כיצד תאי דלק הידרוגן מספקים כוח גיבוי חירום נקי, אמין

כאירועי מזג אוויר קיצוניים, התקפות סייבר ברשת, ותשתיות ההזדקנות משבשות יותר ויותר את אספקת החשמל, הצורך בגיבוי חירום אמין כוח גיבוי חירום מעולם לא היה גדול יותר. גנרטורים מסורתיים דיזל, תוך שימוש נרחב, מגיעים עם חסרונות משמעותיים: רעש, זיהום אוויר, סיכוני אחסון דלק, ופליטות פחמן קדימה מערכות אחסון סוללות מציעים גיבוי דלק נקי, אך הם מוגבלים על ידי משך וקיבולת.

מה הם תאי דלק הידרוגן ואיך הם עובדים?

בפשוטו ביותר, תא דלק מימן הוא מכשיר אלקטרוכימי המשלב דלק מימן עם חמצן מהאוויר לייצר חשמל, חום ומים.בניגוד סוללה, אשר מאחסנת אנרגיה, תא דלק מייצר חשמל כל עוד דלק מסופק. הסוג הנפוץ ביותר עבור כוח גיבוי הוא תאי דלק proton להחליף membrane (PEMFC), אשר פועל בטמפרטורות נמוכות יחסית (80-80) ומציע למולקולות אלקטרו-דלקתיות לדלקת אלקטרוניות; לתאים צלולים נוזליים.

(סוגים אחרים של תאי דלק, כגון תאי דלק חד-חמצני מוצקים (SOFCs), פועלים בטמפרטורות גבוהות יותר (800-1000 ° C) ויכולים לפעול על גז טבעי או ביוגז פנימי שהועברו למימן.בעוד ש-SOFCs מציעים יעילות גבוהה יותר וגמישות דלק, זמן חימום ועלויותיהם הופכות פחות מתאימות לתגובת חירום מהירה בהשוואה ליישומים של כוח גיבוי, מערכות PEMFC בדרך כלל מתוכנות אחסון של מימן ודלק (F) ודלקים (מתקני חשמל משולבים) ו-F) ל-F) באופן אוטומטי, כאשר הם פחות מתאימים ל-F2, כלומר, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, ל-F) ל-F) ל-F) ל-F) ל-מתקני אחסון של דלק (מתקני אחסון של דלק (מתקני חשמל משולבות של דלק (מתקני חשמל LT2, לעומת LTF) ל-F) ל-F) ל-F) באופן אוטומטי ל-F) ל-F) ל-F) ל-F2, לעומת קומפקטיים, לעומת LT2, לעומת קומפקטיים (מתקני חשמל המשולבים, כלומר, לעומת קומפקטיים, כלומר, כלומר, כאשר הם פחות מתאים ל-

יתרונות מרכזיים עבור כוח גיבוי חירום

אמינות בלתי-תואמים ואוטונומיה

תאי דלק הידרוגן פועלים באופן עצמאי ברשת החשמל ואינם מסתמכים על מטען סוללות מאוחסן.כל עוד אספקת מימן זמינה, המערכת יכולה לרוץ ברציפות במשך ימים או שבועות ללא דלק.זה קריטי במיוחד עבור מתקנים שחייב להישאר מבצעיים במהלך הפסקות ממושכות, כגון בתי חולים, מרכזי תגובה חירום, ותחנות טיפול במים יש פחות חלקים נעים מאשר גנרטורים, צמצום סיכונים מכניים, והם יכולים להיות מעוצבים עם ערימה של יישומים קריטיים.

