Celulele de combustibil pe bază de hidrogen stimulează tranziția la căldură combinată și energie bazată pe surse regenerabile

Central pentru planul principal de infrastructură cu hidrogen este sistemul staționar de celule de combustibil CHP al HEE care utilizează hidrogen gazos ca sursă de energie. Componentele critice sunt schimbătorul de căldură cu plăci lipite prin fuziune Alfa Laval AlfaNova pentru a răci blocul de celule de combustibil și schimbătorul de căldură cu plăci gaz-lichid Alfa Laval pentru a recupera căldura de evacuare. Testat și verificat, sistemul eliberează doar vapori de apă și aer, accelerând economia sustenabilă a hidrogenului de mâine.

Facilitarea economiei hidrogenului

Înființată în 2018, HEE realizează misiunea de a asigura un viitor cu energie curată prin dezvoltarea, validarea și implementarea soluțiilor energetice sigure, accesibile și sustenabile bazate pe hidrogen.

„Tranziția rapidă la sistemele de energie regenerabilă este urgentă”, spune Stephan Duch, Director General, HEE. „Hidrogenul va juca un rol vital în a ajuta lumea să-și reducă dependența de combustibilii fosili și să se îndrepte către emisii nete zero.”

Aprovizionarea componentelor critice pentru sistemul de celule de combustibil CHP al HEE s-a dovedit inițial o provocare. Schimbătoarele de căldură gaz-lichid Alfa Laval și 100% oțel inoxidabil lipite prin fuziune Alfa Laval AlfaNova au fost alegeri clare pentru recuperarea căldurii de evacuare și răcirea stivei.

Am abordat Alfa Laval din perspectiva expertizei sale, a experienței solide, a tehnologiei dovedite a schimbătorului de căldură cu plăci, a capacității de a crește producția la scară comercială și a viziunii comune de accelerare a tranziției la energia regenerabilă.”

spune domnul Julius Jelden-Thurm, Co-Ofițer Tehnic, HEE.

Dimensiunea a fost un parametru crucial pentru sistemul de celule de combustibil CHP al HEE, deoarece designul său este derivat din sisteme similare din industria auto. Schimbătorul de căldură cu plăci gaz-lichid s-a remarcat ca o alegere solidă ca unitate de recuperare a căldurii de evacuare datorită designului său ultracompact, eficienței ridicate, performanțelor excepțional de înalte și rezistenței superioare la oboseală termică.

Același lucru este valabil și pentru Alfa Laval AlfaNova, 100% din oțel inoxidabil, pentru a răci stiva, asigurând în același timp curățenia procesului.

Diagrama schematică a unui sistem generic de celule de combustibil cu hidrogen

Hidrogenul curge în stivă, generând energie electrică. Schimbătorul de căldură cu plăci lipite prin fuziune Alfa Laval răcește stiva; schimbătorul de căldură cu plăci gaz-lichid Alfa Laval recuperează căldura din aerul cald pentru reutilizare. Se eliberează doar vapori de apă și aer.

Cel mai bun raport preț-performanță

Amprenta redusă, sustenabilitatea și eficiența termică ridicată au fost considerentele principale în selectarea schimbătoarelor de căldură cu plăci gaz-lichid și lipite prin fuziune Alfa Laval pentru sistemul de celule de combustibil CHP al HEE. Raporturile preț-performanță au fost convingătoare.

Schimbătoarele de căldură cu plăci Alfa Laval au furnizat performanțe solide la costuri cu 20% mai mici decât unitățile comparabile, a arătat analiza noastră”, spune domnul Jelden-Thurm. „Deci decizia de a merge mai departe cu Alfa Laval a fost ușoară. În plus, ambele au caracteristici unice de design care s-au dovedit fundamentale pentru succesul sistemelor noastre staționare de celule de combustibil CHP.”

Îndeplinirea cerințelor CHP bazate pe hidrogen

Compacte și sustenabile, schimbătoarele de căldură cu plăci gaz-lichid Alfa Laval minimizează amprenta totală și costurile de instalare asociate ale sistemului de celule de combustibil CHP al HEE. Schimbătoarele de căldură cu plăci au canale asimetrice cu plăci cu model de gropițe pe partea de gaz pentru a permite un flux mare de gaz și o eficiență ridicată a transferului de căldură. Aceasta s-a dovedit cea mai bună soluție generală pentru a satisface cerințele aplicației. Materialul de lipire ține plăcile în siguranță împreună în punctele de contact, asigurând eficiența optimă a transferului de căldură și rezistență la presiune. Mai mult decât atât, amprenta la sol a schimbătorului de căldură cu plăci gaz-lichid este cu 75% mai mică decât unitățile comparabile cu carcasă și tub și mult mai mică decât alte schimbătoare de căldură cu plăci considerate de HEE.

Menținerea la rece a stivei de celule de combustibil este esențială pentru o funcționare sigură, fiabilă și eficientă. Curățenia procesului este un alt aspect cheie. Răcitorul de stivă Alfa Laval AlfaNova, realizat 100% din oțel inoxidabil, minimizează scurgerea ionilor și coroziunea ulterioară și degradarea sistemului.

