Домашний топливный элемент

или Домашний топливный элемент жилой топливный элемент — это электрохимический элемент, используемый для основного или резервного производства электроэнергии . Они похожи на более крупные промышленные стационарные топливные элементы , но предназначены для использования в жилых домах в меньшем масштабе. Эти топливные элементы обычно основаны на технологии комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) или микрокомбинированного производства тепла и электроэнергии (м-ТЭЦ) , генерируя как электроэнергию, так и нагретую воду или воздух.

Использование

Домашние топливные элементы устанавливаются рядом с сетью, чтобы постоянно производить необходимое количество электроэнергии и тепла. Кроме того, домашний топливный элемент можно комбинировать с традиционной печью, производящей только тепло. Например, немецкая компания Viessmann производит домашний топливный элемент электрической мощностью 0,0 кВт и тепловой мощностью 1 кВт, интегрированный с традиционной тепловыделяющей печью мощностью 19 кВт, используя сеть для нужд электроэнергии ниже и выше топливного элемента. производство. ^[1]

Топливный элемент PEMFC m-CHP работает при низкой температуре (от 50 до 100°C) и требует водорода высокой чистоты. Он склонен к загрязнению, поэтому можно внести изменения для работы при более высоких температурах и улучшить реформатор топлива. Топливный элемент ТОТЭ m-CHP работает при высокой температуре (от 500 до 1000 °С) и может работать с различными источниками энергии, но высокая температура требует дорогостоящих материалов для выдерживания этой температуры. Можно внести изменения для работы при более низкой температуре. Из-за более высокой температуры ТОТЭ обычно имеют более длительное время запуска.

Воздействие на окружающую среду

Поскольку домашний топливный элемент генерирует электричество и тепло, которые используются на месте, теоретическая эффективность приближается к 100%. Это контрастирует с традиционным производством электроэнергии или производством электроэнергии на топливных элементах за пределами дома, которое имеет как потери при передаче, так и бесполезное тепло, что требует дополнительного потребления энергии для бытового отопления. Домашний топливный элемент не может постоянно генерировать необходимое количество тепла и электричества. Поэтому они, как правило, не являются отдельной установкой, а скорее объединяются с традиционной печью и подключаются к сети для удовлетворения потребностей в электроэнергии выше или ниже той, которую производит топливный элемент. Таким образом, общий КПД ниже 100%.

Высокая эффективность домашних топливных элементов побудила некоторые страны, такие как Германия , экономически поддержать их установку в рамках политики реагирования на изменение климата . ^[2]

Установка

Домашние топливные элементы спроектированы и изготовлены так, чтобы их можно было разместить как в техническом помещении, так и снаружи, и они тихо работают в фоновом режиме 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Подключенные к электросети через главную сервисную панель дома и с использованием сетевых измерений , домашние топливные элементы могут легко интегрироваться с существующими электрическими и гидравлическими системами и соответствовать требованиям к межсетевому подключению. В случае сбоя в сети система автоматически переключается на работу в независимом от сети режиме, обеспечивая непрерывное резервное питание для выделенных цепей в доме, пока сеть не работает. Его также можно модифицировать для автономной работы .

Текущие установки

Двадцать компаний установили топливные элементы Bloom Energy в своих зданиях, включая Google , eBay и FedEx . ^[3] В 2010 году генеральный директор eBay рассказал программе «60 минут» , что они сэкономили 100 000 долларов на счетах за электроэнергию за 9 месяцев с момента их установки. ^[4]

из Орегона Компания ClearEdge Power до 2014 года устанавливала системы мощностью 5 кВт в домах Джеки Отри . ^[5] Менеджер по активам Bay Area Брюс Раабе ^[6] и венчурный инвестор Гэри Диллабо. ^[7]

Коммерчески работающая ячейка в Японии под названием Eni-Farm поддерживается региональным правительством и использует природный газ для питания топливного элемента, который затем производит электричество и горячую воду.

