Modelový príklad predpokladá nasadenie palivového článku malého výkonu v objekte s nepretržitou celoročnou potrebou elektrickej a tepelnej energie. Palivový článok (ďalej len „PČ“) patrí do skupiny zariadení s kombinovanou výrobou elektrickej energie a tepla.

 

1. POPIS ZDROJA A TECHNICKÁ CHARAKTERISTIKA PROJEKTU

Je potrebné zabezpečiť celoročnú prípravu TÚV v rodinnom dome (domácnosti), v ktorom žijú štyri osoby. Odhadované množstvo TÚV je cca 200 l za deň, o teplote 65°C a cca 13 000 kWh elektrickej energie na zabezpečenie základnej spotreby.

 

Produkcia tepelnej energie

PČ je nainštalovaný paralelne s klasickým plynovým kotlom na prípravu tepelnej energie na krytie tepelných strát budovy a prípravu teplej úžitkovej vody (ďalej len „TÚV“). TÚV je pripravovaná v PČ, ktorý plní funkciu základného tepelného zdroja (v základnom zaťažení) – obrázok č. 3. Plynový kotol plní funkciu hlavného a špičkového kotla. Súčasťou sústavy prípravy TÚV je zásobník teplej vody, ktorého objem je stanovený tak, aby pokryl spotrebu teplej vody so stabilnou teplotou na výstupe. Tepelná účinnosť PČ je cca 25%. Tepelný výkon PČ je dostatočný na prípravu TÚV pre vlastnú spotrebu objektu.  (Obrázok č. 1)

 

Produkcia elektrickej energie

PČ je vysokoefektívny zdroj elektrickej energie. Plní funkciu základného elektrického zdroja, resp. záložného zdroja s veľmi hladkou prúdovou krivkou (bez harmonických kmitov), čo má priaznivý vplyv na chod a životnosť elektrických zariadení pripojených do domácej siete. Elektrická účinnosť sa  pohybuje na úrovni špičkových paroplynových cyklov veľkých výkonov a to 60%. Produkovanú elektrickú energiu je možné spotrebovávať dvoma základnými spôsobmi:

 

  • Okamžitá spotreba – vyrobená  el. energia v objekte sa spotrebuje – príkon (spotreba) elektrických zariadení v objekte ≥ výkonu PČ (Obrázok č. 1)
  • Nevyužitá elektrická energia sa „uskladňuje“ v akumulátoroch elektrickej energie, podobne ako v zásobníku teplej vody, a využije sa v prípade potreby, (Obrázok č. 2)

Potreba elektrickej energie naviac je zabezpečená nákupom elektrickej energie z verejnej siete.

 

Výkon zariadenia (elektrický / tepelný) je zvolený tak, aby sa energia spotrebovala v rámci objektu, bez jeho predaja do verejnej elektrickej, resp. tepelnej siete, bez jej marenia (napr. v dodatkových chladičoch)

 

Obr.1: Schematické zapojenie PČ v rámci kotolne objektu

Obr.2: Schematické zapojenie PČ v rámci kotolne objektu a akumulátorom el. energie

Princíp palivového článku (ďalej len „PČ“):

Funkčný princíp je porovnateľný s obrátenou elektrolýzou vody. Pokiaľ pri elektrolýze sa do vody privádza elektrický prúd a tá sa rozkladá na vodík a kyslík, v PČ reaguje vodík s kyslíkom a tvorí vodu, pri súčasnej produkcii elektrického prúdu a tepelnej energie. Pri chode PČ sa k anóde privedie vodík a ku katóde kyslík. Vodík sa rozštiepi na protóny vodíka H+ a elektróny e–. Pri tomto deji elektróny tečú cez kovový vodič smerom ku katóde a vykonávajú prácu. Na katóde tvorí kyslík s elektrónmi Ióny kyslíka O2-. Aby sa elektrický obvod uzavrel, musia protóny vodíka prejsť cez elektrolyt oddeľujúci anódu a katódu, ku katóde. Tam sa spoja s iónmi kyslíka a vytvoria vodu.

 

Základné parametre PČ:

2. ZÁKLADNÉ VSTUPY A VÝSTUPY

Obr.3: Bilancie energií PČ počas kalendárneho rok

Porovnanie riešení

Poznámky:

  • bez štátnej podpory je investícia do PČ nenávratná,
  • jedná sa o prvé komerčné zariadenie tohto druhu voľne dostupné na trhu,
  • pri masovej produkcii zariadení tohto typu  sa predpokladá výrazné zníženie ceny zariadenia,
  • napr. v Nemecku je zariadenie podporované štátnou dotáciou 17 000€, BAFA-podporou 1 568€. Pri priemernej cene za elektrickú energiu 0,2255 €/kWh a zemný plyn 0,090 €/kWh je návratnosť investícií zariadenia 8 rokov.

 

4. VÝHODY PROJEKTU

  • Kombinovaná výroba elektriny a tepla.
  • Cena vygenerovanej elektrickej energie je o viac ak 50% nižšia ako trhová cena elektrickej energie, pričom sa v modeli uvažuje cena za teplo = 0 (teplo ako odpad) – čo má ďalší priaznivý dopad na ekonomiku projektu.
  • Účinnosť PČ je na úrovni špičkových PPC – 60%.
  • Výborná regulovateľnosť pri nezmenenej účinnosti.
  • Vysoká spoľahlivosť jednotky.
  • Nízka hlučnosť.
  • Možnosť modulovateľnosti (paralelná prevádzka viacerých PČ).
  • Nízke emisie (z dôvodu vysokej účinnosti zariadenia).

 

5.  NEVÝHODY A RIZIKÁ

  • V súčasnej dobe je ku komerčnému použitiu v Európe k dispozícii iba jedno zariadenie. Ostatné zariadenia sú v testovacích prevádzkach bez udania konkrétnej ceny zariadenia.
  • V súčasnej dobe vysoké investičné náklady.
  • V súčasnej dobe vysoké servisné náklady.

 

6. ZÁVER

Použitá technológia PČ ako zariadenia na kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla z pohľadu technológie plní svoj účel. Cena vygenerovanej elektrickej energie je viac ako o  50% nižšia ako cena elektrickej energie zo siete. Využité odpadové teplo je možné použiť na prípravu TÚV.

Z dôvodu, že sa jedná o prvé komerčné zariadenie tohto druhu na trhu je cena PČ vysoká. Jeho cena pri masovej výrobe (a predaji) bude podľa analytikov klesať na úroveň kogeneračných jednotiek na báze spaľovacích motorov čo umožní jeho masové nasadenie.

 

 

Zdroj: Prevádzkovateľ Internetových stránok