Энергетический сервер Блума

Сервер Bloom Energy или Bloom Box — это генератор энергии на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ), изготовленный компанией Bloom Energy из Саннивейла, Калифорния , который использует различные виды топлива, включая жидкие или газообразные углеводороды. ^[1] производятся из биологических источников для производства электроэнергии на месте или вблизи места, где оно будет использоваться. ^[2]^[3] Он выдерживает температуру до 1800 °F (980 °C). ^[4] По данным компании, одна ячейка (одна пластина размером 100×100 мм, состоящая из трех керамических слоев) генерирует 25 Вт. ^[5]

Срок службы топливных элементов составляет около 10 лет; Судя по прогнозам затрат на топливо, точка « окупаемости » для тех, кто приобретет устройство, составляет около 8 лет. Технология элемента продолжает полагаться на невозобновляемые источники энергии для производства электроэнергии, и поскольку это не водородный топливный элемент , он по-прежнему производит углекислый газ (важный парниковый газ ) во время работы.

В 2011 году Блум заявил, что в Калифорнии было развернуто двести серверов для таких корпораций, как Google, Yahoo и Wal-Mart. ^[6]

Технология

В Bloom Energy Server используются тонкие белые керамические пластины размером 100×100 мм. ^[7] Каждая пластина покрыта зелеными чернилами на основе оксида никеля с одной стороны, образующими анод, и другими черными чернилами (вероятно, манганит лантана-стронция ) со стороны катода. ^[8]^[9]Wired сообщил, что секретным ингредиентом может быть стабилизированный иттрием диоксид циркония на основе патент США 7572530 , выданный Блуму в 2009 г.; этот материал также является одним из наиболее распространенных электролитных материалов в этой области. ^[10] В заявке на патент США 20080261099 , переданной Bloom Energy Corporation, говорится, что «электролит включает в себя диоксид циркония, стабилизированный иттрием, и диоксид скандием , стабилизированный циркония , такой как диоксид циркония, стабилизированный скандием-церием». ScSZ имеет более высокую проводимость, чем YSZ при более низких температурах, что обеспечивает большую эффективность и более высокую надежность при использовании в качестве электролита. Скандия представляет собой оксид скандия ( Sc
₂2О
₃ ), который представляет собой переходного металла оксид , стоимость которого составляет от 1400 до 2000 долларов США за килограмм в чистом виде 99,9%. Текущее ежегодное мировое производство скандия составляет менее 2000 килограммов. Большая часть из 5000 килограммов, используемых ежегодно, поступает из запасов советских времен . ^{[ нужна ссылка ]}

Чтобы сэкономить деньги, Bloom Energy Server использует недорогие из металлического сплава пластины для обеспечения электропроводности между двумя керамическими пластинами- проводниками быстрых ионов . В конкурирующих низкотемпературных топливных элементах платина . на катоде требуется ^[8]

Затраты

Установка

Электрический ток ^{[ когда? ]} Стоимость каждого самодельного Bloom Energy Server мощностью 100 кВт составляет 700 000–800 000 долларов. В 2010 году компания объявила о планах создания меньшего домашнего сервера Bloom по цене менее 3000 долларов. ^[8] Блум оценил мощность домашнего сервера в 1 кВт, хотя другие рекомендовали 5 кВт. ^[11] Капитальные затраты составляют 7–8 долларов за ватт. ^[12]

По данным The New York Times (Зеленый блог), в начале 2011 года «... Bloom Energy ... представила услугу, позволяющую клиентам покупать электроэнергию, вырабатываемую ее топливными элементами, не неся капитальных затрат на покупку устройств с шестизначной стоимостью. .... В рамках услуги Bloom Electrons клиенты подписывают 10-летние контракты на покупку электроэнергии, вырабатываемой серверами Bloom Energy, при этом компания сохраняет право собственности на топливные элементы и ответственность за их обслуживание.... «Мы можем сказать клиентам: «Вам не нужно вносить деньги вперед, вы платите только за те электроны, которые используете, и это полезно для вашего кошелька и полезно для планеты», — сказал [генеральный директор К.Р. Шридхар]». ^[13]

Использование

24 февраля 2010 года Шридхар заявил, что его устройства производят электроэнергию по цене 0,08–0,10 доллара за кВтч с использованием природного газа , что дешевле, чем цены на электроэнергию в некоторых частях Соединенных Штатов, например, в Калифорнии . ^[14]^[15] Двадцать процентов экономии средств зависит от предотвращения потерь при передаче энергии, возникающих в результате использования энергосистемы. ^[11]

