Новости альтернативной энергетики

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: СТАЦИОНАРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ - 2005 год.

Сектор стационарных топливных элементов (мощностью более 10 кВт.) приближается к коммерциализации. В 2005 году число установленных стационарных топливных элементов слегка превышает уровень прошлого года и ноябрь 2005 г. их общее количество еще не достигло 800.   Не значительно выросло и численность новых игроков в данном секторе. Это объясняется высокими стартовыми барьерами, в отличии от сектора топливных элементов мощностью до 1 кВт.

            В сравнении с сектором маломощных топливных элементов, где компании сливались, продавались, закрывались, рыночное положение компаний сектора стационарных приложений оставалось стабильным.

ТЕХНОЛОГИИ

            Расплавкарбонатные топливные элементы (Molten Carbonate fuel cell) в данное время вышли на лидирующие позиции сектора стационарных приложений. Это произошло в результате активности компаний FuelCell Energy, GenCell, IHI, и MTU. Количество установок с фосфорнокислыми топливными элементами (Phosphoric Acid fuel cell), установленных в 2005 году составляет всего 50% от уровня прошлого года. Их производством занимались Fuji Electric, Korea Gas и UTC.

Исследованием твердооксидных топливных элементов (Solid Oxide fuel cell) занималось большое количество компаний, особенно в Японии, хотя установлено в 2005 году их было меньше, чем PAFC.   

Похоже, что только UTC Fuel Cells продвинулась в создании протонобменных (Proton Exchange Membrane fuel cell) технологий мощностью 250 кВт., тогда как остальные работают с приложениями не более 10 кВт. General Motors работает с автомобильными приложениями.

ГИБРИДЫ: ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ/ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

            Интересным трендом стационарных приложений было развитие гибридов топливный элемент/газовая турбина. Данную стратегию развивали:  FuelCell Energy (MCFC), GE Energy (SOFC), Rolls Royce (SOFC) и Siemens Westinghouse (SOFC).

            Гибриды имеют большую эффективность, более низкую стоимость обслуживания, и лучшую утилизацию тепловой энергии.

             FuelCell Energy разработала DFC/T – гибридная версия Direct топливного элемента и газовой турбины. В этой схеме топливный элемент производит 4/5 энергии, а остальную часть из тепловой энергии – турбина. КПД данной схемы приближается к 70%.

            DFC/T испытываются на 40 МВт. электростанции, состоящей из 10 топливных элементов и одной турбины мощностью 10 МВт.

            GE Energy выиграла контракт Департамента Энергетики США (DOE) на разработку гибрида SOFC и турбины, работающей на угле. Срок разработок – 10 лет, финансирование $83 млн. Цель – достичь 50% КПД при использовании угля в качестве топлива. Проект разделён на три фазы:

- Разработка 100 МВт. завода по газификации угля и использования сингаза в топливных элементах;

- разработка и демонстрация системы SOFC;

- разработка и демонстрация системы SOFC в многомегаваттных приложениях.

100 МВт. электростанция будет в 2,5 раза больше разработанной станции FuelCell Energy и в 100 раз больше системы Rolls Royce.

Rolls Royce разрабатывает 1 МВт. гибридные станции. Демонстрация технологии намечена на 2008 год.

Подробнее http://www.rolls-royce.com/energy/tech/fuelcell.pdf

            Rolls Royce самостоятельно разрабатывает для данного проекта турбо-генератор.

            Siemens Westinghouse работает с гибридами SOFC высокого давления/турбины уже несколько лет. О результатах, или демонстрационных проектах пока не сообщается.

ТОПЛИВО

Хотя большая часть стационарных топливных работает на природном газе, всё большее количество установок работают с альтернативными видами топлив. В 2005 году усилился тренд применения сингаза и биогаза. В 2005 году биогаз вышел на второе место после природного газа. Водород и керосин и в будущем будут занимать значительную долю в нише малых стационарных установок мощностью более 10 кВт.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

            В 2005 году финансирование направлялось по двум основным направлениям:

            - традиционные транши на исследовательские работы;

            - прямые субсидии (особенно в США) с целью приближения коммерциализации водородных технологий.