אחריות סביבתית

כאשר מימן מיוצר ממקורות מתחדשים כגון רוח או אלקטרוליזה סולארית & mdash; לעתים קרובות נקרא " מימן ירוק" & mdash; תהליך הכוח כולו מייצר אפס פליטות פחמן.גם כאשר משתמשים מימן מרפורמת גז טבעי (מימן אפור), תאי דלק פולטים באופן משמעותי פחות CO2 ל- קילוואט מאשר גנרטורים ומייצרים את החומר החנקן חלקנומי (NOxir) עם תאים עירוניים מצוינים עבור דלקים (אוקסורה) עם תאים חשמליים עם דלקים) ומוצרים מעולים עם דלקים (FLT:0 חלקיקים) ומוצרים מעולים עם תאים איכותיים (אוקסורה (אוקסורה) עם דלקים) עם תאים מעולים עם דלקים עם דלקים) עם דלקים) עם דלקים) ומוצרים מעולים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים (FLT:0נומטרים) ומוצרים מעולים עם דלקים עם דלקים) ומוצרים מעולים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים עם דלקים מעולים עם דלקים (אוקסמולקולאריים מעולים עם דלק עם תאים מעולים עם דלקים) ומוצרים מעולים עם דלק עם דלק (אוקסמולקולאריים)

עלויות יעילות ועלויות הפעלה נמוכות יותר

תאי דלק להמיר אנרגיה כימית ישירות לחשמל עם יעילות של 40-60% עבור מערכות PEMFC, בהשוואה ל-30-40% עבור גנרטורים דיזל. כאשר חום הפסולת נתפס עבור ניוון (חום ועוצמה), יעילות כוללת יכולה לעלות על 85%. בעוד העלות של דלק מימן כיום גבוה יותר ליחידה מאשר דיזל, תאים דלק דורשים פחות תחזוקה (לא שינויים שמן, פחות שינויים נעים) ויש להם תוחלת חיים תפעולית יותר ל ערימה של 10,000 שעות לפני ירידה ירוקה.

סקלאלה לכל יישום

מערכות דלק הידרוגן הן מודולריות, כלומר יחידות מרובות ניתן לשלב כדי לענות על דרישות כוח מ 1 קילוואט עבור מגדל טלקום מרוחק עד 10MW עבור מרכז נתונים גדול או מתקן תעשייתי. , קנה מידה זה מאפשר לארגונים להתחיל קטן ולהרחיב כצרכים לגדול.

שקט, פעולה נקייה

תאי דלק מייצרים רעש מינימלי ו mdash; באופן קטי מתחת 60 decibels ב 1 מטר & mdash; מה שהופך אותם מתאימים לשימוש בבתי חולים, בתי ספר, ושכונות מגורים ללא נוסעים או שכנים מטרידים. בניגוד, גנרטורים דיזל יכולים לעלות על 100 dB, הדורשים כל כך מחסנים אטום ובכך מפרים את צווי הרעש המקומי.

אתגרים: אימוץ נרחב

אחסון הידרוגן ותחבורה

הידרוגן יש צפיפות אנרגיה נמוכה מאוד, כלומר יש לדחוס אותו ל-350-700 בר או ליקפיד ב- -25 מעלות צלזיוס כדי להשיג צפיפות אחסון מעשית.כלי לחץ גבוה כבדים ומפוזרים, בעוד מימן נוזלי דורש ציוד Cryogenic מיוחד וסובלים מהפסדי חוף רותחים.הובלת מימן באמצעות משאית או צינורות היא יותר יקרה עבור יחידת אנרגיה מאשר העברת דיזל או גז טבעי, ומימן הקיים דורש ציוד ק"מ מוגבל לאזורים כגון תחבורה, לעתים קרובות, כמו גם עלות שטח אחסון של מים.

עלויות של תאי דלק ו- Hydrogen

למרות עלויות הירידה, מערכות דלק PEM לגיבוי עדיין לשאת עלות הון גבוה יותר מאשר גנרטורים של יכולת דומה.משרד האנרגיה האמריקאי שואפת להפחית את עלויות המערכת ל-30/kW עבור יישומים תחבורה ו-500 /kW עבור כוח נייח עד 2030, אבל המחירים הנוכחיים הם גבוהים יותר. Hydrogen דלק עצמו נשאר יקר: עלויות מימן ירוקות של 4-6 דולר לליטר (בהשוואה ל-1.20 דולר) לעומת גזיטון נמוך יותר מ-1.