В 2010 году Bloom Energy заявила, что разрабатывает соглашения о покупке электроэнергии для продажи электроэнергии, производимой ящиками, а не для продажи самих ящиков, чтобы развеять опасения клиентов по поводу обслуживания, надежности и затрат на обслуживание ящиков. ^[16] установлено 123 блока Bloom Box, производящих электроэнергию по цене 16 центов/кВтч . для компании Delmarva Power В рамках 21-летнего контракта с 2012 по 2033 год ^[17]

По состоянию на 2010 год 15% энергии, потребляемой eBay, было произведено за счет использования серверов Bloom Energy. В то время, после учета налоговых льгот, которые фактически вдвое снизили первоначальную стоимость, eBay ожидал трехлетнего периода окупаемости, исходя из тогдашней стоимости коммерческой электроэнергии в Калифорнии в 0,14 доллара за киловатт-час. ^[18]

Инсталляции

Компания сообщает, что ее первые серверы Bloom Energy мощностью 100 кВт были отправлены Google в июле 2008 года. ^[19] Четыре таких сервера были установлены в штаб-квартире Google, которая стала первым клиентом Bloom Energy. ^[16] Очередная установка из пяти коробок ^[1] производит до 500 кВт в штаб-квартире eBay в Калифорнии. ^[16] Bloom Energy заявила, что в число ее клиентов входят Staples (300 кВт – декабрь 2008 г.), ^[20] Walmart (800 кВт – январь 2010 г.), ^[21] FedEx (500 кВт), ^[22] Компания Coca-Cola (500 кВт) ^[23] и Банк Америки (500 кВт). ^[24]^[25] Каждая из этих установок располагалась в Калифорнии.

Система топливных элементов Bloom Box мощностью 1 мегаватт, установленная в штаб-квартире Yahoo в Саннивейле, штат Калифорния, в 2014 году, предназначена для «обеспечения одной трети электроэнергии зданиями на территории кампуса Yahoo». ^[26]

Компания Stop & Shop Supermarket анонсировала систему мощностью 250 кВт в 2015 году, а в 2020 году объявила о планах настроить 40 магазинов в Массачусетсе и Нью-Йорке на «микросети» с использованием серверов Bloom Energy. ^[27]

Портативные агрегаты

Шридхар объявил о планах установить серверы Bloom Energy в странах третьего мира. ^[28] Бывший председатель Объединенного комитета начальников штабов Колин Пауэлл , ныне БлумЧлен совета директоров Energy заявил, что генераторы Bloom Energy могут быть полезны военным, поскольку они легче, более эффективны и выделяют меньше тепла, чем традиционные генераторы. ^[29]

Технико-экономическое обоснование

$CH_{4}+2O_{2}\rightarrow CO_{2}+2H_{2}O+electricity+heat$

Химическая реакция, используемая для создания энергии в продуктах Bloom Energy.

Серверы Bloom Energy объединяют небольшие топливные элементы для совместной работы. ^[7]^[30] Подход Bloom Energy по сборке стопок топливных элементов , который позволяет отдельным пластинам расширяться и сжиматься с одинаковой скоростью при высоких температурах. ^[7] Однако другие производители твердооксидных топливных элементов в прошлом решили проблему различной скорости расширения элементов. ^[9] Скотт Самуэльсен из Национального исследовательского центра топливных элементов Калифорнийского университета в Ирвайне поставил под сомнение срок службы серверов Bloom. «На данный момент у Bloom отличный потенциал, но им еще предстоит продемонстрировать, что они достигли планки надежности». ^[30] Эксперт Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Майкл Такер заявил: «Поскольку они работают при высоких температурах, они могут работать с другими видами топлива, такими как природный газ и метан, и это огромное преимущество... Недостаток заключается в том, что они могут разрушаться при нагревании или охлаждении. " ^[30]

Венчурный капиталист Джон Дорр утверждал, что Bloom Energy Server дешевле и чище, чем сеть. ^[1]^[15] Эксперт Gerson Lehrman Group написал, что, учитывая сегодняшние потери при передаче электроэнергии около 7% и эффективность газовых электростанций коммунальных предприятий в 33–48%, Bloom Energy Server почти в два раза эффективнее, чем газовая электростанция. станция. ^[2] Fortune заявила, что «Bloom до сих пор не опубликовала данные о том, сколько стоит эксплуатация Bloom Box за киловатт-час», и полагает, что основным источником топлива будет природный газ, а не биогаз. ^[31] Репортер AP Джонатан Фэйи в Forbes написал: «Неужели мы действительно снова на это повелись? Каждая компания, занимающаяся экологически чистыми технологиями на планете, заявляет, что может производить экологически чистую энергию дешево, но ни одна из них не может этого сделать. Правительственные субсидии или мандаты удерживают всю мировую промышленность на плаву. Отдайте должное Блуму: компании удалось подключиться к машине ажиотажа, как ни одной другой компании, занимающейся экологически чистыми технологиями на памяти». ^[32]

