Энергосбережение: Установки большого класса (свыше 1 МВт)

Более чем 35-летний опыт лег в основу создания мощных инновационных стационарных установок выработки электроэнергии на основе карбонатных топливных элементов. В результате многих лет исследований и инвестиций существующие установки на сегодняшний день выработали более 200 млн. киловатт-часов электроэнергии на более чем 50-ти станциях по всему миру.

На сегодняшний день на международные рынки США и Европы уже выведены инновационные электростанции на топливных элементах огромной линейки по мощностям, до нескольких мегаватт в одном блоке.

Установки были созданы в рамках программы разработки инновационных экологически чистых, конкурентоспособных топливных элементов для удовлетворения различных потребностей в электроэнергии, включая чистые большие центральные станции для генерации электроэнергии на угольном топливе. Цели программы включают разработку силовой установки на топливных элементах мегаваттного класса и системы поддержания баланса для эксплуатации на синтезированном газе на угольной основе, удаляя более 90% углерода. Программа также нацелена на оптимизацию энергосберегающего исполнения станции и разработку инновационных технологий топливных элементов для повышения производительности и сокращения расходов.

Теплоэнергетические установки на карбонатных топливных элементах идеально подходят для широкого спектра рынков и сфер применения, охватывая промышленных и коммунальных потребителей. Они могут вырабатывать рациональную, надежную, экономическую энергию там, где это необходимо, - без выбросов, наносящих вред окружающей среде. Используя модульную конфигурацию, теплоэнергетические установки на карбонатных топливных элементах производят надежную энергию на месте, соответствующую установленным требованиям от 0,3 МВт до более 30 МВт в местах использования нескольких модулей. Свыше 60 установок на карбонатных топливных элементах работают в мире. Они зарекомендовали себя на практике, производя надежную и экономичную энергию.

Теплоэнергетические установки на карбонатных топливных элементах используют технологию, которая работает при высоких температурах и позволяет использовать природный газ без внешней системы реформинга. Реформинг углеводородного топлива в водород происходит непосредственно в батареях топливных элементов.

Непосредственный реформинг газообразного топлива внутри батареи топливных элементов представляет собой менее сложный процесс, что делает его менее дорогостоящим по сравнению с другими типами топливных элементов с более низкими рабочими температурами, которые должны осуществлять внешний реформинг топлива во внешних установках.

Еще одним преимуществом высокотемпературных топливных элементов является то, что они производят высококачественное отработавшее тепло для производства горячей воды и пара.

Некоторые характеристики и преимущества теплоэнергетических установок на карбонатных топливных элементах:

• Рациональность: Производится больше электрической энергии при использовании меньшего количества топлива с высоким КПД 47%. Данный тип установко имеет наилучший КПД в классе своего размера.
• Экологичность: В атмосферу выделяется небольшое количество CO2 и практически равное нулю количество загрязняющих веществ, что позволяет располагать установки в тех регионах, где ограничения выбросов запрещают использовать традиционные технологии производства энергии.
• Бесшумность: Установки работают практически незаметно, что делает их пригодными для использования почти во всех местах.
• Надежность: Конструкция установок обеспечивает высокий уровень надежности и длительный срок службы в практически необслуживаемом режиме.
• Экономия топлива: Установки производит больше электроэнергии, чем другие системы распределенного производства энергии при таких же затратах топлива и представляет дополнительную ценность при использовании в комбинированном производстве электроэнергии и тепла.
• Простота: Мониторинг системы топливных элементов в режиме реального времени посредством Интернета или других систем телекоммуникации.
• Универсальность: Установки работают на широком ассортименте видов топлива для использования в широком диапазоне сфер применения. Их конструкция позволяет осуществить установку в ряде мест, включая промышленные, коммерческие и коммунальные объекты. Модульная конструкция позволяет соединять между собой несколько блоков для увеличения в разы выходной мощности.
• Комбинированное производство: Комбинированное производство электроэнергии и тепла, которое можно использовать для производства горячей воды, пара высокого давления или охлаждения с абсорбционными холодильниками.

