Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

3.6. VIRKNINGSGRADER
kan distrueres eller skabes under en proces, men kun ændre form. Derfor skal enhver form for energi
medregnes i en proces.
Når der ses på termodynamikkens 1. lov kan følgende udsagn opstilles for energibevarelse:
Total energi ind i system − Total energi ud af system = Total ændring af energi i systemet (3.32)
eller som:
∆Es y stem = Ei nd − Eud
(3.33)
hvor ∆Es y stem = Esl ut - Est ar t . Relationen i 3.33 anses som en energibalance, der er anvendelig på alle
systemer der undergår en form for proces. På baggrund af energibevarelsen er der derfor ikke noget i
termodynamikkens 1. lov, der forhindrer en evighedsmaskine [Cengel og Boles, 2007].
Det er derfor nødvendigt at se på den praktiske virkningsgrad, som her benævnes med ηter mi sk. Den
defineres med udgangspunkt i energien, dvs forholdet; Joule til Joule. Den praktiske virkningsgrad
beregnes vha. formel 3.34:
ηter mi sk =
H HVsamlet
P
= ˙mCO · H HVCO + ˙mH2 · H HVH2
P
[·] (3.34)
hvor HHV er Higher Heating Value også kaldet den øvre brændværdi af henholdsvis H2 og CO i
˙m er masseflowet i kg
og P er effekten i kW. I afsnit 5.6 beregnes den praktiske virkningsgrad. Det
s
vurderes, at ηter mi sk giver den mest brugbare og forståelige værdi [Nielsen 1, 2008].
3.6.1 Tab
Der findes mange tab i elektrolyseprocessen, især hvis der ses på systembasis. Nedenfor nævnes nogle
af de tab, der skal tages højde for og som har betydning for virkningsgraden. ˙Q er varmetab, ˙P er
elektrisk effekttab og ˙X er andre tab:
• ˙Q f or d ampni ng er tab ved fordampingen af vand
• ˙Ptr ans f or mer i ng er tab ved effekttransformering fra AC-DC se afsnit 4.4
• ˙Xvandr ensni ng er tab ved rensning af vandet til processen
• ˙XCO2
er tab ved udvinding og rensning af kuldioxid
• ˙Xomg i vel ser er tab ved trykfald og vanddamp, der siver ud af systemet
Det fremgår, at der findes mange tab i processen, og det kan derfor være en forudsætning, for at
opretholde en høj virkningsgrad og derved en lav brændstofspris, at følgende antages:
• ˙XCO2
≈ 0, fordi det fåes næsten gratis fra f.eks. et forbrændingsanlæg eller kraftværk
• ˙Xvandr ensni ng ≈ 0, da det er diskuterbart, hvor rent vandet skal være [Jensen 3, 2008]
• ˙Xtr ans f or mer i ng ≈ 0, fordi der regnes med et meget lille tab fra AC-DC konvertering
Det er diskuterbart, om det kan forventes at kuldioxid er billigt i fremtiden, da det ikke er sikkert
energi bliver konverteret fra forbrænding. Resten af de nævnte tab er relativt små, og de benævnes
ofte med fællesbetegnelsen; parasitiske tab. I forhold til projektet er det optimalt at se på en samlet
systemvirkningsgrad; ηs y stem. For hele processen indtil det færdige slutprodukt som f.eks. metanol
kan systemvirkningsgraden beregnes som følger med udgangspunkt i ligning 3.34:
33
k J
kg .