            В 2005 году в очередной раз увеличились субсидии с уровня стран/штатов/регионов. В США был принят Энергетический Билль. Билль предусматривает 30% инвестиционные налоговые кредиты до уровня $1000 за кВт. установленной мощности. Налоговые кредиты будут выдаваться с 1 января 2006 по 1 января 2008. В Японии и Ю.Корее субсидируются не конкретные проекты, а стоимость электроэнергии, произведенной топливными элементами в размере 1,5 - 2,0  цента за кВт/ч.

            В Северной Америке значительное финансирование выделяют Connecticut Clean Energy Fund (CCEF) и New York State Energy and Research Development Authority (NYSERDA). В Европе после 2006 г. ожидается новый раунд больших демонстрационных проектов в рамках HyCom (Hydrogen Communities) инициативы. До конца 2006 г. Европейские компании будут концентрироваться на исследованиях и разработках.

            CCEF в октябре 2005 г. выделил $21 млн. на субсидирование энергетических установок, работающих с возобновляемыми источниками энергии. Будут финансироваться установки топливных элементов и фотоэлектрических станций на фабриках, офисах, больницах, университетах и т.д.

МЕЖДУНАРОДНОЕ ФИНАНСИРОВАНИЕ

            Финансирование осуществляется и на международном уровне. International Finance Corporation (IFC) – инвестиционное подразделение Всемирного Банка с общим портфелем инвестиций $17,9 млрд. в 2004 году является крупнейшим источником займов и финансирования.

Global Environment Facility (GEF) финансирует всё большее количество энергетических проектов. CEF имеет бюджет 2003-2006 гг. в размере $3 млрд., из них 35%-40% будут выделяться на проекты, связанные с сокращением выбросов парниковых газов.

С участием IFC и GEF в 2003 году была запущена Fuel Cell Financing Initiative (FCFI). На первом этапе FCFI было выделено $9 млн. Вторая стадия финансирования рассчитана на $45 млн. Цели второй стадии финансирования:

            - субсидии новым установкам;

            - установить 45 МВт. новых мощностей;

            - сокращение регулирующих барьеров;

            - маркетинг и продвижение технологий;

            - эксплуатационная поддержка.

В 2004 году по второй стадии финансирования было установлено почти 7 МВт. топливных элементов мощностью более 10 кВт.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ СТАЦИОНАРНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОЩНОСТЬЮ БОЛЕЕ 10 кВт.

Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC) - Расплавные карбонатные топливные элементы

Ansaldo Fuel Cells (Италия) Разрабатывает MCFC технологии для установок мощностью от 500 кВт. до 5 МВт. Основной продукт – Серия 500 MCFC. Работает на разных видах топлива. Компания впервые продемонстрировала технологию в 1999 году – была установлена 100 кВт.  система на электростанции ENEL в Милане. Цель компании – занять 20% мирового рынка MCFC систем к 2008 году.

FuelCell Energy (США) Компания в текущем году заключила большое количество соглашений с компаниями из разных стран. Среди новых заказов – 1 МВт. установка в Калифорнии в партнёрстве с Chevron Energy Solutions.

            В Японии FuelCell Energy действует в партнёрстве с Marubeni. Kawasaki Heavy Industries установит 300 кВт. систему на заводе Kawasaki под Осакой.

            FuelCell Energy и Marubeni подписали соглашение с POSCO о составлении стратегического альянса по распространению продуктов FuelCell Energy в Корее. Три компании создадут совместное предприятие для исследования, разработок, производства и распространения топливных элементов в Азии и по всему миру. POSCO через Marubeni приобретет три  250 кВт. системы DFC300A.

            В начале 2005 г. FuelCell Energy подписал меморандум взаимопонимания с QuestAir Technologies о применении технологий очистки водорода в топливных элементах. Компании совместно разработают дизайн и проведут экономическую экспертизу систем очистки водорода QuestAir в электростанциях мощностью 1 МВт.