Ассортимент предлагаемых типовых установок

Установка C-3

Основные особенности:

• Высокая производительность
• Незначительное воздействие на окружающую среду
• Гибкость в отношении топлива
• Высокая надежность
• Бесшумная работа
• Высокий уровень энергосбережения

Преимущества:

Инновационная стационарная электростанция теплоэнергетическая установка C-3 на основе карбонатных топливных ячеек элементов вырабатывает высококачественную ультрачистую электроэнергию с 47% КПД 24 часа 7 дней в неделю. Предназначенная для коммерческого и промышленного использования, установка обеспечивает легкую транспортировку, бесшумную и надежную работу, легкую планировку производственной площадки.

Выходные характеристики
Номинальная мощность	300 кВт
Стандартное выходное напряжение переменного тока	480 В
Опциональное выходное напряжение переменного тока	460, 440, 420, 400, 380 В
Частота	50 / 60 Гц
Эффективность
Низшая теплотворная способность:	45-49%
Тепло
Температура выхлопных газов	343 – 400°С
Поток выхлопных газов	1790 кг/ч
Допустимое противодавление	127 мм в.ст.
Имеющаяся тепловая энергия для рекуперации
до 120°С	120960 кКал/ч
до 50°С	203620 кКал/ч
Потребление топлива
Природный газ (при 8340 кКал/м3)	1,1 м3/мин
Удельный расход тепла, низшая теплотворная способность	1830 кКал/кВт-ч
Потребление воды
Среднее	3,4 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	37,9 л/мин
Выход воды
Среднее	1,7 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	37,9 л/мин
Выбросы загрязняющих веществ
NOx	4,5 г/МВт-ч
SОx	0,045 г/МВт-ч
PM10	0,009 г/МВт-ч
Выбросы парниковых газов
CO2	444 кг/МВТ-ч
CO2 (с регенерацией отходящего тепла)	236-308 кг/МВТ-ч

Модуль топливного элемента

Вид спереди

А - Общая ширина	6080 мм
В - Высота до входного воздушного фильтра	4590 мм
С - Высота выпускной трубы (требуется для установок без рекуперации тепла)	4408 мм

Вид сбоку

D - Общая длина	8512 мм
E - Высота электрической части установки	3587 мм
F - Высота до выпускного отверстия	4408 мм

    

Уровень шума

Стандартный	72 дБ(А) при 3,0 м
Возможный	65 дБ(А) при 3,0 м

Вес

Механическая часть установки	12,2 т
Электрическая часть установки	6,8 т
Модуль топливного элемента	15,9 т

Установка С-15

Основные особенности:

• Высокая производительность
• Незначительное воздействие на окружающую среду
• Гибкость в отношении топлива
• Высокая надежность
• Бесшумная работа
• Высокий уровень энергосбережения

Преимущества:

Инновационная стационарная электростанция теплоэнергетическая установка C-3 на основе карбонатных топливных ячеек элементов вырабатывает высококачественную ультрачистую электроэнергию с 47% КПД 24 часа 7 дней в неделю. Предназначенная для коммерческого и промышленного использования, установка обеспечивает легкую транспортировку, бесшумную и надежную работу, легкую планировку производственной площадки.

Выходные характеристики
Номинальная мощность	1400 кВт
Стандартное выходное напряжение переменного тока	480 В
Опциональное выходное напряжение переменного тока	460, 440, 420, 400, 380 В
Частота	50 / 60 Гц
Эффективность
Низшая теплотворная способность:	45-49%
Тепло
Температура выхлопных газов	343 – 400°С
Поток выхлопных газов	8290 кг/ч
Допустимое противодавление	127 мм вод.ст.
Имеющаяся тепловая энергия для рекуперации
до 120°С	558 кКал/ч
до 50°С	940 кКал/ч
Потребление топлива
Природный газ (при 8340 кКал/м3)	5,1 м3/мин
Удельный расход тепла, низшая теплотворная способность	1830 кКал/кВт-ч
Потребление воды
Среднее	17,0 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	56,8 л/мин
Выход воды
Среднее	8,5 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	56,8 л/мин
Выбросы загрязняющих веществ
NOx	4,5 г/МВт-ч
SОx	0,045 г/МВт-ч
PM10	0,009 г/МВт-ч
Выбросы парниковых газов
CO2	444 кг/МВТ-ч
CO2 (с регенерацией отходящего тепла)	236-308 кг/МВТ-ч

