Célula pequeña combustible de óxido sólido récord eficiencia

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Célula pequeña combustible de óxido sólido récord eficiencia

Mensaje sin leer por megacam » Junio 4th, 2012, 2:44 pm

Los hogares y vecindarios enteros podría ser alimentado con una nueva y pequeña escala del sistema de células de combustible de óxido sólido que logra una eficiencia de hasta el 57 por ciento, significativamente superior a los 30 a 50 por ciento de eficiencia reportados previamente para otros sistemas de pilas de combustible de óxido sólido de su tamaño, según un estudio publicado en la edición de este mes de Journal of Power Sources.

El sistema más pequeño, desarrollado en el Departamento de Energía del Pacífico del Laboratorio Nacional del Noroeste, usa el metano, el componente principal del gas natural, como combustible. Todo el sistema fue simplificado para que sea más eficiente y escalable mediante el uso de tecnología desarrollada por PNNL microcanal en combinación con los procesos llamados de vapor externo la reforma y el reciclaje de combustible. Sistema de PNNL incluye las pilas de células de combustible desarrollados anteriormente con el apoyo de la Alianza de Conversión de sólido del Departamento de Energía de Energía del Estado.
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Pacific Northwest National Laboratory desarrolló esta altamente eficiente, a pequeña escala de combustible de óxido sólido sistema celular que cuenta con tecnología desarrollada por PNNL microcanal y dos procesos inusuales, llamados de vapor externo la reforma y el reciclaje de combustible
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"Los combustibles sólidos de óxido de células son una tecnología prometedora para el suministro de energía limpia y eficiente. Pero, hasta ahora, la mayoría de las personas se han concentrado en sistemas más grandes que producen un megavatio de potencia o más y puede sustituir a las plantas tradicionales de energía ", dijo Vincent Sprenkle, co-autor del artículo y el ingeniero jefe de la sólida PNNL programa de combustible de óxido de desarrollo de las células . "Sin embargo, esta investigación muestra que las pequeñas células de combustible de óxido sólido que generan entre 1 y 100 kilovatios de energía son una opción viable para los de alta eficiencia, la generación de energía localizada."

Sprenkle y sus co-autores tuvieron la comunidad del tamaño de la generación de energía en mente cuando comenzó a trabajar en su celda de combustible de óxido sólido, también conocido como una SOFC. El sistema piloto se construyó genera alrededor de 2 kW de electricidad, o la cantidad de energía a un hogar estadounidense típico consume. El equipo del PNNL diseñado su sistema para que pueda ser ampliado para producir entre 100 y 250 kW, lo que podría proporcionar energía para unas 50 a 100 hogares en Estados Unidos.

¿Qué es una SOFC?


Las pilas de combustible son muy parecidos a las pilas ya que utilizan ánodos, cátodos y electrolitos para producir electricidad. Pero a diferencia de la mayoría de las baterías, las cuales dejan de funcionar cuando utilizan sus materiales reactivos, células de combustible de forma continua puede producir electricidad si tienen un suministro constante de combustible.

SOFC son un tipo de célula de combustible que operan a temperaturas más altas - entre aproximadamente 1100 y 1800 grados Fahrenheit - y puede funcionar en una amplia variedad de combustibles, incluyendo gas natural, biogás, hidrógeno y combustibles líquidos como el diesel y la gasolina que han sido reformados y limpiada. Cada SOFC está hecho de materiales cerámicos, que forman tres capas: el ánodo, el cátodo y el electrolito. Se bombea aire en contra de una capa exterior, el cátodo. El oxígeno del aire se convierte en un ion de carga negativa, O2, donde el cátodo y la capa de electrolito interior se encuentran. El ion se mueve a través del electrolito para llegar a la capa final, el ánodo. Allí, el ion oxígeno reacciona con un combustible. Esta reacción crea electricidad, así como el vapor subproductos y dióxido de carbono. Que la electricidad se puede utilizar para alimentar hogares, barrios, ciudades y mucho más.

La gran ventaja de las pilas de combustible es que son más eficientes que la generación de energía tradicional. Por ejemplo, los motores de combustión de los generadores portátiles sólo convertir aproximadamente 18 por ciento de la energía química del combustible en electricidad. En contraste, algunos SOFC pueden alcanzar hasta 60 por ciento de eficiencia. Al ser medios más eficientes que consuman menos combustible SOFC y contaminan menos para la cantidad de electricidad producida a la generación de energía tradicional, incluidas las centrales eléctricas de carbón.

