Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

More documents

Recommendations

Info

ηs y stem = H HV P = ˙mC H3OH · H HVC H3OH P+ samtlige parasitiske tab [V] 2 I [A/cm ] KAPITEL 3. SOEC-TEKNOLOGI [·] (3.35) Figur 3.12: Polariseringskurver fra forsøg med SOEC (rød) og SOFC (blå) [Nielsen 1, 2008]. Ses på grafen over virkningsgraden for en SOEC, vil virkningsgraden fremstå som den reciprokke af en tilsvarende SOFC, som det nævnes i appendiks B.1. På graferne i figur 3.12 ses U/I-kurven for SOFC/SOEC. På den nederste graf fremgår hvorledes, virkningsgraden nærmest følger U/I-kurven. Virkningsgraden kan derfor siges at følge polariseringskurven for en SOEC. Den nederste graf på figuren viser SOEC-virkningsgraden, som den reciprokke af virkningsgraden for en SOFC, men det er teoretisk ikke tilfældet. Det skyldes at diffusionsforholdene for en SOEC og SOFC er forskellige, samt at potentiale forholdet er forskelligt. Det er mange parametre at tage i betragtning, når der ses på virkningsgraden. Det er nødvendigvis ikke mere rentabelt at operere ved den højeste virkningsgrad, da der her er et højt potentiale, som samtidig skaber større slid i cellen. 3.7 Anvendelse af elektrolyseprodukter I afsnittet beskrives anvendelsesmulighederne for elektrolyseprodukterne. Elektrolyseprodukterne kan være kulmonooxid, brint, en blanding af de 2 eller metan. Afsnittet beskriver fremstilling af metanol og syntetiske brændstoffer ved Fischer-Tropsch processen. 3.7.1 Fischer-Tropsch proces (FT) I dette afsnit beskrives fremstillingen syntetiske brændstoffer ved Fischer-Tropsch processen. Af processen fremstilles flydende brændstoffer (alkankæder af forskellig længde), der er kendt som syn- 34
3.7. ANVENDELSE AF ELEKTROLYSEPRODUKTER tetiske brændstoffer, ud fra en syntesegas. FT-metoden blev første gang anvendt i 1920’erne, da der var petroleumsmangel i Tyskland. Opfinderne af metoden er Franz Fischer og Hans Tropsch. Dannelsen af alkaner, der er den mest ønskede reaktion, sker vha. en katalysator, der kan være jern, cobalt, nikkel eller ruthenium. Reaktionen forløber ved en temperatur på 150 − 300 ◦ C og et tryk på mellem 101 Pa og op til 1013 Pa tryk. Ved højere tryk vil reaktionen forløbe hurtigere, men vil også have en større omkostning. Her ses grundreaktionen for Fischer-Tropsch processen: (2n + 1)H2 + nCO → Cn H2n+2 + nH2O (3.36) hvor n er antallet af kulstofatomer. Slutprodukterne kan være jetbrændstof, syntetisk diesel og syntetisk benzin. De uønskede restprodukter kan eksempelvis være metan, der fremkommer når n = 1. Andre uønskede produkter er alken- og alkoholkæder men også voks og forskellige former for olier. Temperatur og katalysator ændres alt efter hvilket slutprodukt, der ønskes. Styring af processen sker efter følgende formel: Wn n = (1 + α)2 ·α (n−1) (3.37) hvor Wn er vægten af hydrocarbon molekylet, der inderholder n-antal kulstofatomer. Heraf kan længden af alkanerne bestemmes og derved hvilket brændstof, der skal fremstilles. α = Kædevækst sandsynligheden. Dvs. α primært er bestemt af katalysatoren og de specifikke reaktions betingelser, såsom temperatur og tryk. Fischer-Tropsch processens resultat kan optimeres ved at regulere parameterne tryk, temperatur og katalysator alt afhængig af det ønskede slutprodukt [Oliebranchen.dk 3, 2008]. Syntetisk diesel kan iblandes konventionel diesel i ubegrænset mængde. Dieselen vil indeholde alkankæder, der har mellem 10 og 15 kulstofatomer (C10H22 - C15H32. I modellen i kapitel 5 fremstilles syntetisk diesel med kæder på 13 kulstofatomer, C13H28. Vand-gas-skift reaktionen En anden vigtig reaktion er en vand-gas-skift reaktion, der hjælper med at styre forholdet i syntesegassen mellem brint og kulmonooxid. Reaktionen danner det uønskede kuldioxid, men er nødvendig for at kunne ændre H2:CO -forholdet i syntesegassen. Eksempelvis ligger forholdet på ca. 0,7 ved kul som råmateriele, mens det ideelle forhold er omkring 2 [Steven og Zumdahl, 2007]. 