Модуль топливного элемента

Вес

Модуль очистки воды	9,1 т
Модуль основного процесса	22,7 т
Десульфуризация	6,8 т
Электрическая часть установки	22,7 т
Модуль топливного элемента	48,5 т

Установка C-30

Основные особенности:

• Высокая производительность
• Незначительное воздействие на окружающую среду
• Гибкость в отношении топлива
• Высокая надежность
• Бесшумная работа
• Высокий уровень энергосбережения

Преимущества:

Инновационная стационарная электростанция теплоэнергетическая установка C-3 на основе карбонатных топливных ячеек элементов вырабатывает высококачественную ультрачистую электроэнергию с 47% КПД 24 часа 7 дней в неделю. Предназначенная для коммерческого и промышленного использования, установка обеспечивает легкую транспортировку, бесшумную и надежную работу, легкую планировку производственной площадки.

Выходные характеристики
Номинальная мощность	2800 кВт
Стандартное выходное напряжение переменного тока	13800 В
Опциональное выходное напряжение переменного тока	12700, 4160 В
Частота	50 / 60 Гц
Эффективность
Низшая теплотворная способность:	45-49%
Тепло
Температура выхлопных газов	343 – 400°С
Поток выхлопных газов	16580 кг/ч
Допустимое противодавление	127 мм в.ст.
Имеющаяся тепловая энергия для рекуперации
до 120°С	1,2 ГКал/ч
до 50°С	1,88 ГКал/ч
Потребление топлива
Природный газ (при 8340 кКал/м3)	10,2 м3/мин
Удельный расход тепла, низшая теплотворная способность	1830 кКал/кВт-ч
Потребление воды
Среднее	34,0 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	113,6 л/мин
Выход воды
Среднее	17,0 л/мин
Пиковое значение во время обратной промывки системы очистки воды	113,6 л/мин
Выбросы загрязняющих веществ
NOx	4,5 г/МВт-ч
SОx	0,045 г/МВт-ч
PM10	0,009 г/МВт-ч
Выбросы парниковых газов
CO2	444 кг/МВТ-ч
CO2 (с регенерацией отходящего тепла)	236-308 кг/МВТ-ч
Уровень шума
Стандартный	72 дБ (А) при 3,0 м
Возможный (опционально)	65 дБ (А) при 3,0 м

Модуль топливного элемента

Вес

Модуль подготовки воды	9,1 т
Модуль основного процесса	22,7 т
Десульфуризация	6,8 т
Электрическая часть установки	27,2 т
Модуль топливного элемента	48,5 т

Установка энергоснабжения на угольном газе

В настоящее время разрабатывается инновационная высокоэффективная энергосберегающая мультимегаваттная система энергоснабжения на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЯ), использующая в качестве топлива синтетический газ из угля с практически нулевыми выбросами.

Акцент при этом сделан на увеличении размеров сборок из топливных элементов и их оптимизации, развитии производственной мощности топливных сборок, а также на техническом проектировании и разработке модулей мегаваттного класса. 10-15-мегаваттные и базовые мультимегаваттные (более 100 МВт) энергоустановки могут эффективно работать на синтетическом газе с из угля и практически нулевым объемом выбросов.

Установка энергоснабжения на пропане

Непрерывная продолжительная работа на пропане является ценной возможностью для островов, отдаленных узлов, национальных парков, центров сбора данных, военных баз, отелей и больниц там, где отсутствует доступ к природному газу.

Несмотря на то, что распределение природного газа посредством газопроводов удобно, газопроводы уязвимы для стихийных бедствий и террористических актов, а также не функционируют во время ремонтных работ. Однако пропан нередко транспортируется и хранится в форме жидкости при комнатной температуре. Он также является надежным топливом для эксплуатации топливных элементов. Можно хранить необходимое количество пропана на месте эксплуатации для обеспечения работы [элементы] на протяжении нескольких дней в условиях различных климатических условий.