            FuelCell Energy совместно с Enbridge разрабатывает новый мульти-мегаватный проект для газопроводов США и Канады.

            Летом 2005 г. FuelCell Energy объявила о 25% снижении стоимости топливных элементов, что стало частью 3-х летней программы ежегодного снижения стоимости на 20%-25%.

            В августе 2005 г. FuelCell Energy выбрала Concurrent Technologies Corporation (CTC) для модернизации топливных элементов с возможностью работать на пропане 95% чистоты, и быстрым переключением на другой вид топлива. Проект финансируется Департаментом Обороны США (DOD), Армией США и Инженерным Корпусом Армии США.

FuelCell Energy продолжает развивать COFC технологии

GenCell (США) Работает с MCFC технологиями в диапазоне от 40 кВт. до 100 кВт. В начале 2005 г. компания разработала 40 кВт. установку, работающую на газовом трубопроводе. Установка будет снабжать электроэнергией и теплом исследовательский центр водородных технологий в кампусе Университета Коннектикута.

Ishikawajima-Harima Heavy Industries (Япония) Компания поставила две 300 кВт. MCFC установки для EXPO 2005 в Аичи. Chubu Electric утилизирует в первой установке биогаз, получаемый в низкотемпературном реакторе метановой ферментации. Второй установкой управляет Toyota, получая биогаз газификацией отходов леса и пластика. IHI участвует в японском национальном проекте создания 1 МВт. пилотной электростанции. Планируется высокоэффективный гибрид MCFC топливных элементов и турбины.

проект 1 МВт. пилотной электростанции

MTU CFC Solutions (Германия) Совместное предприятие DaimlerChrysler, MTU Friedrichshafen и RWE Fuel Cells (Германия). Разрабатывает MCFC установки под названием Hot Modules в диапазоне от 200 кВт. до 3 МВт. Технологии FuelCell Energy, которая поставляет и топливные ячейки. Hot Modules демонстрируют продолжительность работы 26 000 часов. Один из модулей был установлен в 2005 году на муниципальном заводе по очистке сточных вод в Ahlen. Это первый подобный биогазовый проект в Европе. В следующем году компания начинает производство 250 кВт. установок.

Phosphoric Acid fuel cell (PAFC) - Фосфорнокислые топливные элементы

Bharat Heavy Electrical Limited (Индия) Компания начала исследования данной технологии в 1987 году. Первый элемент построен в 1991 г. Разрабатывает 50 кВт. установки.

Fuji Electric (Япония) Разрабатывает PAFC и протонобменные мембранные технологии (PEM). Компания объявила о том, что ее 100 кВт. PAFC установка наработала 50 000 «trouble-free»  часов.  В июле 2004 компания поставила третью PAFC систему в госпиталь. 100 кВт. установки работают в 15 разных местах. Срок службы установок 15 лет, однако, топливные ячейки и реформеры водорода нуждаются в замене каждые пять лет. Компания начала испытания 1 МВт. установок.

Korea Gas (Корея) разрабатывает 40 кВт. PAFC и 10 кВт. PEM системы.

Nippon Petroleum Gas (Япония) и Toshiba IFC (Toshiba International Fuel

Cells Corporation) объединились на 2 года (май 2004-2006) для демонстрационных испытаний 200 кВт. PAFC установки, работающей на диметиловом эфире в терминале сжиженного газа в Нигате. Диметиловый эфир получают не только из природного газа и угля, но и широкого спектра отходов, включая отходы пластика, навоз животных, осадок сточных вод и т.д. В Японии было решено применять диметиловый эфир из-за того, что он имеет более стабильные цены, в отличие от природного газа, и не содержит серы. Агентство Натуральных Ресурсов и Энергии субсидировало 2/3 стоимости разработок системы и помогает производить эфир.