Sprenkle y sus colegas del PNNL está interesado en sistemas más pequeños, debido a las ventajas que tienen sobre los más grandes. Los grandes sistemas de generar más energía que puede ser consumido en su entorno inmediato, por lo que una gran parte de su electricidad tiene que ser enviados a otros lugares a través de líneas de transmisión. Desafortunadamente, algunos de alimentación se pierde en el proceso. Por otro lado, los sistemas más pequeños son físicamente más pequeñas en tamaño, por lo que puede ser colocado más cerca de los usuarios de energía. Esto significa que la electricidad que producen no tiene que ser enviado en la medida. Esto hace que los sistemas más pequeños, ideales para lo que se llama generación distribuida, o generación de electricidad en cantidades relativamente pequeñas para uso local, como en los hogares individuales o barrios.

Objetivo: Pequeño y eficiente

Conocer las ventajas de los sistemas más pequeños SOFC, el equipo de PNNL quería diseñar un pequeño sistema que podría ser tanto más del 50 por ciento de eficiencia y fácilmente escalable para la generación distribuida. Para ello, el equipo utilizó por primera vez un proceso llamado reforma de vapor externo. En general, el reformado con vapor de vapor se mezcla con el combustible, que conduce a los dos a reaccionar y crear productos intermedios. Los compuestos intermedios, monóxido de carbono e hidrógeno, entonces reaccionar con el oxígeno en el ánodo de la célula de combustible. Tal como se ha descrito anteriormente, esta reacción genera electricidad, así como el vapor subproductos y dióxido de carbono.

El reformado con vapor ha sido utilizado con celdas de combustible antes, pero el método requiere calor que, cuando expuesto directamente a la celda de combustible, provoca temperaturas desiguales en las capas de cerámica que potencialmente pueden debilitar y romper la célula de combustible. Así que el equipo del PNNL optó por la reforma de vapor externo, que completa las reacciones iniciales entre el vapor y el combustible fuera de la célula de combustible.

El proceso de vapor externa reformar requiere un dispositivo llamado un intercambiador de calor, donde una pared hecha de un material conductor como el metal separa dos gases. En un lado de la pared es el gas de escape caliente que es expulsado como un subproducto de la reacción dentro de la célula de combustible. En el otro lado es un enfriador de gas que se dirige hacia la pila de combustible. El calor se mueve desde el gas caliente, a través de la pared y en el gas entrante fresco, calentándolo a las temperaturas necesarias para que la reacción tenga lugar dentro de la célula de combustible.

La eficiencia con la tecnología de micro

La clave para la eficiencia de este pequeño sistema SOFC es el uso de una tecnología de microcanal PNNL desarrollada en los intercambiadores de calor del sistema múltiples. En lugar de tener sólo una pared que separa los dos gases, intercambiadores de calor de microcanales PNNL tienen paredes múltiples creados por una serie de pequeños canales de bucles que son más estrechas que un clip de papel. Esto aumenta el área de la superficie, permitiendo más calor para ser transferido y hacer que el sistema sea más eficiente. Intercambiador de calor microcanal PNNL fue diseñado de modo que muy poco de presión adicional que se necesita para mover el gas a través de los giros y curvas de los canales de bucle.

El segundo aspecto único del sistema es que se recicla. Específicamente, el sistema utiliza el gas de escape, compuesta de vapor y subproductos de calor, procedente del ánodo para mantener el proceso de reformado con vapor. Este reciclaje significa que el sistema no necesita un aparato eléctrico que calienta el agua para crear vapor. La reutilización del vapor, que se mezcla con el combustible, también significa que el sistema es capaz de utilizar algunos de los restos de combustible que no era capaz de consumir cuando el combustible primera movido a través de la pila de combustible.

La combinación de vapor externo reforma y reciclaje de vapor con los intercambiadores de calor PNNL desarrollados microcanales hizo pequeño sistema del equipo SOFC extremadamente eficiente. En conjunto, estas características ayudan a la utilización del sistema tan poca energía como sea posible y permite que la electricidad más neto que se produce en el extremo. Las pruebas de laboratorio demostraron la eficacia neta del sistema varió de 48,2 por ciento, a 2,2 kW y una máxima de 56,6 por ciento, a 1,7 kW. El equipo calcula que podría aumentar la eficiencia del sistema al 60 por ciento, con algunos ajustes más.

El equipo del PNNL gustaría que su investigación se traduce en un sistema de energía SOFC que es utilizado por los propietarios de viviendas individuales o empresas de servicios públicos.

"Todavía hay importantes esfuerzos necesarios para reducir el costo total a un punto en que es económica para aplicaciones de generación distribuida", explicó Sprenkle. "Sin embargo, esta demostración no proporciona un modelo excelente de cómo construir un sistema que podría aumentar la generación de electricidad y reducir las emisiones de carbono".

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