Топливный элемент: функции и потенциал экономии

Топливный элемент, используемый в стандартной комплектации

В качестве отопительного прибора топливный элемент многократно испытан и надежно работает. Только в Японии с 2009 года (по состоянию на 01/2015) различными производителями для стационарного применения было продано уже более 123 000 единиц. Котлы Viessmann на топливных элементах Vitovalor PT2 и Vitovalor PA2, специально разработанные и оптимизированные для отдельно стоящих и двухквартирных домов, работают с очень высоким общим КПД и предназначены для работы с оптимальной мощностью.

Однако топливные элементы также обеспечивают энергией транспортные средства и суда, а также электроснабжение в аэрокосмической промышленности. Другие области применения включают мобильные телефоны (батареи), управление дорожным движением, безопасность и наблюдение, ветроэнергетику и телекоммуникации. Кроме того, топливные элементы можно найти в секторе отдыха для обеспечения электроэнергией (например, в домах на колесах, парусных судах, домах отдыха и горных хижинах).

Зарядка электромобиля в домашних условиях: Как это работает

Узнайте все подробности! Практически каждый дом (новостройка или проект модернизации) может производить экологически чистую электроэнергию для семьи и электромобиля; с помощью топливного элемента, накопителя энергии, солнечных батарей и правильной технологии можно максимально сократить расходы на электричество и бензин. Андреас Чилвик, наш эксперт по системам электроснабжения и отопления, объясняет, как это работает и как это окупается.

Как работает топливный элемент?

Производство тепла и электроэнергии в топливном элементе основано на электрохимической реакции двух элементов - кислорода и водорода. Тип горения, который имеет место в обычных котлах, не происходит, поэтому этот процесс также называют холодным горением.

На рисунке показана схема химической реакции в топливном элементе.

Как работает топливный элемент в течение дня

В течение большей части дня электроэнергии, вырабатываемой системой отопления на топливных элементах, достаточно для удовлетворения спроса. Потребление электроэнергии из общественной сети происходит только в пиковое время. В свою очередь, излишки электроэнергии экспортируются в сеть в обмен на вознаграждение. Это делает пользователей отопительных систем на топливных элементах менее зависимыми от растущих цен на электроэнергию.

Vitovalor PT2 и Vitovalor PA2

С Vitovalor PT2, преемником Vitovalor 300-P, и Vitovalor PA2, вспомогательной установкой для дополнения существующей системы отопления, Viessmann предлагает два эффективных решения для производства электроэнергии и тепла в отдельно стоящих и двухквартирных домах.

Компактный отопительный прибор Vitovalor PT2 на топливных элементах

Vitovalor PT2 - это идеальный энергетический центр для современного отдельно стоящего дома. Система сочетает в себе производство тепла и электроэнергии на очень небольшой площади. Система отопления на топливных элементах обеспечивает значительно более высокий электрический КПД, чем при использовании современных решений комбинированной выработки тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Это снижает количество отбираемого тепла и делает отопительное устройство на топливных элементах особенно подходящим для использования в проектах нового строительства и реконструкции.

Системная схема Vitovalor PT2

[1] Стандартный блок с модулем топливных элементов и газовым конденсационным котлом
[2] Башенный цилиндр
[3] Интерфейс связи
[4] Встроенный счетчик экспорта
[5] Маршрутизатор
[6] Внутренняя цепь питания
[7] Интернет
[8] Приложение ViCare
[9] Общественная сеть

Система отопления на топливных элементах Viessmann состоит из двух блоков, которые можно транспортировать по отдельности. Это позволяет быстро и легко установить систему даже в узких подвальных помещениях. В одном блоке находится баллон ГВС из нержавеющей стали емкостью 220 литров, а в другом - газовый конденсационный котел для покрытия пиковых нагрузок, блок управления с погодной компенсацией и большим цветным сенсорным экраном, а также модуль топливных элементов с риформингом, инвертором и блоком топливных элементов (серия из множества топливных элементов). Этот визуально целостный блок компактен и занимает площадь всего 0,72 квадратных метра.

