Optymalna technologia dla systemów ogniw paliwowych
Mimo że technologia ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) nie jest równie dojrzała co technologia ogniw z membraną do wymiany protonów czy ze stopionym węglanem, to może mieć więcej zastosowań niż te dwie ostatnie. Technologia SOFC oparta na tanich materiałach ceramicznych może śmiało konkurować z konwencjonalnymi rozwiązaniami. Możliwe jest zbudowanie SOFC o sprawności powyżej 60% w przypadku wytwarzania energii elektrycznej i ponad 90% w przypadku kogeneracji energii cieplnej i elektrycznej. Aby jednak ogniwa te mogły zdobyć rynek, konieczne jest zadbanie o ich niezawodność i trwałość. Celem finansowanego ze środków UE projektu CATION (Cathode subsystem development and optimisation) było zoptymalizowanie podsystemu katodowego. Składający się z katody, strony, po której wprowadzane jest powietrze i odprowadzany gaz, oraz anody, między którymi znajduje się elektrolit ze stałego tlenku, podsystem ten w dużej mierze odpowiada za sprawność całego systemu SOFC. Partnerzy projektu starali się usprawnić podsystem doprowadzania cieczy i odprowadzania ciepła oraz podsystem katodowy, wraz z komponentami, takimi jak wymienniki ciepła, palniki i dmuchawy. Celem było uzyskanie sprawności elektrycznej na poziomie 55% oraz 40 000 godzin pracy stacjonarnego systemu SOFC o mocy 250 kW. Po szczegółowej ocenie różnych alternatywnych podsystemów katodowych, modelowanie systemu i analiza niezawodności pozwoliły na zmodyfikowanie schematów wyrzutnika i modułowej konstrukcji stosu. Opracowano też dodatkowe narzędzia w celu optymalizacji rdzenia rekuperatora oraz przetestowano koncepcje katody i palnika. Badania te pozwoliły na wyłonienie najbardziej optymalnych rozwiązań, tzn. recyrkulacji przy pomocy wyrzutnika i serii wylotów powietrza. Wyrzutnik katody wybrano ze względu na jego przewagę w krytycznych aspektach, wrażliwość na zmiany jakości stosu oraz łatwość obsługi i sterowania. Podsystem anodowy SOFC optymalizowano równolegle w ramach finansowanego ze środków UE projektu ASSENT. Dzięki wykorzystaniu doświadczeń z systemem demonstracyjnym o mocy 50 kW projekty CATION i ASSENT doprowadziły do stworzenia rozwiązań umożliwiających budowę systemu o mocy 250 kW, zgodnie z założeniami europejskiej polityki energetycznej.
Słowa kluczowe
Ogniwo paliwowe, ogniwa ze stałym tlenkiem, SOFC, wytwarzanie energii elektrycznej, podsystem katodowy