están lejos de la red eléctrica o al final de la red eléctrica y consumen poca electricidad. . Desde una perspectiva comercial, no es económico construir líneas de alto voltaje, pero sin ellas será difícil lograr el objetivo de electrificar todas las aldeas. Con la pila de combustible, el gas de biomasa local se utiliza como combustible y, combinado con energía eólica local, energía solar, etc., se puede satisfacer la demanda local de electricidad a largo plazo. Esto puede hacer que la inversión sea más razonable y mejorar los beneficios económicos de la red eléctrica.
Mejorar la seguridad de la red eléctrica
La red eléctrica utiliza transmisión de energía de alto voltaje a larga distancia para transportar energía hidroeléctrica en áreas montañosas remotas y energía térmica en pozos, intersecciones y puertos marítimos para centros de carga.
Numerosos accidentes de redes eléctricas nacionales y extranjeros en los últimos años han demostrado que estos sistemas suelen ser muy frágiles ante catástrofes naturales como terremotos, inundaciones, tormentas, hielo y nieve, rayos, etc. La incorporación de pilas de combustible punteadas a la red eléctrica mejorará enormemente la seguridad de la red eléctrica. Cuando se activa una determinada fuente de energía de carga base remota, la celda de combustible puede desempeñar un cierto papel de apoyo en la red eléctrica para garantizar las necesidades de energía de usuarios importantes. Con los avances en las tecnologías MCFC y SOFC, la pavimentación de gasoductos naturales y la solución de la tecnología de gasificación del carbón a gran escala, la gente verá que para los sistemas de energía a gran escala que utilizan energía fósil, la transmisión de energía a larga distancia será reemplazada por largas distancias. -Transmisión de gas a distancia, será más económico y seguro aplicar varias pilas de combustible que combinen grandes, medianas y pequeñas para proporcionar energía y calor cerca de la carga.
Gestión de la red eléctrica
La generación de energía con pilas de combustible aumentará la complejidad de la gestión. En primer lugar, las pilas de combustible generan energía de CC, que debe convertirse en frecuencia antes de inyectarse a la red. En segundo lugar, cada sistema pequeño intercambia energía con la red eléctrica, y se requiere una gestión de precios razonable. Esto está en consonancia con el problema de que otras nuevas fuentes de energía se conecten a la red (como la energía solar, la energía eólica y la generación de energía a partir de biomasa). La cantidad de electricidad conectada a la red es pequeña y la cantidad de gestión. no es pequeño.