תשתיות דלק מוגבלות

(ב) עבור מערכת גיבוי מימן להיות אמינה באמת על פני התפיסות המורחבות, יש לספק אספקה מוכנה של דלק מימן זמין כיום.כרגע, רשת תחנת דלק מימן היא ספאר, בעיקר לשרת את צי הרכב החשמלי של קליפורניה.אספקת מימן לאזורים מרוחקים או לא מאוישים יכולים להיות מאתגרים מבחינה לוגיסטית.

שיטות ייצור וטביעת רגל

כיום, כ-95% מהמימן העולמי מיוצר מדלקים מאובנים (רפורמת גז טבעי או גז פחם), וכתוצאה מכך פליטות פחמן דו-חמצני משמעותיות ו-mdash; כל כך מה שנקרא מימן "גרי" (Giry) כדי להפוך את תאי הדלק באמת קיימא עבור כוח גיבוי, מימן חייב להיות "ירוק" (מאלקטרוליטיגזה באמצעות אנרגיה מתחדשת) או "כחול" (עם פחמן ומחסן).

יישומים אמיתיים בגיבוי חירום

מרכזי נתונים

מרכזי נתונים דורשים כוח לא מעצור כדי למנוע אובדן נתונים וירידה בזמן האחרון. מפעילי מרכזיים כמו מיקרוסופט, גוגל, Equinix בחנו תאי דלק מימן כגיבוי או כוח משלים. בשנת 2020, FLT:0FuelCell EnergyFLT 1:1 התקנת מערכת דלק של 1.4MW במרכז נתונים של Apple בצפון קרוליינה, להפגין פעילות רציפה של דלק לרשת יכולה לרוץ למשך זמן רב יותר מאשר סוללות, למנוע בעיות דלק דיזל.

בתי חולים ומתקני בריאות

בתי חולים נדרשים באופן חוקי לקבל כוח גיבוי חירום שיכול להתחיל בתוך 10 שניות.תאים דלק יכולים לענות על הדרישה הזו תוך מתן כוח נקי ושקט עבור מערכות קריטיות כמו ventilators, אורות כירורגיים, אחסון בקירור מחדש. בשנת 2021, בית חולים בקונטיקט להתקין מערכת דלק של 200 קילו-וואט כדי לגבות את מצב החירום שלה, ובכך להשיג ירידה של 30% בפליטת פחמן בהשוואה לגיבוי הקודם שלה דיזל.

מגדלי תקשורת

מגדלי טלקום באזורים מרוחקים או חסונים ברשת מסתמכים לעתים קרובות על גנרטורים דיזל הזקוקים לתדלוק ותחזוקה תכופים. תאי דלק הידרוגן יכולים להחליף אלה עם פתרון אמין יותר, במיוחד כאשר יחד עם מימן מתחדשים המיוצר באתר באמצעות אלקטרוליטיזה המופעלת על ידי השמש.

מגורים וקהילות חוסן

עבור בעלי בתים ומיקרו-צמחים קהילתיים, מערכות דלק מימן מוצגות כנרטורים גיבוי של כל בית-הבית.ה-FLT:0GenCellcioFLT:1 , מערכת G5 מספקת 5 כוח רציף מ מימן מאוחסן או יכול להיות מחובר לפצח אמוניה עבור אספקת דלק.מספר פרויקטים ביפן, גרמניה, וארצות הברית משתמשים בתאים לדלק למתקנים קריטיים, כגון מתחנות משטרה ואסונות.

פתרונות גיבוי אוטומטיים Power Solutions

דיזל גנרטור

גנרטורים דיזל הם תקן התעשייה הנוכחי עבור כוח גיבוי בשל עלות ההון הנמוכה שלהם (< $300 /kW) וזמינות דלק רחב.עם זאת, יש להם הרבה downsides: פליטות גבוהות (כולל חומר צמחי), רעש, רטט, ואת הצורך תחזוקה קבועה (שינויים, סינון, טיפול למניעת עלייה במשקל).