Описанные выше инновационные промышленные энергоустановки на топливных элементах класса 1, 2 и 3 обычно работающие на природном газе, могут долгое время работать и на пропане при большой нагрузке и при этом эффективно вырабатывать электроэнергию, сохраняя высокий уровень энергосбережения. Кроме того, прямо во время работы можно мгновенно менять тип топлива на установке с природного газа на пропан как в режиме соединения с электросетью, так и в режиме автономной работы.

Система понижения давления газа из магистральных трубопроводов

Сети снабжения природного газа функционируют при очень высоких давлениях, которое необходимо снизить на коммунальных спускных станциях для подачи газа в распределительную сеть.

кликните на картинку для увеличения

Обычно эта энергия теряется, но теперь ее можно аккумулировать, как ультрачистую энергию, повышая тем самым уровень энергосбережения.

Было разработано инновационное решение, которое интегрирует газовую турбину (турбоэкспандер) и электростанцию на топливных элементах. Эта модульная система способна обеспечить ультрачистой электроэнергией тысячи домов без каких-либо вредных выбросов смога.

Как правило, выделяющаяся при расширении природного газа энергия, которая используется в турбоэкспандере для привода электрогенератора, теряется. В данной системе природный газ из трубопровода преобразовывается для получения водорода. Водород преобразуется в электрическую и тепловую энергии после негорючей электрохимической реакции в тепловом элементе. Получаемое в процессе тепло направляется по каналу обратно в систему для обогрева газа перед его расширением и для оптимизации генерирования электроэнергии турбоэкспандера. Турбоэкспандер является, по сути, циклом дополнительной выработки электроэнергии с использованием сбрасываемого тепла для теплового элемента, где термальная энергия от электрохимического процесса гарантирует, что электростанция функционирует без горения. Электроэнергия коммунального уровня, генерируемая турбоэкспандером и системой топливных элементов, может использоваться в точках потребности в электроэнергии на месте или направляться в электрическую сеть.

Гибридные системы генерации электроэнергии, тепла и холода

Гибридная система "топливный элемент – газовая турбина"

Инновационная гибридная система, включающая батарею твердооксидных топливных элементов (ТОТЯ) и газовую турбину, генерирует то же количество электроэнергии, что и традиционные системы сжигания природного топлива, но требует при этом в два раза меньше топлива, что обеспечивает высокий уровень энергосбережения. При этом затраты на топливо сокращаются вдвое, существенно уменьшается количество выбросов – более, чем на 90%, включая парниковый газ, CO₂.

Принцип работы:

1. Природный газ попадает в топливный процессор, затем направляется в батарею топливных элементов
2. На пути к батарее топливных элементов турбина сжимает воздух, а рекуператор нагревает его
3. С воздухом и топливом в батарее топливных элементов возникает электрохимическая реакция, производящая постоянный ток и тепло
4. Выхлопы выходят из батареи топливных элементов и проходят через газовую турбину
5. Газовая турбина запускает генератор, который вырабатывает электричество
6. Горячие продукты сгорания проходят через рекуператор
7. Чистые выхлопы выходят из турбины

Гибридная система "топливный элемент – абсорбционный холодильник"

Инновационная установка использует систему твердооксидных топливных элементов вместе с двухступенчатой абсорбционной холодильной установкой для эффективной выработки электроэнергии, обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха. Такая система сокращает затраты на электроэнергию посредством эффективного использования твердооксидных топливных элементов для обогрева или охлаждения здания, что повышает уровень энергосбережения. Такая функция особенно привлекательна летом, в период высоких цен и большого потребления энергии.