Эффективность

Блум утверждает, что эффективность преобразования составляет около 50%. ^[33] или до 65% в новом состоянии. ^[17] Современная с комбинированным циклом газотурбинная электростанция (ПГУ) может достигать общей эффективности 60%, а когенерация (электричество и централизованное теплоснабжение ) может достигать эффективности более 95%. Шридхар заявил, что продукты Bloom преобразуют химическую энергию в электрическую за один этап, более экономичны, чем нынешние газовые электростанции, и снижают потери при передаче/распределении за счет производства электроэнергии там, где она используется. ^[34]

Сообщается, что каждый Bloom Energy Server ES5700 обеспечивает мощность 200 кВт, что соответствует базовой нагрузке 160 средних домов или одного офисного здания. ^[35] Среднемесячное потребление электроэнергии для потребителя коммунальных услуг в США в 2012 году составило 903 кВтч в месяц (или 1,24 кВт средней нагрузки). ^[36]

Шридхар сказал, что срок службы коробок составляет 10 лет. ^[15] хотя это может включать в себя замену клеток в течение этого периода. ^[17] Генеральный директор eBay говорит, что серверы Bloom Energy сэкономили компании 100 000 долларов на счетах за электроэнергию с момента их установки в середине 2009 года. ^[8] Сотрудник журнала Fortune Пол Киган называет эту цифру «бессмысленной без подробностей, позволяющих понять, как он туда попал». ^[31]

Самым большим недостатком является высокая рабочая температура, которая приводит к увеличению времени запуска и проблемам механической и химической совместимости.

Долгосрочный бизнес-кейс

Предполагая, что будущее снижение затрат составит 50%, можно утверждать, что в лучшем случае для установки мощностью 200 кВт капитальные (установленные) затраты будут сопоставимы с сегодняшними установками мощностью 100 кВт, т.е. около 800 000 долларов США. При средней цене на электроэнергию 100 долларов США за МВтч и цене на природный газ 3 доллара США за МБТЕ (10 долларов США за МВтч) и при условии, что затраты на техническое обслуживание/эксплуатацию составляют 6% в год, не считая топлива, период безубыточности устройства составит более 8 лет. на основе опубликованных показателей производительности. ^[37]

Рассмотрение долгосрочных затрат варьируется, поскольку резервные генераторы больше не нужны, поскольку энергосистема действует как аварийный резерв. Отсутствие необходимости в обслуживании и замене генераторов сократит период безубыточности.

Имя параметра	Ценить	Единица/описание
Расход топлива (природного газа) для Bloom Energy Server мощностью 200 кВт	1.32	миллион БТЕ в час
Энергия топлива по тарифу в кВт (1 млн БТЕ в час CH ₄ = 293 кВт)	386.76	кВт
Стоимость топлива	$3.96	в час
Производительность электроэнергии	200	кВт
Эффективность системы природный газ -> электричество	52%	процент преобразования энергии природного газа в электрическую энергию
Стоимость электроэнергии	$0.10	за кВтч
Выручка от производства электроэнергии	$20.00	в час
CO ₂ произведено	773	фунт/МВтч
Экономия эксплуатационных расходов на каждый блюмбокс (доходы от электроэнергии за вычетом затрат на топливо)	$16.04	в час
Экономия затрат в год при условии круглосуточной работы с полной нагрузкой.	$140,510.40	в год
Капитальные затраты (расчетные минимальные затраты после прогнозируемых сокращений)	$800,000.00	за каждый агрегат мощностью 200 кВт
Стоимость годового обслуживания/эксплуатации	6%	как часть капитальных затрат, в год
Экономия средств после затрат на техническое обслуживание	$92,510.40	в год
Период безубыточности	8.6	годы

Соревнование

Аналитик Gerson Lehrman Group написал, что GE ликвидировала свою группу по производству топливных элементов пять лет назад, а Siemens почти ликвидировала свою. ^[2] GE Power Conversion исследует силовой гибрид SOFC. ^[38] United Technologies — единственный крупный конгломерат , обладающий конкурентоспособной технологией топливных элементов. ^[2] У Toshiba есть технология, позволяющая обеспечивать энергией небольшое устройство, а не окрестности. ^[2]