סוללות אנרגיה אחסון מערכות

מערכות סוללות ליתיום-יון משמשות יותר ויותר עבור גיבוי קצר-טווח (15 דקות עד 4 שעות) כי הן שקטות, ללא פליטה, ויש להן זמני תגובה מהירים.עם זאת, סוללות יקרות לגיבוי ארוך-טווח (יותר משש שעות) כי הן דורשות יכולת גדולה ותדירות של סוללות רכיבה על אופניים.

גנרטור גז טבעי

גנרטורים גז טבעי הם נקיים יותר מאשר דיזל, אך עדיין מייצרים CO2 ו- NOx. הם דורשים קשר עם צינור גז, אשר עשוי להיות נפגע במהלך רעידות אדמה או אסונות טבע אחרים.דלק פועל על מימן לייצר רק מים פנוי, וכאשר הם משתמשים מימן מאוחסן, הם לגמרי עצמאיים של תשתיות צינור.עם זאת, גנרטורים טבעיים זולים יותר מעל פני הקרקע ויש להם תמיכה אקולוגית בוגרת יותר.

הדרך Ahead: קידום טכנולוגי ותמיכה במדיניות

מספר מגמות מתכוונות להפוך את תאי הדלק מימן לאפשרות מעשית יותר עבור כוח גיבוי חירום:

  • (FLT:0) העלאת עלויות אלקטרוליצר: ⁇ 1 (המחיר של אלקטרוליטייזרים (שמשתמשים בייצור מימן ירוק) ירד ב-40% בחמש השנים האחרונות, ועם ייצור בקנה מידה גדול (FLT:2projectedFLT 3) כדי להגיע 1.5 / ק"ג עד 2030, מימן ירוק יהיה בעל עלות תחרותיות עם דלקים מאובנים.
  • (FLT:0) שיפור עמידות תאי דלק: אנדרל 1 (New membrane Materials) ועיצובים זרז מרחיבים את ערמת תאי הדלק ליותר מ-50,000 שעות עבור יישומים נייחים, צמצום עלויות ההחלפה.
  • (FLT:0) תמריצים: FLT:1 מחלקת האנרגיה של ארה"ב השקיעה מיליארדים במרכזי מימן ואשראי המס של 45V קיימים באירופה, יפן ואוסטרליה, פיתוח תשתיות מאיץ.
  • (FLT:0) גידול עם אנרגיות מתחדשות: FIRLT:1) עודף אנרגיית השמש והרוח ניתן להשתמש כדי לייצר מימן באמצעות אלקטרוליטיזה, אחסון אנרגיה מתחדשת במשך שבועות או חודשים. גישה זו "כוח-to-gas-to-power" הופכת את הכוח המתחדש באמת.
  • (FLT:0) סטוארדיזציה וקודי בטיחות: אימוץ קודים אחידים לאחסון מימן ומתקן תא דלק (למשל NFPA 2 בארה"ב) מצמצם את החסמים המותרים ומאפשר פריסה רחבה יותר.

פרויקטים של טייס ברחבי העולם מפגינים את האפשרות של תאי דלק מימן עבור אסון-היתר.לדוגמה, פרויקט "H2Resilience" בקליפורניה הטמיע גנרטורים תאי דלק בתחנות אש ומרכזי פינוי, מתן כוח גיבוי במהלך עונות האש הפרועה ביפן, הממשלה מסבסדת תאי דלק מימן לגיבוי למגורים לאחר אסון Fukushima.

מסקנה

תאי דלק הידרוגן מציעים שילוב משכנע של אמינות, קיימות והיקף של כוח גיבוי חירום.בעוד אתגרים נשארים & mdash; במיוחד סביב אחסון מימן, עלות, תשתיות ו-mdash; ההתקדמות המהירה בייצור מימן ירוק וטכנולוגיה תאי דלק היא צמצום הפער עם פתרונות קונבנציונליים.עבור בתי חולים, מרכזי נתונים, רשתות טלקום, וקהילות מחפשות כוח רזבון נמוך, מימן מוכן לייצג את התאים האפשריים להגדלת עלויות הדלק ולהגדיל את יעילותן.