Принцип работы:

1. Природный газ попадает в преобразователь, где он превращается в водород и окись углерода перед тем как попасть в топливный элемент
2. Вентилятор нагнетает воздух в топливные элементы
3. Постоянный ток генерируется через электрохимические реакции между топливом и воздухом в топливных элементах
4. Горячие выхлопы из топливных элементов идут по трубам к двухступенчатой холодильной установке, где происходит кипение разбавленного химического раствора в высокотемпературном генераторе холодильной установки
5. В режиме обогрева теплый воздух поступает в систему вентиляции помещений посредством конденсирования химического раствора над теплообменником, снабженным промывочной водой. Поочередно, если тепло используется для кондиционирования воздуха, тепло отработанных газов используется для охлаждения при помощи абсорбционного аппарата, компрессора, конденсатора и испарителя
6. Холодный воздух поступает в здание при циркуляции холодной воды из испарителя к катушкам в системе вентиляции здания
7. В результате в выхлопных газах не остается примесей

Гибридная система "топливный элемент – абсорбционный холодильник" - это система совместного производства тепла и энергии, объединяющая перспективные твердооксидные элементы и абсорбционную холодильную/нагревательную установку. Она вырабатывает электричество и одновременно обеспечивает обогрев или воздушное кондиционирование и вентиляцию зданий. Это происходит при освобождении горячих выхлопных газов из топливных элементов для замены газовой горелки высокотемпературного генератора в традиционной двухступенчатой абсорбционной холодильной/нагревательной установке. Система особенно привлекательна, поскольку она позволяет уменьшить максимальную нагрузку энергосистем общего пользования в летнее время – сезон использования кондиционеров.

Гибридная система "топливный элемент – преобразователь пара"

Эта инновационная установка совмещает усовершенствованный преобразователь пара с модулем твердооксидных топливных элементов для создания возможности совместного производства водорода и электричества. Благодаря совместному действию двух систем получается высокоэффективная, энергосберегающая и экономичная безотходная заправочная станция, подходящая для обслуживания теплоэнергетических установок с нулевым содержанием вредных выбросов.

Принципы работы:

1. Природный газ или газолин попадает в испаритель/смеситель для образования горючей смеси с паром
2. Внутренний модуль топливных элементов вырабатывает электроэнергию с нулевым содержанием вредных выбросов
3. Водород и окись углерода вырабатываются преобразователем в высокотемпературной камере. Преобразователь использует тепло отработавших газов топливных элементов, достигая непревзойденных результатов производительности по водороду в 200%
4. Окись углерода и пар воздействуют друг на друга для создания большего количества водорода и двуокиси углерода
5. Двуокись углерода проходит через основу фильтра, оставляя 99,99% чистого водорода
6. Водород сжимается до 413,7 бар и отправляется на хранение
7. Водород отправляется к топливным элементам потребителя с нулевым содержанием вредных выбросов

Преобразователь вырабатывает водород для внутреннего и внешнего использования при компенсировании тепла отработавших газов топливных элементов для преобразования пара. В результате достигается наилучший коэффициент преобразования водорода и энергии. Система представлена в нескольких конфигурациях для обслуживания различных электрических и водородных емкостей.

Преимущества и области применения:

• Основной модуль имеет мощность 200 кВт, которая легко изменяются до версий в 0,5 МВт и 1 МВт
• Основные цели это - эффективная и рентабельная вентиляция, выработка электричества и тепла
• Конструкция установок отличается универсальностью, простотой, высоким уровнем энергосбережения и низкой стоимостью
• Стратегическое партнерство с электростанциями, компаниями обрабатывающей промышленности и основными поставщиками дают преимущества для снижения цен и внедрения продукции на рынок
• Инновационная конструкция может быть ориентирована на достижение нескольких рыночных целей, будь то только работа с электроснабжением или вместе с тепловыми применениями
• Высокоэффективная и энергосберегающая эксплуатация позволяет снизить расходы на топливо и уровень выхлопных газов
• Блочный тип установок способствует легкой установке и облегчает масштабирование
• Инновационный дизайн позволяет обрабатывать углеводородное топливо для эффективной работы топливных элементов
• Опциональная система регенерации CO₂ ограничивает выбросы парниковых газов для минимизации влияния на окружающую среду
• Твердооксидные топливные элементы идеально подходят для работы с газовыми турбинами
• Твердооксидные топливные элементы не подвержены ухудшению эксплуатационных характеристик от CO или углеводородов, поскольку они являются низкотемпературными топливными элементами