Sprint владеет 15 патентами на водородные топливные элементы и использует 250 топливных элементов для обеспечения своей деятельности резервным питанием. Sprint использует энергию топливных элементов с 2005 года. В 2009 году программа Sprint по топливным элементам получила грант в размере 7,3 миллиона долларов от Министерства энергетики США на увеличение водородной емкости баков топливных элементов с обеспечения до 15 часов резервного питания. до 72 часов. ^[39] Sprint заключила партнерские отношения с ReliOn и Altergy по производству топливных элементов, а также с Air Products and Chemicals в качестве поставщика водорода. Немецкая компания по производству топливных элементов P21 работает над аналогичными проектами по обеспечению резервным питанием для сотовой связи. ^[40] United Technologies производит топливные элементы по цене 4500 долларов за киловатт.

В октябре 2009 года Министерство энергетики выделило гранты на сумму почти 25 миллионов долларов США на исследования и разработки солнечного топлива. ^[10]^[41]

В октябре 2012 года правительство США наградило Bloom Energy 70 710 959 долларов в рамках программы премий в области энергетики по разделу 1603. ^[42]

Конкурент заявил, что в Bloom Box используется «толстый электролит», которому для преодоления электрического сопротивления требуется температура 900 °C. Топливный элемент Топсе ^[43] и Ceres Power вместо этого используют технологию «толстого анода», которая позволяет работать при более низких температурах. Ceres имеет четырехлетнюю программу по установке 37 500 единиц оборудования в домах клиентов британской компании British Gas . ^[44]

Сравнительно масштабные продукты Ballard Power основаны на топливных элементах с протонообменной мембраной . Установки Ballard мощностью 150 кВт предназначены для мобильных устройств, таких как городские автобусы, ^[45] в то время как их более крупные стационарные системы мощностью 1 МВт сконфигурированы из блоков строительных блоков мощностью 11 кВт. ^[46]

Еще одним конкурентом в Европе и Австралии являются керамические топливные элементы . Он заявляет, что эффективность только энергетических блоков составляет 60%; Эти топливные элементы основаны на технологии австралийской CSIRO . ^[47]

