रिकॉर्ड सेटिंग छोटे पैमाने पर ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल पड़ोस बिजली कर सकता है

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रिकॉर्ड सेटिंग छोटे पैमाने पर ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल पड़ोस बिजली कर सकता है

वातावरण

डैरेन क्विक

1 जून, 2012

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पीएनएनएल में विकसित अत्यधिक कुशल, लघु-स्तरीय एसओएफसी प्रणाली में पीएनएनएल-विकसित माइक्रोचैनल प्रौद्योगिकी और दो असामान्य प्रक्रियाएं हैं, जिन्हें बाहरी भाप सुधार और ईंधन रीसाइक्लिंग कहा जाता है।

एनर्जी के पैसिफ़िक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी (डीओई पीएनएनएल) विभाग में विकसित एक नया, लघु-स्तरीय ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) प्रणाली घरेलू और पड़ोस बिजली उत्पादन के लिए उपयोग की जा सकती है। मीथेन द्वारा फ्यूल किया गया, प्रणाली 57 प्रतिशत तक की दक्षता प्राप्त करती है, जो 30 से 50 प्रतिशत क्षमता में सुधार करती है जो पहले इसी आकार के एसओएफसी सिस्टम में देखी गई थी। पीएनएनएल शोधकर्ताओं का कहना है कि उन्होंने जो पायलट सिस्टम बनाया है, वह औसत अमेरिकी घर को बिजली देने के लिए पर्याप्त बिजली उत्पन्न करता है, और इसे 50 से 250 घरों के लिए बिजली प्रदान करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं

बैटरी की तरह, ईंधन कोशिकाएं बिजली उत्पादन के लिए एनोड्स, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं। लेकिन अधिकांश बैटरी के विपरीत, निरंतर ईंधन आपूर्ति के साथ प्रदान किए जाने पर ईंधन कोशिकाओं लगातार बिजली का उत्पादन कर सकती हैं। ईंधन कोशिकाओं को उनकी इलेक्ट्रोलाइट सामग्री द्वारा विशेषता है, जो एसओएफसी के मामले में एक ठोस ऑक्साइड या सिरेमिक है। सिरेमिक पदार्थ भी एनोड और कैथोड बनाते हैं, जो इलेक्ट्रोलाइट के साथ तीन परतों का निर्माण करते हैं।

वायु को कैथोड के खिलाफ पंप किया जाता है, जो बाहरी परत बनाता है, हवा से ऑक्सीजन एक नकारात्मक चार्ज आयन बन जाता है जहां कैथोड और आंतरिक इलेक्ट्रोलाइट परत मिलती है। नकारात्मक चार्ज ऑक्सीजन आयन तब इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से अंतिम एनोड परत तक पहुंचने के लिए आगे बढ़ता है जहां यह बिजली बनाने के लिए ईंधन के साथ प्रतिक्रिया करता है, साथ ही भाप और कार्बन डाइऑक्साइड उपज। एसओएफसी प्राकृतिक गैस, बायोगैस, हाइड्रोजन समेत विभिन्न ईंधन पर चल सकते हैं, लेकिन पीएनएनएल टीम ने अपने नए एसओएफसी को ईंधन देने के लिए प्राकृतिक गैस का प्राथमिक घटक मीथेन चुना है।

चूंकि वे बिजली उत्पादन के अन्य तरीकों की तुलना में अधिक कुशल हैं, जिनमें कोयला बिजली संयंत्र शामिल हैं, एसओएफसी कम ईंधन का उपभोग करते हैं और बिजली की मात्रा उत्पन्न करने के लिए कम प्रदूषण पैदा करते हैं। छोटे पैमाने पर एसओएफसी के पास भी बिजली उत्पन्न होने के करीब रखा जा सकता है, जिससे ट्रांसमिशन लाइनों के माध्यम से भेजे जाने वाले बिजली की मात्रा को कम किया जा सकता है।

"सॉलिड ऑक्साइड ईंधन कोशिकाएं स्वच्छ, कुशल ऊर्जा प्रदान करने के लिए एक आशाजनक तकनीक हैं। लेकिन, अब तक, अधिकांश लोगों ने बड़ी प्रणालियों पर ध्यान केंद्रित किया है जो 1 मेगावाट बिजली या अधिक उत्पादन करते हैं और पारंपरिक बिजली संयंत्रों को प्रतिस्थापित कर सकते हैं, " विन्सेंट स्प्रेन्क्ले ने कहा, पीएनएनएल के ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल विकास कार्यक्रम के मुख्य अभियंता। "हालांकि, इस शोध से पता चलता है कि 1 से 100 किलोवाट बिजली के बीच उत्पन्न होने वाले छोटे ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं अत्यधिक कुशल, स्थानीयकृत बिजली उत्पादन के लिए एक व्यवहार्य विकल्प हैं। "

एक छोटी सी प्रणाली को डिजाइन करने के उद्देश्य से जो 50 प्रतिशत से अधिक कुशल था और पड़ोस के लिए बिजली उत्पादन के लिए भी बढ़ाया जा सकता था, पीएनएनएल टीम ने बाहरी भाप सुधार और माइक्रोचैनल प्रौद्योगिकी के साथ ईंधन रीसाइक्लिंग को संयुक्त किया।