„Schimbătorul de căldură cu plăci lipite prin fuziune AlfaNova a fost alegerea evidentă pentru răcirea stivei”, spune domnul Jelden-Thurm. „Asigură că apa de înaltă puritate utilizată ca lichid de răcire are o conductivitate scăzută, o necesitate pentru sistemul de celule de combustibil.”

Tehnologia patentată de lipire Alfa Laval AlfaFusion oferă o rezistență mecanică superioară și un transfer eficient de căldură chiar și atunci când diferența de temperatură între mediul cald și cel rece este mică. Acest lucru duce la economii la costurile energetice. Un alt plus: este complet reciclabil la sfârșitul duratei de funcționare.

De la pre-serie la producție în serie

Validarea sistemului pilot de celule de combustibil cu hidrogen HEE a deschis calea către creșterea producției de pre-serie printr-un joint venture cu orașul Guiyang și parteneri industriali locali și regionali. Construcția unei fabrici de producție pentru sistemul de celule de combustibil CHP al HEE este în curs de desfășurare. HEE a comandat recent schimbătoare de căldură cu plăci Alfa Laval suplimentare pentru livrare la unitatea de producție din Guiyang și anticipează extinderea la producția de serie în doi ani. Scopul este de a furniza și conecta sistemele de celule de combustibil la rețeaua rezidențială de termoficare, ca parte a soluțiilor de energie regenerabilă de la Guiyang.

„În acest moment, folosim hidrogen reformat din combustibili fosili, dar intenționăm să trecem la hidrogen provenit din gazeificarea nămolului de canalizare municipală și electroliza apei alimentată cu energie verde, odată ce infrastructura este pusă la punct”, spune domnul Jelden-Thurm. „Cu toate acestea, nu există emisii locale de la sistemele noastre de celule de combustibil, deoarece este un sistem închis care eliberează doar vapori de apă și aer.

Eficiența totală a sistemului de peste 100%.

Majoritatea sistemelor de cogenerare pe bază de combustibili fosili ating de obicei o eficiență totală de 65–80%, conform Agenției pentru Protecția Mediului din SUA. HEE estimează că celula sa de combustibil pe bază de hidrogen are o eficiență electrică maximă de aproximativ 55%.

„Sistemul de celule de combustibil CHP al HEE poate atinge o eficiență totală a sistemului de 105% utilizând metode convenționale de calcul”, spune domnul Jelden-Thurm. „Luând în considerare eficiența suplimentară de 30–40% datorată energiei termice recuperate din răcirea stivei și 15% din recuperarea căldurii de evacuare, schimbătoarele de căldură cu plăci Alfa Laval sunt vitale pentru creșterea eficienței generale a sistemului nostru.”

Notă: Calculele din paragraful de mai sus se bazează pe unitățile CHP din pre-seria HEE și trebuie verificate pe termen lung. Puterea reală electrică și termică va varia în funcție de aplicație.

Colaborarea pentru un viitor cu energie curată

Având în vedere succesul joint venture-ului din Guiyang de până acum, HEE este optimist cu privire la viitor. Alte autorități locale și regionale din China au urmărit cu interes progresele înregistrate.

„Anticipăm o implicare activă în alte acorduri de joint venture din China și intenționăm să reproducem modelul de afaceri Guiyang în alte zone”, spune domnul Duch. „De asemenea, așteptăm cu nerăbdare să sprijinim Germania în eforturile sale de a atinge autosuficiența energetică din surse regenerabile și de a renunța la dependența de combustibilii fosili.”

„Unitatea de recuperare a căldurii gazelor de eșapament Alfa Laval și răcitorul stivei sunt componente esențiale în sistemul nostru staționar de celule de combustibil CHP. Ele sunt fundamentale pentru succesul nostru”, adaugă domnul Jelden-Thurm.

Am ajuns să ne bazăm pe Alfa Laval și avem încredere că colaborarea noastră va continua și în viitor.”

Dl. Julius Jelden-Thurm, Co-Ofițer Tehnic, HEE

Soluții sustenabile pentru o lume mai bună

HEE și Alfa Laval colaborează pentru a satisface cererile de energie de mâine, reducând în același timp dependența globală de combustibilii fosili. Sistemul de celule de combustibil CHP al HEE, cu unitatea de recuperare a căldurii gazelor de eșapament Alfa Laval și schimbătorul de căldură cu plăci lipite prin fuziune pentru răcirea stivei, promovează utilizarea hidrogenului ca purtător de energie pentru energie regenerabilă viabilă din punct de vedere comercial.

Alfa Laval promovează soluții energetice inovatoare, accelerând tranziția către un viitor mai curat și mai sustenabil. Aceste soluții ajută la reducerea emisiilor și la îmbunătățirea eficienței energetice, promovând în același timp o utilizare mai responsabilă a resurselor naturale. Ca întotdeauna, Alfa Laval este pregătită să sprijine industria celulelor de combustibil pentru a satisface cererea globală în creștere.

Descărcați povestea de caz