В 2013 году 64% мировых продаж микрокомбинированных теплоэнергетических топливных элементов превысили продажи обычных механических роторных систем в 2012 году. ^[8]

Жизненный цикл

Топливные элементы имеют средний срок службы около 60 000 часов. Для блоков топливных элементов PEM, которые отключаются ночью, это соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. ^[9]

Расходы

Большинство домашних топливных элементов сопоставимы с бытовыми солнечной энергии фотоэлектрическими системами в расчете на доллар за установленную мощность. ^{[ нужна ссылка ]} Некоторые домашние топливные элементы, работающие на природном газе, могут генерировать в восемь раз больше энергии в год, чем солнечная установка того же размера, даже в лучших солнечных местах. ^{[ нужна ссылка ]}. Например, домашний топливный элемент мощностью 5 кВт производит около 80 МВтч годовой комбинированной электроэнергии и тепла по сравнению с примерно 10 МВтч, вырабатываемыми солнечной системой мощностью 5 кВт. Однако эти системы нельзя напрямую сравнивать, поскольку солнечная энергия — это возобновляемый ресурс, практически не требующий эксплуатационных затрат, а природный газ — ни того, ни другого.

Эксплуатационные затраты на домашние топливные элементы могут составлять всего 6,0 центов за кВтч из расчета 1,20 доллара США за термальный период для природного газа, при условии полного использования электрической и тепловой нагрузки. ^{[ где? ]}^{[ нужна ссылка ]}

Бытовые топливные элементы могут иметь высокие первоначальные капитальные затраты : по состоянию на декабрь 2012 года компании Panasonic и Tokyo Gas Co., Ltd. продали около 21 000 единиц PEM Eni-Farm в Японии по цене 22 600 долларов США до установки. ^[10]

Стимулы

В США домашние топливные элементы имеют право на существенные льготы и скидки как на уровне штата, так и на федеральном уровне в рамках политики возобновляемых источников энергии . Например, скидки Калифорнийской программы стимулирования самогенерации (SGIP) (2500 долларов США за кВт) и федеральные налоговые льготы (1000 долларов США за кВт в жилых домах и 3000 долларов за кВт в коммерческих целях) значительно снижают чистые капитальные затраты для потребителя. Для бизнеса дополнительные денежные преимущества могут быть реализованы за счет бонусов и ускоренной амортизации топливных элементов. ^[11]

Кроме того, во многих зонах обслуживания домашние топливные элементы получают чистый зачет за любую избыточную электроэнергию, произведенную, но не использованную, путем возврата ее в коммунальную сеть . ^[12]

База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности (DSIRE) предоставляет исчерпывающую информацию о государственных, местных, коммунальных и федеральных стимулах, которые продвигают возобновляемые источники энергии и энергоэффективность . ^[13]

Калифорния

В Калифорнии, в частности, коммунальные услуги взимают более высокие тарифы за кВтч, поскольку потребление энергии превышает установленные базовые уровни – при этом верхний уровень устанавливается на самых высоких ставках, чтобы препятствовать потреблению на этих уровнях. Домашние топливные элементы снижают воздействие на клиентов тарифов высшего уровня, экономя домовладельцам до 45% за счет снижения годовых затрат на электроэнергию. ^[14]

Статус рынка

Домашние топливные элементы представляют собой новый рынок и представляют собой фундаментальный сдвиг в источниках энергии. ^[15] Индивидуальная домашняя система топливных элементов, установленная в доме в США, соответствует энергетической независимости США . Домашние системы топливных элементов в домах могут уменьшить зависимость от коммунальных услуг, повысить энергоэффективность и уменьшить зависимость США от импорта энергии из-за границы. ^[16] Такая самогенерация энергии в рамках подхода распределенной генерации обеспечит и увеличит энергетические мощности США, позволяя отправлять неиспользованную электроэнергию обратно в сети без необходимости добавления новых электростанций и линий электропередачи. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ «Vitovalor.de – обогреватель на топливных элементах Vitovalor 300-P – обогреватель, вырабатывающий электроэнергию» [Vitovalor.de – печь на топливных элементах Vitovalor 300-P – обогреватель, вырабатывающий электроэнергию]. vitovalor.de (на немецком языке) . Проверено 29 июля 2015 г.
^ «Руководство по поддержке ТЭЦ мощностью до 20 кВт ₍ Руководство эл. _Mini -CPH)» . klimaschutz.de (на немецком языке). Архивировано из оригинала 17 марта 2015 года . Проверено 28 июля 2015 г.
^ «Готова ли «волшебная шкатулка» К. Р. Шридхара к прайм-тайму? – Fortune» . Архивировано из оригинала 8 апреля 2010 г. Проверено 21 февраля 2010 г.
^ Bloom Box: энергетический прорыв? - Новости CBS
^ ЛаМоника, Мартин. «ClearEdge рекламирует домашние топливные элементы вместо солнечных батарей» . Новости CNET . Проверено 24 мая 2011 г.
^ Холстед, Ричард. «Житель Кент-Вудлендса стал первым в округе, кто начал питать дом с помощью топливных элементов» . Независимый журнал Марин . Проверено 18 февраля 2011 г.
^ Шваб, Дженнифер (15 декабря 2010 г.). «Авангард в зеленом» . Хаффингтон Пост . Проверено 24 мая 2011 г.
^ Обзор индустрии топливных элементов, 2013 г.
^ Последние события в схеме Эне-Фарм.
^ Запуск нового продукта для домашних топливных элементов «Эне-Фарм», более доступного и простого в установке.
^ Калифорнийская энергетическая комиссия: Распределенная генерация. Архивировано 13 мая 2008 г., в Wayback Machine.
^ «Поколение клиентов» . www.cpuc.ca.gov . Проверено 27 декабря 2023 г.
^ «База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности» . Архивировано из оригинала 8 сентября 2008 г. Проверено 15 октября 2008 г.
^ «Калифорнийская энергетическая комиссия по энергоэффективности коммунальных предприятий» . Архивировано из оригинала 01.06.2019 . Проверено 6 мая 2022 г.
^ Браун, Джеймс Э.; Хендри, Крис Н.; Харборн, Пол (1 апреля 2007 г.). «Развивающийся рынок топливных элементов? Комбинированное производство тепла и электроэнергии в жилых домах в четырех странах» . Энергетическая политика . 35 (4): 2173–2186. дои : 10.1016/j.enpol.2006.07.002 . ISSN 0301-4215 .
^ «Топливные элементы для стационарных энергетических установок» . Energy.gov.ru . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 27 декабря 2023 г.

