15/09/2015
Brandstofcellen, de toekomst voor verwarming in residentiële gebouwen?
Daniel Küpper ing. Van Marcke College
Eerste vraag: wat is een brandstofcel? Antwoord: een batterij! Het verschil met een gewone batterij: Een gewone batterij loopt leeg en is ‘plat’ Een brandstofcel wordt bevoorraadt met … waterstof! waterstof!
1
15/09/2015
Principe van een normale batterij: Electro-chemische reactien tussen Een oxidator (die makkelijk een elektron opneemt) & Een reductor (die makkelijk een elektron afgeeft) ...gescheiden door een electroliet.
brandstofcel: Zelfde principe maar ...
reductor = waterstof(H2) oxidator= zuurstof(O2)
2
15/09/2015
Volgende vraag: Waar vind ik waterstof? Antwoord: op 2 manieren… Ik laat het leveren Ik gebruik het ter plaatse (in het stooklokaal)
Stockage & levering van H2
Explosiegevaar Productie van waterstof is zeer duur (produktie via electrolyse die energie gebruikt... om er opnieuw te maken!)
3
15/09/2015
Cx Hy + O2 + N2 Warmte + CO2 + H2O + N2
Scheiding door "cracking" ter plaatse (rol van de reformer)
Geen explosiegevaar, productie ter plaatse op aanvraag. Geschikt voor produktie SWW Modulerend Betrouwbaar
Voornaamste onderdeel van de brandstofcel: de reformer, reformer Die breekt het gas in 2: Waterstof wordt van de koolstof gescheiden!
4
15/09/2015
Een batterij produceert gelijkstroom, Een gelijkrichter zet de gelijkstroom om in wisselstroom! (geïntegreerd in het toestel)
Fotovoltaïsche omvormer
Voordeel van de brandstofcel De brandstofcel is niets anders dan een vorm van warmtekrachtkoppeling: een gelijktijdige productie van warmte en electriciteit met een hoger rendement dan bij afzonderlijke produktie!
5
15/09/2015
Als we elektriciteit zouden produceren met enkel kerncentrales
Het rendement van een Thermische of een kerncentrale is in de orde van 40 % ! 60 % van de energie is verloren... !
Als we elektriciteit zouden produceren met enkel elektriciteitscentrales!
6
15/09/2015
En de CO2... (thermische centrale) En het radioaktief afval... (kerncentrale)
Als we elektriciteit zouden produceren met enkel elektriciteitscentrales!
En brandstofcellen?
We moeten dringend alternatieven vinden!
7
15/09/2015
Andere vormen van warmtekrachtkoppeling Explosie motor Stirling motor Andere vormen van warmtekrachtkoppeling
Microturbines
Ranking cyclus
De explosiemotor is gekend uit de automobielsector
8
15/09/2015
De Stirling motor of motor met uitwendige verbranding
Dit type motor bestaat reeds duizenden jaren…(grieken, romeinen?)
9
15/09/2015
Het gemeenschappelijke punt van deze technieken is de gelijktijdige produktie van warmte en elektriciteit. Het verschil is de verhouding tussen de geproceerde warmte en elektriciteit! Bijvoorbeeld, de Stirling motor vraagt minimum 6 KW thermische energie voor 1 kW elektische productie. Omdat in de nieuwbouw-sector waarden van 4…5 kW courant zijn, is deze motor niet geschikt!!! De brandstofcel daarentegen biedt een verhouding 1/1 : 50 % warmteproduktie voor 50 % elektriciteitsproduktie. Dit systeem is beter geschikt voor goed geïsoleerde nieuwbouw!
De automobielbranche heeft veel ervaring…
10
15/09/2015
Soorten batterijen (in funktie van het electroliet) • AFC : Alkaline Fuel Cell • PEMFC : Polymer Exchange Membran Fuel Cell • DMFC : Direct Methanol Fuel Cell • PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell • MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell • SOFC : Solid Oxid Fuel Cell
Meer gevraagd voor residentiële toepassingen want modilerend en op lagere temperatuur
Type
AFC
PEMFC
DMFC
Electroliet
KOH
Membrane polymère
Membrane polymère
Ionen
OH-
H+
H+
Temperatuur
60-80 °C
60-100 °C
60-100 °C
Brandstof
H2
H2
Methanol
Oxydant
O2
air
air
Toepassing
ruimtevaart
auto, laptop, WWK
laptop
Huidig stadium
In gebruik
prototype
prototype
11
15/09/2015
Tendance pour applications résidentielles car ne nécessite pas de réformeur !
Type
PAFC
MCFC
SOFC
Electroliet
fosforzuur
Li2CO3 et KCO3
ZrO2 et Y2O3
Ionen
H+
C032-
O2-
Temperatuur
180-220 °C
600-660 °C
700-1000 °C
Brandstof
H2
H2
H2
Oxydant
lucht
lucht
lucht
Toepassing
WKK
WKK, prod.centr., maritiem
WKK, prod.centr., auto
Huidig stadium
rijp
prototype
prototype
Wij informeerden onze partners en klanten op de congressen van Van Marcke in Sorrento (2005), Rhodos (2008) en Malta (2011), over de vooruitgang op gebied van brabdstofcellen. Toen waren de meeste apparaten prototypes. Vandaag zijn enkele merken op de markt!
2008
12
15/09/2015
60° C Zusatz WEZ 15 kW
Pufferspeicher BZ 1 - ca.3 kWth
40° C Verteilsystem
De hydraulische aansluiting is bijna even eenvoudig als van een ketel. Men moet een goed gedimensioneerd buffervat voorzien!
13
15/09/2015
Voordelen van de brandstofcel
Energiezuinig Minder uitstoot van vervuiling Minder broeikasgas Minder geluid Geen trillingen Elektrische en thermische autonomie Goede verdeling warmte/elektriciteit Lage onderhoudskosten
Van Marcke denkt Big Blue
14
15/09/2015
Zijn er nog vragen?
Merci de votre attention
15