3.7.2 Metanolfremstilling H2O +CO → H2 +CO2 (3.38) Til metanolfremstilling anvendes syntesegas iform af H2 og CO. Metoden som beskirves her anvendes også til konventionel fremstilling af metanol ud fra naturgas og kul. Kilden brugt til afsnittet 3.7 er [Lee et al., 2008]. Elektrolyseprodukterne Kulmonooxid og brint kan omdannes til metanol ved følgende kemiske reaktion: CO + 2H2 → C H3OH (3.39) Reaktionen foregår ved et tryk på 5-10 MPa og en temperatur på 250 ◦ C. Som katalysator for reaktionen bruges et katalysatormix af kopper, zinkoxid og aluminium. Under den endoterme reaktion, 3.42, fremkommer 3 mol H2 i syntesegassen. Dvs. der er overskud af H2 i forhold til de 2 mol H2, der skal bruges til metanolomdannelsen i reaktion 3.39. Derfor kan der med det overskydende H2 køres reaktioner sideløbende med metanol fremstillingen. Her beskrives 35
Page 1: Energikonvertering ved Solid Oxide
Page 5: Forord Denne rapport er udarbejdet
Page 8 and 9: - forsat fra foregående side Symbo
Page 10 and 11: INDHOLDSFORTEGNELSE 7 Konklusion 79
Page 12 and 13: eguleres. Der er derfor lagrings- o
Page 14 and 15: KAPITEL 1. INDLEDNING kan indgå i
Page 16 and 17: KAPITEL 1. INDLEDNING mulere flere
Page 19 and 20: Kapitel 3 SOEC-teknologi Som muligh
Page 21 and 22: 3.3. ELEKTROLYSE AF KULDIOXID OG VA
Page 27 and 28: 3.4. ELEKTRISK MODSTAND I CELLEN 3.
Page 29 and 30: 3.5. TERMODYNAMIK I SOEC Tabel 3.2:
Page 31 and 32: 3.5. TERMODYNAMIK I SOEC Da energio
Page 33: 3.6. VIRKNINGSGRADER kan distrueres
Page 37 and 38: 3.7. ANVENDELSE AF ELEKTROLYSEPRODU
Page 39 and 40: Kapitel 4 SOEC-anlæg I dette afsni
Page 41 and 42: 4.1. OPBYGNING AF SOEC-ANLÆG Ved (
Page 43 and 44: 4.2. PRODUKTIONSPRIS FOR BRINT Figu
Page 45 and 46: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID • D
Page 47 and 48: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID Dette
Page 49 and 50: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID hvor
Page 51 and 52: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID 4.3.1
Page 53 and 54: 4.3. BEREGNING AF OPSTARTSTID Af fi
Page 55 and 56: 4.4. ELEKTRISK ENERGIKONVERTERING T
Page 57 and 58: 4.4. ELEKTRISK ENERGIKONVERTERING i
Page 59 and 60: Kapitel 5 Modellering af SOEC Dette
Page 61 and 62: 5.3. MODEL FOR ELNETTET 5.3 Model f
Page 63 and 64: 5.3. MODEL FOR ELNETTET I den førs
Page 65 and 66: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG 5.4.1 Opb
Page 67 and 68: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG Figur 5.8
Page 69 and 70: 5.4. MODEL AF SOEC-ANLÆG ved en ma
Page 71 and 72: 5.6. SYSTEMVIRKNINGSGRAD Det ses fr
Page 73 and 74: Kapitel 6 Økonomisk betragtning Ø
Page 75 and 76: 6.2. INDTÆGTER fra 15 ◦C til 400
Page 77 and 78: 6.4. RESULTATDISKUSSION Ud fra form
Page 79 and 80: Kapitel 7 Konklusion I rapportens i
Page 81 and 82: Kapitel 8 Perspektivering I 1960’
Page 83: 8.2. PLACERING Tabel 8.1: Fordele o
Page 86 and 87:
Energistyrelsen 1 [2008]. Elprodukt
Page 88 and 89:
LITTERATUR Steele [2000]. Steele, B
Page 90 and 91:
v_stack = 0.0158 m^3 A.1.3 Densitet
Page 92 and 93:
A. APPENDIKS - BEREGNINGER %Effektt
Page 94 and 95:
A.2 Udregninger af ∆H i EES Figur
Page 97 and 98:
B Appendiks - Supplerende materiale
Page 99 and 100:
B.1. SOFC B.1.2 Cellernes reaktion
Page 101 and 102:
B.2. METANOLBRÆNDSELSCELLER B.2 Me
Page 103:
B.3. HÅNDTERING AF STOFFER B.3 Hå
show all

Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?