UTC Fuel Cells (США) Производит топливные элементы для коммерческих, транспортных и космических приложений. UTC Fuel Cells работает со всеми пятью главными технологиями топливных элементов. Компания начинала работать с щелочными элементами для космической программы Аполлона.

            Единственный коммерческий продукт PAFC - PureCell 200 – производит 200 кВт. электроэнергии и тепла.

            В 2002 г. UTC разработала 150 кВт. PEM установку для стационарных электростанций. Причиной перехода на PEM технологии стала более низкая стоимость, однако, исследования продвигаются медленнее, чем в свое время PAFC.

            В сентябре 2005 г. компания поставила семь 200 кВт. PureCell, которые будут вырабатывать 1,4 МВт. электроэнергии и 30 000 кВт. тепла для  Verizon Communications.

            В мае 2005 компания объявила, что ее PureCell 200 произвели суммарно 1 млрд кВт/ч. электроэнергии. PAFC топливные ячейки компании наработали более 7 млн. часов. Компания планирует удвоить срок службы топливных элементов до 10 лет, или 80 000 часов.

Proton Exchange Membrane fuel cell – Топливные Элементы на протоннообменной мембране

 Ballard Power Systems (Канада) Производит топливные элементы от 1 кВт. до 250 кВт. Компания завершила испытания 250 кВт. установки в 2003 году. Компания концентрирует свои исследования в секторе малых стационарных приложений.

Eletrocell (Бразилия) исследовательская компания, созданная государством и частными предпринимателями. Компания производит топливные элементы от 25 Вт. до 75 Вт. для демонстрационных и исследовательских целей. 1,2 кВт. для лабораторных приложений. 3 кВт.- 10 кВт. для стационарных приложений. Компания планирует производство 50 кВт. систем. Компания управляет 30 кВт. прототипом, созданным из трех 10 кВт. модулей.

General Motors (США) Разрабатывает PEM топливные элементы как для стационарных, приложений, так и для автотранспорта. В области больших индустриальных энергетических систем компания ведет совместные разработки с Dow Chemical. В феврале 2004 компании начали первую фазу проекта с установки 75 кВт. системы на заводе Dow  в Техасе. В октябре 2005 на том же заводе были установлены еще 300 кВт.

Планируется, что на заводе по производству пластика будет интегрировано в производство 1 МВт. топливных элементов. Всего компании намереваются установить 400 топливных элементов суммарной мощностью 30 МВт. 

Hydrogenics (Канада) В 2005 году компания добавила к своим разработкам 7 кВт. и 65 кВт. установки.  Основные направления деятельности компании: транспортный сектор и аварийное энергообеспечение.

Компания имеет соглашение с IdaTech о разработке 50 кВт. системы – независимого генератора энергии для отелей, госпиталей и офисных зданий. IdaTech получила грант в размере $9,6 млн. от DOE на разработку 50 кВт. системы на протонобменной мембране. На этих топливных элементах установлены мульти-топливные системы производства IdaTech, позволяющие получать водород из различных топлив (природный газ, пропан, керосин, биодизель, этанол, додекан).

Hydrogenics совместно с Hitachi Zosen разрабатывает системы мощностью от десятков до сотен кВт. Цель исследований – создание энергетических установок с КПД 45% при производстве электроэнергии, 86% при производстве тепла и электричества, 40 000 операционных часов работы.

Nuvera Fuel Cells (Италия/США) Ведет разработки в области транспортных приложений и малых стационарных установок. Компания разработала энергетическую установку Avanti, производящую из природного газа, или пропана 5 кВт. электроэнергии и 7 кВт. тепла.

            Разрабатывается Forza для индустриальных приложений – таких как хлор-кислотные производства, НПЗ, где существующие производства водорода могут использоваться и для снабжения топливных элементов. Коммерческий запуск системы планируется в 2006 году. Объявлено, что Forza может использоваться в тяжелых транспортных приложениях – ж/д транспорте, горной технике, трамваях, кораблях.