См. также

Домашний топливный элемент

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Пионеры технологий, которые изменят вашу жизнь» . Время . 17 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2009 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Эксперт GLG (22 февраля 2010 г.). «Отвечаем на вопросы, на которые нет ответа» . Группа Герсона Лермана. Архивировано из оригинала 27 февраля 2010 года . Проверено 23 февраля 2010 г. {{cite web}}: |author= имеет общее имя ( справка )
^ «Цветущий ящик: что это такое и как он работает?» . Христианский научный монитор . 22 февраля 2010 г.
^ «Представлен сервер Bloom Energy Server, Bloom Box пока не для дома» . Мобильный журнал . Mobilemag.com. 25 февраля 2010 г. Архивировано из оригинала 17 сентября 2013 г. Проверено 28 июля 2013 г.
^ Гольденберг, Сюзанна (22 февраля 2010 г.). «Запуск топливных элементов Bloom Box» . Хранитель . Лондон.
^ «Ведущие компании отрасли выбирают Bloom Electrons для немедленной экономии затрат и снижения выбросов углекислого газа» (PDF) (Пресс-релиз). Энергия Блум. 20 января 2011 года . Проверено 30 июня 2011 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Шмит, Джули (24 февраля 2010 г.). «Чистая, дешевая энергия от топливных элементов в коробке?» . США сегодня .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Цветущий ящик: энергетический прорыв?» . 60 минут . 21 февраля 2010 года . Проверено 22 февраля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Субхаш С. Сингхал, Кевин Кендалл (2003). Высокотемпературные твердооксидные топливные элементы: основы, конструкция и применение . Эльзевир. п. 10 . ISBN 1-85617-387-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Канеллос, Майкл (22 февраля 2010 г.). «Запуск топливных элементов Bloom Box» . Проводной . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Проблемы Bloom Box: надежность, стоимость» . Новости cNet . 24 февраля 2010 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Фарид Закария (22 апреля 2010 г.). «КР Шридхар: гуру топливных элементов Bloom Energy - Newsweek и The Daily Beast» . Newsweek.com . Проверено 28 июля 2013 г.
^ Вуди, Тодд (20 января 2011 г.). «Доступный способ купить энергию топливных элементов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 февраля 2011 г.
^ Вуди, Тодд (24 февраля 2010 г.). «В Калифорнии процветает производитель топливных элементов» . Блоги Нью-Йорк Таймс . Проверено 26 апреля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Вуди, Тодд (24 февраля 2010 г.). «Bloom Energy заявляет о новой технологии топливных элементов» . Нью-Йорк Таймс .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Энергия Блума раскрыта на 60 минутах!» . Гринтек Медиа . 19 февраля 2010 г. Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Хелман, Кристофер (13 февраля 2020 г.). «Расследование Forbes: как Bloom Energy потратила миллиарды, обещая дешевые, экологически чистые технологии, которые терпят неудачу» . Форбс .
^ «В Калифорнии расцветает производитель топливных элементов» . Нью-Йорк Таймс . 24 февраля 2010 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ «Технологии НАСА приходят на Землю» . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ «Будьте решением | История клиента: основные продукты» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ «Будьте решением | История клиента: Walmart» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ «Будь решением | История клиента: FedEx» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ «Будьте решением | История клиента: Coca-Cola» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ «Будь решением | История клиента: Bank of America» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ «Пресс-кит» . Энергия Блум . Проверено 24 февраля 2010 г. (основной источник)
^ Халл, Дана (31 июля 2014 г.). «Yahoo — последний клиент Bloom Energy» . СиликонБит . Проверено 7 декабря 2014 г.
^ «Stop & Shop переведет 40 своих магазинов на микросети, готовясь к суровым погодным условиям и перебоям в подаче электроэнергии» . 16 января 2020 г. Проверено 20 января 2020 г.
^ «Прямой эфир с пресс-конференции Bloom Box» . Engadget . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Подпись: Джош Лоуэнсон, Мишель Мейерс (24 февраля 2010 г.). «Член правления Bloom Колин Пауэлл – Встречайте коробку Bloom (изображения) — Новости CNET» . News.cnet.com . Проверено 28 июля 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Bloom Energy представляет топливный элемент «Bloom Box»» . Сан-Хосе Меркьюри Ньюс . 24 февраля 2010 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Цветущий ящик: сигвей или спаситель?» . Удача . Архивировано из оригинала 24 марта 2010 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Фэйи, Джонатан (24 февраля 2010 г.). «Что нужно доказать Bloom Energy» . Форбс . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ Мартин ЛаМоника (01 марта 2010 г.). «Разбор фактов и вымысла с помощью коробки Bloom Energy | Green Tech – CNET News» . News.cnet.com . Проверено 28 июля 2013 г.
^ «КР Шридхар: Стенограмма интервью Fresh Dialogues, часть первая» . Свежие диалоги. 07.10.2009 . Проверено 28 июля 2013 г.
^ «Энергетический сервер – что это такое?» . Энергия Блум . Проверено 2 декабря 2014 г.
^ «Сколько электроэнергии потребляет американский дом? – Часто задаваемые вопросы – Управление энергетической информации США (EIA)» . Eia.gov . 10 января 2014 г. Проверено 2 декабря 2014 г.
^ «Чистая, возобновляемая энергия | Твердооксидные топливные элементы Bloom Energy» . Bloomenergy.com . 13 октября 2011 г. Проверено 28 июля 2013 г.
^ «GE заявляет о прорыве в области топливных элементов и начинает опытное производство» . ИИЭЭ . 25 июля 2014 года . Проверено 28 февраля 2016 г.
^ «Sprint получает грант Министерства энергетики США в размере 7,3 миллиона долларов на расширение использования водородных топливных элементов» . 17 апреля 2009 г. Архивировано из оригинала 2 декабря 2009 г.
^ Ференбахер, Кэти (23 февраля 2010 г.). «Телефонные компании тоже разрабатывают топливные элементы» . Деловая неделя . Архивировано из оригинала 27 февраля 2010 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ «Новая форма солнечной энергии: прямое солнечное топливо» . Деловая неделя . 28 октября 2009 года . Проверено 24 февраля 2010 г.
^ «Акт о восстановлении» . Проверено 31 января 2013 г.
^ «Топливный элемент Топсе» . Topsoefuelcell.com . Проверено 28 июля 2013 г.
^ «Инновации: Блум не начинал революцию в области топливных элементов» . 26 февраля 2010 г.
^ «Портфель продуктов PEM FC» (PDF) . Баллард Пауэр. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 г. Проверено 4 марта 2010 г.
^ «Обзор приложения» . Баллард Пауэр . Проверено 4 марта 2010 г.
^ «КФКЛ» . Керамические топливные элементы . Проверено 17 мая 2010 г.

Внешние ссылки