Vitovalor PA2 в качестве дополнения

Viessmann Vitovalor PA2 является идеальным дополнением к существующей системе. Это компактная система, состоящая из модуля топливных элементов, встроенного риформера, блока управления, гидравлической и сенсорной техники. В отличие от Vitovalor PT2, газовый конденсационный котел не интегрирован.

Газовый конденсационный котел в основном используется для покрытия тепла в периоды пиковой нагрузки. То есть, когда на улице очень холодно или когда требуется большое количество горячей воды в короткие сроки. Газовый конденсационный котел и модуль топливных элементов питаются через общий газопровод. Они также имеют общую систему дымохода, что делает установку такой же простой, как и для настенного газового конденсационного котла. Это относится к Vitovalor PA2, в частности, к Vitodens 200-W с 2011 года выпуска.

Сечение изделия Vitovalor PA2

Насколько эффективна система отопления на топливных элементах Viessmann?

При выработке электроэнергии также производится тепло, которое на крупных традиционных электростанциях обычно теряется в виде неиспользуемого отработанного тепла. Системы отопления на топливных элементах, такие как Vitovalor, напротив, используют это отработанное тепло для центрального отопления и ГВС. Поэтому они имеют очень высокий уровень общей эффективности. Кроме того, отсутствуют потери при передаче энергии, так как энергия используется непосредственно на месте. Даже преобразование газа из горючего в водород происходит очень эффективно благодаря отсутствию промежуточных термомеханических этапов. Постоянная электрическая мощность модуля топливных элементов составляет 0,75 кВт. Таким образом, значительная часть потребности в электроэнергии может быть покрыта в любое время.

Vitovalor работает еще более эффективно в сочетании с системой накопления энергии Vitocharge. Она позволяет накапливать излишки энергии для периодов пиковой нагрузки, что значительно повышает независимость от поставщиков электроэнергии. В качестве альтернативы можно легко экспортировать избыточную энергию в общественную сеть. Встроенный энергоменеджер самообучается и поэтому оптимизирует уровень потребления электроэнергии на месте.

Проверенные и надежные: Технология топливных элементов от Viessmann и Panasonic

Для компании Viessmann было бы немыслимо внедрять инновации, не уделяя первостепенного внимания надежности и долговечности. Viessmann также полагается на проверенные технологии для систем отопления на топливных элементах. Именно поэтому они были разработаны в сотрудничестве с компанией Panasonic. Модуль топливных элементов Vitovalor поставляется японской компанией. Panasonic изготовил более 34 000 единиц в серийном производстве для японского рынка.

Базовые знания: что такое водород?

Водород...

• является источником энергии с самой высокой плотностью энергии по весу
• химический элемент с символом
• состоит из протона и электрона
• имеет атомный номер 1 (он характеризует количество протонов в атомном ядре химического элемента - поэтому его также называют протонным числом)
• является самым распространенным химическим элементом во Вселенной
• не производит CO₂, поскольку H₂ не содержит углерода.

В следующем пояснительном видеоролике представлена информация о водороде как накопителе энергии будущего.

Водород почти не известен в нашей повседневной жизни. Напротив, о H₂ существуют предубеждения, основанные, в основном, на невежестве или ложной информации. Однако в качестве топлива он обладает многочисленными преимуществами.

Водород...

• не самовоспламеняется
• не разлагается (в отличие, например, от ацетилена)
• не окисляется и поэтому не является ускорителем горения
• не является токсичным, коррозийным или радиоактивным
• не имеет запаха
• не загрязняет воду
• не наносит вреда ни природе, ни окружающей среде
• не является канцерогенным
• горит без остатка

В ближайшие годы водород будет играть все более важную роль как топливо в автомобильном транспорте и как накопитель энергии в энергоснабжении. Уже сегодня водород в значительной степени используется для питания топливных элементов в транспортных средствах. Например, в автобусах для местного общественного транспорта. До сих пор здесь не было никаких инцидентов. В конце концов, водород безопасен - он не взорвется сам по себе. Для этого необходимо наличие окислителя (например, воздуха или чистого кислорода) и источника воспламенения (предел воспламенения в воздухе: от 4 до 75 процентов по объему).