भाप सुधार

स्टीम सुधार में ईंधन के साथ भाप मिश्रण करना शामिल है ताकि वे कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन बनाने के लिए प्रतिक्रिया दें, जो बदले में ईंधन सेल के एनोड पर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। चूंकि इस प्रक्रिया में गर्मी की आवश्यकता होती है जो सिरेमिक परतों पर असमान तापमान का कारण बन सकती है और ईंधन सेल के कमजोर और टूटने का कारण बनती है, पीएनएनएल टीम ने ताप विनिमायक का उपयोग किया ताकि वाष्प और ईंधन के बीच प्रारंभिक प्रतिक्रिया ईंधन सेल के बाहर पूरी हो सके। बाहरी भाप सुधार के रूप में जाना जाता है।

हीट एक्सचेंजर्स में एक प्रवाहकीय सामग्री से बना दीवार होती है जो दो गैसों को अलग करती है। ईंधन सेल के अंदर प्रतिक्रिया के उपज के रूप में निष्कासित गर्म निकास एक तरफ स्थित है, जबकि एक कूलर गैस जो ईंधन सेल की ओर बढ़ रही है, दूसरी तरफ स्थित है। गर्म गैस से गर्मी दीवार के माध्यम से आने वाली गैस को गर्म करने के लिए ईंधन सेल के अंदर होने वाली प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक तापमान तक गर्म हो जाती है।

माइक्रोचैनल गर्मी एक्सचेंजर्स

लेकिन दो गैसों को अलग करने वाली सिर्फ एक दीवार होने के बजाय, पीएनएनएल शोधकर्ताओं ने पेपरक्लिप की तुलना में छोटे लूपिंग चैनलों की एक श्रृंखला का उपयोग करके कई दीवारें बनाईं। ये माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर्स सतह की सतह को बढ़ाते हैं ताकि अधिक गर्मी को स्थानांतरित किया जा सके, जिससे सिस्टम की दक्षता में वृद्धि हो सके। माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर भी डिज़ाइन किया गया था ताकि गैस लूपिंग चैनलों के माध्यम से बहुत कम अतिरिक्त दबाव के साथ आगे बढ़ सके।

भाप रीसाइक्लिंग

पीएनएनएल प्रणाली स्टीम सुधार प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए, स्टीम और गर्मी उपज सहित, एनोड से आने वाले निकास को भी पुन: उपयोग करती है। यह रीसाइक्लिंग न केवल पानी को गर्म करने और भाप बनाने के लिए एक विद्युत उपकरण की आवश्यकता को अस्वीकार करता है, इसका मतलब यह भी है कि प्रणाली कुछ बचे हुए ईंधन का उपयोग करने में सक्षम है जिसे पहली बार उपभोग नहीं किया गया था।

बाहरी भाप सुधार और भाप रीसाइक्लिंग का संयोजन और माइक्रोचैनल ताप विनिमायकों का उपयोग प्रणाली को जितना संभव हो उतना कम ऊर्जा उपयोग करने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक शुद्ध बिजली उत्पादन होता है। प्रयोगशाला परीक्षणों में, टीम का कहना है कि शुद्ध क्षमता 48.2 प्रतिशत से 2.2 किलोवाट तक 56.6 प्रतिशत बढ़कर 1.7 किलोवाट हो गई है। कुछ और समायोजन के साथ, टीम का मानना ​​है कि वे सिस्टम की दक्षता को 60 प्रतिशत तक बढ़ा सकते हैं।

औसतन 2 किलोवाट या बिजली का उपभोग करने वाले औसत अमेरिकी घर के साथ, पायलट सिस्टम घरेलू बिजली उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, उन्होंने इसे भी डिजाइन किया ताकि इसे 100 से 150 किलोवाट के बीच उत्पादन करने के लिए बढ़ाया जा सके, जो 50 से 100 घरों को बिजली देने के लिए पर्याप्त बिजली प्रदान कर सके। पीएनएनएल टीम ने अपने शोध को ऐसी प्रणाली में अनुवाद करने की उम्मीद की है जिसे व्यक्तिगत घरों या उपयोगिताओं द्वारा उपयोग किया जा सकता है।

पीएनएनएल टीम के छोटे पैमाने पर एसओएफसी जर्नल ऑफ पावर स्रोतों में प्रकाशित एक पेपर में विस्तृत है।

स्रोत: पीएनएनएल

पीएनएनएल में विकसित अत्यधिक कुशल, लघु-स्तरीय एसओएफसी प्रणाली में पीएनएनएल-विकसित माइक्रोचैनल प्रौद्योगिकी और दो असामान्य प्रक्रियाएं हैं, जिन्हें बाहरी भाप सुधार और ईंधन रीसाइक्लिंग कहा जाता है।

पेपर क्लिप की तुलना में संकुचित माइक्रोचैनल को हीट एक्सचेंजर के शिम पर लगाया जाता है, जिसे चित्रकारी उद्देश्यों के लिए इस तस्वीर में हटा दिया गया है