1-й СОВМЕСТНЫЙ СЕМИНАР ВНИИТФ – ИЭФ

Развитие ТОТЭЛипилин А.С.

ИЭФ УрО РАН,Екатеринбург, Амундсена, 106. 28 января 2010

начало 10-00

Конструкции элементов и батарей изготовленных и испытанных

автором

Основной компонент ТОТЭ твердый электролит на основе ZrO2

Фианиты

Организационные формы разработки ТОТЭ

• Примером разумной государственной политики в коммерциализации электрохимических генераторов на ТОТЭ являются США. В октябре 2001 года был сформирован Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) и принята программа, целью которой является разработка и промышленный выпуск к 2010 году 5 кВт энергосистем на SOFC со стоимостью не более $400/кВт. Программа SECA включала шесть проектов SOFC наиболее близких к коммерциализации, разрабатываемых конкурирующими промышленными командами: Cummins-SOFCo, Delphi-Battelle, General Electric (GE), Siemens Westinghouse (SW), Acumentrics, and FuelCell Energy (FCE).

Компании, осваивающие промышленный выпуск энергосистем на ТОТЭ в США

Компания Тип ячейкиОбщий вид

ячейкиПрименяемые технологии

Стоимость$/кВт

General Electric

Планарный стек

КаландрованиеПлазменное напыление

~700

DelphiПланарный

стекПленочное литьеТрафаретная печать

767

Fuel Cell Energy

Планарный стек

Versa-Power

Пленочное литьеТрафаретная печатьСовместное спекание

776

AcumentricsТрубчатый

стек

ЭкструзияИзостатическое прессованиеПлазменное напыление

729

Siemens Power Group

-трубчатый стек

ЭкструзияПлазменное напыление 691

Cummins Power

Generation

Планарный стек

Versa-Power

Пленочное литьеТрафаретная печатьСовместное спекание

742

FuelCell Energy

3 кВт

2 фаза (2009-2010) включает в себя разработку 25 кВт стека, который затем собирается в модуль – 250 кВт и энергоустановку - 5МВт, работающую на синтез-газе из угля и отвечающую всем требованиям:- Электрохимическая часть ~ 100$US- 1 кВт установ. мощности < 400 $US - КПД – 45-50% - Коэффиц. использования топлива не менее 90%- NOx< 0.01 lb/MM Btu - Удаление SO2 – 99% - Удаление Hg– 90%- Наиболее экономная длительная удельная мощность ~ 300mW/cm2- Другие требования Заказчика

Вторая фаза Программы

Основные технологии Versa Power System

В США, Acumentrics и Jadoo Power Systems договорились работать вместе, чтобы подготовить выпуск генераторов на топливных элементах, мощностью менее 5 кВт, для военных и коммерческих целей (в частности автономная, бесшумная электростанция на топливе НАТО JP-8 для разведгруппы имеет дополнительное финансирование от Минобороны). Эта мобильная система основана на Acumentrics' твердых оксидных топливных элементах, с заправкой типа «канистра» с возможностью использования нескольких видов топлива, что дает свободу от негибкой топливной инфраструктуры.

4 июня 2008 года Министерство энергетики выделило Acumentric 15,6 млн $US на 3,5 года на развитие трубчатых SOFC до 10 кВт и длительного срока использования. Для ЖКХ Германии Acumentric разрабатывает систему 1кВт электрической и 24кВт тепловой энергии.

В Европе имеется проект “Towards a Large SOFC Power Plant” начатый в 2007 году. Общий бюджет проекта на первые три года составляет 11 млн. евро. Европейский союз предоставил грант в размере 5,8 млн. евро на европейский консорциум. В настоящее время быстро развиваются SOFC-электростанции. Мощность энергоблоков будет варьи-роваться от 20 - 50 кВт до 250 кВт и до 1 МВт. Эти энерго-системы будут пригодны как для ТЭС так и для распределенной энергетики. Первые энергосистемы, как ожидается, поступят в продажу в середине следующего десятилетия. Успех этих разработок опирается на преимущества SOFC-технологии: высокую топливную эффективность (КПД), низкий уровень выбросов, возможность использования различных топлив (использования биотоплива, в том числе газа из био-массы, продуктов газификации угля и природного газа).

ЕВРОПА

Исследовательский консорциум включает в себя девять участников из стран Европы и координируется VTT Техническим исследовательским центром Финляндии : VTT Technical Research Centre of Finland, Wärtsilä Corporation, Rolls-Royce Fuel Cell Systems Ltd, Topsoe Fuel Cell A/S, Forschungszentrum Jülich GmbH, Dipartimento di Ingegneria Chimica e di Processo "G.B. Bonino" - Università di Genova, BOSAL RESEARCH nv, Verteco Oy and Inmatec Technologies GmbH.

SECA Program at Siemens Westinghouse

Энергоустановка мощностью 1,3 МВт

5,7кВт/м3

Фирма(Страна)

Westinghous(США)

Siemens(США)

ИЭФ(Россия)

ИЭФ(Россия)

ИЭФ(Россия)

Констр.элемента(эл-ит,темпер.)

Трубчатая(YSZ, 950OC)

∆ – трубчатая(YSZ, 950OC)

Трубчатая ø10 мм (YSZ, 950OC)

∆ – трубчатая(YSZ, 950OC)

Микро-трубчатая Ø3 мм (YSZ, 950OC)

Удельнаямощность

0,16 кВт/л 0,8 кВт/л 0,58 кВт/л 1,2 кВт/л 1,16 кВт/л

Развитие трубчатой конструкции ТОТЭ

(электрохимическая часть)

Микро-трубчатая 7,0-8,0 кВт/л

Прогнозируемая 70кВт/л

Наш ∆-трубчатый элемент

Использование метода, разработанного профессором Гарвардского университета Shriram Ramanathan, позволяет получить высококачественные твердые оксидные электролиты используемые в обычных SOFCs толщиной около 25 нанометров что позволяет снизить рабочую температуру топливных ячеек до 200 - 300 º С

20х20 нм

Нанотолщина электролита YSZ

ПРОЕКТ В ГК

«РОСНАНОТЕХ»«Создание промышленного

производства энергосистем на основе твердооксидных топливных

элементов»

Научно-техническая цель проекта: Создание нового для России промышленного производства по изготовлению конкурентных на мировом уровне энергосистем с твердооксидными топливными элементами (ТОТЭ), адаптированными к российским материалам и условиям, с использованием промышленных технологий и нанотехнологий на основе промышленно выпускаемых этим производством сырьевых наноматериалов.

Базоваяэнергоустановка

для станцийкатодной защитымагистральныхгазопроводов

«Газпромтрансгаз

Екатеринбург»

Некоторые научные организации России, работающие над технологией топливных

элементов

Урал и Сибирь

• ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ», г. Снежинск

• ИЭФ УрО РАН, Екатеринбург• ИХТТ УрО РАН, Екатеринбург• Институт

высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Екатеринбург

• УГУ им. А.М. Горького, Екатеринбург,

• ИВТЭ УрО РАН, Екатеринбург• ИХТТМ СО РАН, Новосибирск• ИК (и. катализа) СО РАН,

Новосибирск,• Институт теплофизики СО

РАН, Новосибирск• Институт сильноточной

электроники СО РАН, Томск

Центральный район

• ИФТТ РАН, Черноголовка• Центральный институт авиационного моторостроения• МГУ• ИОФ РАН, Москва• С-Пб. ГУ, • Уфимский государственный авиационный технический университет

Спасибо за внимание

ИЭФ УрО РАН