Внешние ссылки

[1] «Vitovalor.de – обогреватель на топливных элементах Vitovalor 300-P – обогреватель, вырабатывающий электроэнергию» [Vitovalor.de – печь на топливных элементах Vitovalor 300-P – обогреватель, вырабатывающий электроэнергию]. vitovalor.de (на немецком языке) . Проверено 29 июля 2015 г.

[2] «Руководство по поддержке ТЭЦ мощностью до 20 кВт ₍ Руководство эл. _Mini -CPH)» . klimaschutz.de (на немецком языке). Архивировано из оригинала 17 марта 2015 года . Проверено 28 июля 2015 г.

[3] «Готова ли «волшебная шкатулка» К. Р. Шридхара к прайм-тайму? – Fortune» . Архивировано из оригинала 8 апреля 2010 г. Проверено 21 февраля 2010 г.

[4] Bloom Box: энергетический прорыв? - Новости CBS

[5] ЛаМоника, Мартин. «ClearEdge рекламирует домашние топливные элементы вместо солнечных батарей» . Новости CNET . Проверено 24 мая 2011 г.

[6] Холстед, Ричард. «Житель Кент-Вудлендса стал первым в округе, кто начал питать дом с помощью топливных элементов» . Независимый журнал Марин . Проверено 18 февраля 2011 г.

[7] Шваб, Дженнифер (15 декабря 2010 г.). «Авангард в зеленом» . Хаффингтон Пост . Проверено 24 мая 2011 г.

[8] Обзор индустрии топливных элементов, 2013 г.

[9] Последние события в схеме Эне-Фарм.

[10] Запуск нового продукта для домашних топливных элементов «Эне-Фарм», более доступного и простого в установке.

[11] Калифорнийская энергетическая комиссия: Распределенная генерация. Архивировано 13 мая 2008 г., в Wayback Machine.

[12] «Поколение клиентов» . www.cpuc.ca.gov . Проверено 27 декабря 2023 г.

[13] «База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности» . Архивировано из оригинала 8 сентября 2008 г. Проверено 15 октября 2008 г.

[14] «Калифорнийская энергетическая комиссия по энергоэффективности коммунальных предприятий» . Архивировано из оригинала 01.06.2019 . Проверено 6 мая 2022 г.

[15] Браун, Джеймс Э.; Хендри, Крис Н.; Харборн, Пол (1 апреля 2007 г.). «Развивающийся рынок топливных элементов? Комбинированное производство тепла и электроэнергии в жилых домах в четырех странах» . Энергетическая политика . 35 (4): 2173–2186. дои : 10.1016/j.enpol.2006.07.002 . ISSN 0301-4215 .

[16] «Топливные элементы для стационарных энергетических установок» . Energy.gov.ru . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 27 декабря 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]