Solid Oxide fuel cell  - Твердооксидные высокотемпературные топливные элементы

J-Power (Япония) Разрабатывает комбинированный цикл газификации угля для топливных элементов – IGFC (Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle). IGFC представляет из себя тройную систему: топливные элементы, газовые турбины и паровые турбины. Компания заявляет, что в конце разработок КПД комбинированного цикла составит 60%, эмиссия СО2 сократится на 30% в сравнении с обычными угольными электростанциями. 

Правительство Японии и Организация Развития Новой Энергетики и Индустриальных Технологий (NEDO) финансируют строительство и эксплуатацию пилотной электростанции в рамках 5-летней программы, которая завершается в марте 2007 г.

Tokyo Gas работает с твердооксидными приложениями для домашнего применения. Сотрудничает с Ebara Ballard и Matsushita Electric Industrial.

Mitsubishi Materials (Япония) работает с Kansai Electric в совместном проекте, финансируемом NEDO. Цель компаний – создание 10 кВт. (lanthanum gallate)

установки с температурой процесса ниже 800 градусов Цельсия. В январе 2005 компания объявила, что 1кВт. прототип наработал 1000 часов с КПД 57,6% при температуре 800 градусов. Начало коммерческих продаж ожидается в 2007 г.

Mitsubishi Heavy Industries (Япония) разрабатывает как SOFC, так и PEM технологии. В январе 2004 NEDO начала финансирование двух проектов SOFC.

Компания разрабатывает совместно с Chubu Electric Power 200 кВт. топливные элементы. Начало продаж ожидается в 2008-2009 г. В данное время стоимость кВт. установленной мощности составляет примерно $4500.

Другой совместный проект с Chubu – 350 кВт. установка, комбинированная с микрогазовой турбиной. Компании намереваются начать продажи 20 МВт. - 50 МВт. систем, комбинированных с высокоэффективными газовыми турбинами в 2010 году. Компании объявили, что большая термальная станция (700 МВт. SOFC система) начнёт работу в 2015 году. Станция будет работать в тройном цикле: топливные элементы, газовая турбина, паровая турбина.

            Две демонстрационные установки мощностью 50 кВт. продолжают работать на выставке EXPO 2005.

            В области PEM технологий Mitsubishi совместно с Nippon Oil установила 10 кВт. топливные элементы, работающие на керосине в отеле в г. Хиросима. Nippon Oil производит реформер керосина и катализатор, Mitsubishi – топливные ячейки. Общий КПД установки 76%.

Chubu Electric Power (Япония) работает над диверсификацией топлив и увеличением срока службы топливных элементов. Тестирует 300 кВт. установку на своей электростанции. Демонстрирует свою MCFC установку, работающую на биогазе на EXPO 2005. Испытывает такую же систему на термальной станции в Нагое. Разрабатывает плоские, моноблочные SOFC.

Nippon Steel (Япония) совместно с Sumitomo  испытывают SOFC ячейки производства Acumentrics (США). Изначально компании намеревались модифицировать ячейки Acumentrics для природного газа и использовать их в Японии в малых коммерческих приложениях мощностью 2-10 кВт. Долгосрочная цель – увеличить мощность до 20 кВт., 50 кВт. и 100 кВт.

Nippon Steel стал акционером компании Acumentrics-Japan. В июне 2004  Acumentrics-Japan и Nippon Steel получили финансирование NEDO в размере $10 млн.

Rolls-Royce (Великобритания) тестирует 80 кВт. установки. Компания планирует продемонстрировать продукт в 2008 г.

Siemens Power Generation (США) – старое название Siemens Westinghouse. Ожидается, что первым пред-коммерческим продуктом будет 125 кВт. установка, работающая на природном газе при атмосферном давлении. КПД при производстве электроэнергии 44%-47%. Общий КПД (электричество + тепло) ожидается более 80%. Установки в будущем будут объединяться в более крупные – до 500 кВт.

Ztek (США) работает над большими приложениями. Демонстрационная 25 кВт. установка наработала 15 000 часов. Компания планирует производит установки мощностью 0,5 МВт. и 1 МВт.