Опыты фирмы SARA
Перевод файла patton.pdf (откуда взял - уже не помню)
Заголовок исходного файла
SARA's direct carbon fuel cell - History, Status and joint industry program. Presentation for NETL's Direct Carbon Fuel Cell Workshop - July 30, 2003, www.sara.com
Тезисы доклада
- DCFC (угольный топливный элемент, direct coal fuel cell) - высокоэффективная, среднетемпературная, масштабируемая технология
- капиталовложения невелики - не используются экзотические материалы и производственные процессы
- технология подходит для стационарного производства энергии
- окончательная цель - строительство крупномасштабных электростанций, использующих DCFC
- для дальнешего развития DCFC мы сформировали совместную индустриальную программу (Joint Industry Program) с American Electric Power
- мы продемонстрировали хорошую производительость в DCFC в достаточно большом масштабе, так что кажется, что он подходит для стационарного производства энергии.
Технология и статус DCFC
История изследований.
- патент Уильяма Жако от 1896 года "Метод превращения потенциальной энергии угля в электричество"
- в течение следующих 40 лет (до 1939 г), европейские исследователи безуспешно пытались повторить результаты Жако, включая др. Фритца Хабера (dr. Fritz Haber) и др. Эдварда Бауэра. (dr.Edward Bauer),
Бауэр успешно сделал элемент для окисления угля, в котором электролитом служил оксид меди. Его устройство таково: в стальной сосуд налита расплавленная медь, по ее поверхности плавает слой расплавленного же оксида меди. Уголь погружен в сосуд так, что он не касается меди, а касается только оксида. Медь является отрицательным, а уголь - положительным полюсом элемента. Воздух вдувается в медь с помощью трубки. Уголь окисляется в этом элементе только до CO. Также в элементе была вторая ступень, производящая окисление CO до CO2, но ее устройство не описано и мне неизвестно. Элемент Бауэра описан в брошюре "Энергетика будущего", вышедшей на русском языке в 30-х годах. В конце концов другая организация в США заменила медь оловом и вроде у них тоже всё хорошо работает.
- ERDA и DOT профинансировали изследование DCFC в Stanford Research Institute (SRI), под руководством др. Роберта Вевера (Dr. Robert Weaver) (1973). Команда др. Вевера сумела воспроизвести исходную производительность DCFC др. Жако
- SARA начала изследования DCFC в середине 1990'х. Разработаны 4 поколения элементов с возрастающим совершенством; использовался гидроксид натрия и твердый графит
- LLNL начали изследования DCFC в конце 1990'x. Использовался расплав карбонатов и специальные мелкодисперсные (turbostatic) частицы угля
Прототипы DCFC
Производительность прототипов DCFC
- Средняя выходная мощность в Mark III
12-20 ватт (в течение более 540 часов)
- Максимальная выходная мощность (длится от 5 до 10 секунд)
35-50 ватт
- Среднее напряжение, ток и плотность тока: 300mV, 40 ампер в
Mark III;
100мA/см2 в Mark III-A;
250мА/см2 в Mark II-D
- КПД
достигнут КПД в 60% в неоптимизированном Mark III;
Максимальный КПД DCFC - 85-90%
КПД одноступенчатых угольных ТЭС: 25-40%
Практическая электростанция на DCFC - 70-75%
Реализация процесса, упомянутого в патенте
- Сталь, легированная титаном, для катода
-- оксиды TiFe являются вырожденными полупроводниками;
-- закрывает и защищает поверхность катода, являясь проводником;
-- возможно, что Ti имел значение для результатов Жако - Норвежское железо
-- подана заявка на патент
- Влажность атмосферы над расплавом
-- придает кислые свойства расплаву NaOH
-- замедляет коррозию практически до нуля
-- существенно уменьшает возникновение карбоната
-- в индустрии травления металлов - 15-20 лет почти без коррозии
-- подана заявка на патент
Предварительная оценка стоимости
- Ячейка изготваливается сваркой из стали
-- в среднем 2,5$/фунт сварных стальных конструкций при использовании малоуглеродистой
стали (mild steel) и обычных технологий сварки;
-- 2см2 на ампер, при напряжении 0,5В, при плотности тока 0,5А/см2;
Примечание: при таких условиях максимальный КПД недостижим
-- 1кВ ячейка требует 4000см2 катода при толщине стенки в 0,5см - 126куб.дюймов
-- умножая на два для остальной части ячейки - 250 куб.дюймов ~ 75 фунтов ~
$200
Сравнение цены с традиционной угольной ТЭС
Составная часть электростанции на DCFC | Цена, $/кВт | Составная часть элетростанции на угле (из IEA Greenhouse GAS R&D Paper) | Цена, $/кВт | |
Получение угля | 50 | Получение угля | 48 | |
Подготовка/очистка угля | 30 | Подготовка угля (coal handling) | 6 | |
Ячейки DCFC | 200 | Котел | 248 | |
Преобразование энергии | 200 | Еlectostatic precip??? | 48 | |
Распредление энергии | 40 | Паровая турбина | 214 | |
КИП | 30 | Система охлаждения | 22 | |
Разное | 150 | Очистка воды | 14 | |
Непредвиденные расходы (contingency) | 100 | Распределение энергии | 40 | |
Земля, разрешения и т.п. | 50 | КИП | 22 | |
Десульфизация выхлопных газов | 112 | |||
Разное | 144 | |||
Непредвиденные расходы (contingency) | 92 | |||
Земля, разрешения и т.п. | 50 | |||
Итого | 850 | Итого | 1060 |
Защита интеллектуальной собственности
- SARA получила патент №6,200,697 (примечание: все патенты США доступны через http://www.uspto.gov)
- мы расширяем портфель патентов.
-- 4 новых заявки поданы на:
--- легирование стали титаном
--- влажная атмосфера над расплавом
--- новый дизайн, более эффективный, потенциально дающий больший ток
--- реформер углеводородов, дающий твердый углерод (Navy - ???)
-- другие области: удаление загрязнений, оптимизация электролита, геометрии,
выбор материалов, силовая электроника, ...
Дальше
Дальше переводить неинтерсно, т.к. они в основном просят денег.
Будяк Д.В.