Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

KAPITEL 4. SOEC-ANLÆG
På figur 4.3 er elektrolysecellens levetid præsenteret, som funktion af prisen på H2 vist svarende til
prisen på en tønde olieækvivalent. De tre kurver repræsenterer tre forskellige prisniveauer på cellen.
Prikken på kurven US$ 6300 angiver beregninger fastlagt på baggrund af estimeringerne i tabel 4.2.
Som det ses på grafen, flader kurverne nogenlunde ud efter en levetid på ca. 3-4 år. Dette betyder, at
prisen på H2-produktionen efter 3-4 år i mindre grad afhænger af cellens levetid.
Figur 4.2 og 4.3 viser begge beregninger foretaget på produktion af H2. Lignende beregninger og grafer
er lavet for CO-produktion. Resultaterne for undersøgelsen af CO-produktion viser samme tendenser
som H2-produktion, dog med forskel i værdierne. Produktion af CO er lidt dyrere end H2- produktion
og produktionsprisen for CO i forhold til levetid viser, at prisen først efter 6 års levetid er uafhængig
af denne.
4.2.1 Økonomisk sammenfatning
Det ses både på figur 4.2 og figur 4.3, at prisen på elektrisk energi er langt den største del af prisen af
H2- og CO-produktion. Det er nødvendigt, at fokusere på at finde billigt produceret elektrisk energi.
Hvis der bruges elektrisk energi, der koster det som en dansk privatforbruger betaler for det, vil det
svare til en pris på 12 UScents/kWh, hvilket er ca. en faktor 10 højere end anget i rapporterne.
Selvom prisen på elektrisk energi er den største faktor i H2-prisen, betyder det ikke at prisen på produktion
af H2 ikke kan sænkes på andre måder. Det er f.eks. nødvendigt at forske i cellernes livstid,
således disse kan forlænges. Den korte levetid vil, som figur 4.3 viser, have indvirkning på produktionsprisen.
Ligeledes er det nødvendigt at sænke prisen på cellerne, da det som vist på figur 4.3 ses,
at høje cellestakpriser giver høje produktionspriser.
Produktionsprisen af H2 og CO kan som tidligere nævnt også sænkes ved at udnytte spildvarmen og
restprodukterne fra elektrolyseprocessen. Produktionsprisen kan yderligere sænkes, hvis cellen opereres
ved de ideele strømme og spændinger angivet i tabel 4.2 [Jensen 1, 2006].
De største udfordringer for produktion af H2 og CO ved elektrolyse, ligger i at sænke cellestakprisen,
samt forlænge dens holdbarhed og levetid. Optimering af disse faktorer vil føre til en væsentlig billigere
H2- og CO-produktionspris.
4.3 Beregning af opstartstid
For at SOEC kan indgå i det danske elnet som reguleringsmiddel, er opstartstiden en væsentlig faktor.
I afsnittet indgår termodynamiske beregninger for bl.a. at komme frem til en ideel opstartstid af en
SOEC-stak. Til beregningerne på SOEC-stakken benyttes analysemetoden Lumped System Analysis
for en-dimensionelle systemer, samt formler for varmetransmission på baggrund af kilden [Cengel,
2006]. Resultaterne vil blive præsenteret i afsnittet, mens selve udregningerne kan ses i appendiks A.1.
Gennem afsnittet fremgår hvilke antagelser, der er gjort til beregningerne.
Opstartstiderne er regnet helt ideelt. Som det ses på figur 4.4, modelleres SOEC-stakken som en rektangulær
boks. Nedenfor ses en liste over antagelser benyttet:
• Stakkens dimensioner er 12 · 12 · hst ak cm 3 , hvor hst ak er højden på stakken
• Der tages ikke hensyn til materialernes udvidelseskoefficienter
• Temperaturstigningen antages at være liniær
44