یک سلول تجاری تجاری در ژاپن Eni-Farm نامیده می شود و توسط دولت منطقه ای پشتیبانی می شود که از گاز طبیعی برای تأمین انرژی پیل سوختی برای تولید برق و آب گرم استفاده می کند.
استفاده‌ها
بیشتر پیل‌های سوختی خانه در داخل یک اتاقک مکانیکی یا بیرون از خانه یا محل کار قرار می‌گیرند و می‌توانند به‌طور محتاطانه در طراحی ساختمان قرار بگیرند. این سیستم مانند یک کوره، آبگرمکن و تأمین کننده برق عمل می کند - همه در یک واحد فشرده. برخی از پیل‌های سوختی جدیدتر خانه می‌توانند بین 1 تا 5 کیلووات انرژی تولید کنند - بهینه برای خانه‌های بزرگتر (370 متر مربع [4000 فوت مربع] یا بیشتر)، به‌ویژه اگر استخرها، چشمه‌های معدنی و گرمایش از کف تابشی در طرح وجود داشته باشد. کاربردهای دیگر شامل تامین نیروی پشتیبان برای بارهای ضروری مانند یخچال/فریزر و الکترونیک/کامپیوتر است.استقرار انرژی گرمایی سیستم به طور کارآمد در برنامه های آب گرم خانه یا کسب و کار، برق یا گاز سوزانده شده را جابجا می کند تا گرما ایجاد شود، که باعث کاهش بیشتر صورتحساب های انرژی می شود. فروشگاه‌های خرده‌فروشی مانند فست فودهای زنجیره‌ای، کافه‌ها، و کلوپ‌های سلامتی از گرمایش آب گرم، صرفه‌جویی عملیاتی می‌کنند.
از آنجایی که به طور کلی برای یک پیل سوختی ممکن نیست که در همه زمان ها دقیقاً مقدار مورد نیاز برق و گرما را تولید کند، سلول های سوختی خانگی معمولاً تأسیسات مستقلی نیستند. در عوض زمانی که تولید برق بالاتر یا کمتر از مقدار مورد نیاز است، ممکن است به شبکه تکیه کنند. علاوه بر این، یک پیل سوختی خانگی ممکن است با یک کوره سنتی ترکیب شود که فقط گرما تولید می کند. به عنوان مثال، شرکت آلمانی Viessmann یک پیل سوختی خانگی با توان الکتریکی 0.75 کیلووات و توان حرارتی 1 کیلووات، ادغام شده با یک کوره سنتی تولید گرمای 19 کیلوواتی، با استفاده از شبکه برای نیاز برق زیر و بالاتر از تولید پیل سوختی تولید می‌کند.
پیل سوختی PEMFC m-CHP در دمای پایین (50 تا 100 درجه سانتیگراد) کار می کند و به هیدروژن با خلوص بالا نیاز دارد. مستعد آلودگی است و می توان تغییراتی را برای عملکرد در دماهای بالاتر و بهبود اصلاح کننده سوخت ایجاد کرد. پیل سوختی SOFC m-CHP در دمای بالا (500 تا 1000 درجه سانتیگراد) کار می‌کند و می‌تواند منابع انرژی مختلف را مدیریت کند، اما دمای بالا به مواد گران قیمت برای کنترل دما نیاز دارد. برای عملکرد در دمای پایین تر می توان تغییراتی ایجاد کرد. به دلیل دمای بالاتر، SOFC به طور کلی زمان راه اندازی طولانی تری دارد.
اثرات زیست محیطی
از آنجایی که سلول سوختی خانگی برق و گرما تولید می کند که هر دو در محل استفاده می شوند، راندمان تئوری به 100% نزدیک می شود. این برخلاف تولید برق غیر خانگی سنتی یا سلول سوختی با تلفات انتقال و گرمای بی فایده است که نیاز به مصرف انرژی اضافی برای گرمایش خانگی دارد.با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، سلول سوختی خانگی به طور کلی نمی تواند در همه زمان ها دقیقاً مقدار مورد نیاز گرما و الکتریسیته را تولید کند، و بنابراین معمولاً یک نصب مستقل نیست، بلکه با یک کوره سنتی ترکیب شده و نیاز است برای جبران برق بالاتر یا پایین تر از تولید توسط پیل سوختی، به شبکه متصل باشد. به این ترتیب، راندمان کلی زیر 100٪ است. راندمان بهینه پیل سوختی خانگی باعث شده است که برخی از کشورها مانند آلمان از نصب آنها به عنوان بخشی از سیاست واکنش به تغییرات آب و هوایی حمایت اقتصادی کنند.
نصب و راه اندازی
پیل‌های سوختی خانگی به گونه‌ای طراحی و ساخته شده‌اند که در یک اتاقک مکانیکی داخلی یا بیرونی قرار می‌گیرند—بی‌صدا در پس‌زمینه به طور شبانه روزی کار می‌کنند. پیل های سوختی خانه که از طریق پنل خدمات اصلی خانه به شبکه برق متصل می شوند با استفاده از نت مترینگ به راحتی با سیستم های الکتریکی و هیدرونیک موجود ادغام می شوند و با الزامات اتصال برق شهری مطابقت دارند.در صورت قطع شدن شبکه، سیستم به طور خودکار در حالت مستقل از شبکه کار می کند تا در زمانی که شبکه خاموش است، برق پشتیبان مداوم برای مدارهای اختصاصی در خانه فراهم کند. همچنین در صورت تمایل می توان آن را به گونه ای تغییر داد که خارج از شبکه اجرا شود.
تأسیسات جاری
بیست شرکت از جمله Google، eBay و FedEx سلول‌های سوختی Bloom Energy را در ساختمان‌های خود نصب کرده‌اند . مدیر عامل eBay گفت که آنها 100000 دلار در قبض‌های برق در 9 ماهی که از زمان نصب می گذرد صرفه‌جویی کرده‌اند.چرخه زندگی
سلول های سوختی به طور متوسط حدود 60000 ساعت عمر می کنند. برای واحدهای پیل سوختی PEM، که در شب خاموش می شوند، این معادل طول عمر تخمینی بین ده تا پانزده سال است.هزینه
اکثر پیل‌های سوختی خانگی قابل مقایسه‌اند با سیستم‌های فتوولتائیک انرژی خورشیدی مسکونی بر اساس یک دلار به ازای هر وات نصب شده. برخی از پیل‌های سوختی خانگی با استفاده از گاز طبیعی می‌توانند سالانه هشت برابر بیشتر از تأسیسات خورشیدی هم اندازه، حتی در بهترین مکان‌های خورشیدی، انرژی تولید کنند.به عنوان مثال، یک پیل سوختی خانگی 5 کیلووات، حدود 80 مگاوات ساعت برق و گرما ترکیبی سالانه تولید می کند، در مقایسه با حدود 10 مگاوات ساعت تولید شده توسط یک سیستم خورشیدی 5 کیلوواتی. با این حال، این سیستم‌ها مستقیماً قابل مقایسه نیستند زیرا انرژی خورشیدی یک منبع تجدیدپذیر است که اساساً هزینه عملیاتی ندارد در حالی که گاز طبیعی هیچ‌کدام از اینها نیست.
پیل‌های سوختی خانگی در بسیاری از مناطق خدماتی برای برق مازاد تولید شده، اما استفاده نشده، اعتبار اندازه‌گیری خالص را با بازگرداندن آن به شبکه برق دریافت می‌کنند.
پیل های سوختی خانگی یک بازار جدید است و نشان دهنده یک تغییر اساسی در تأمین انرژی است. یک سیستم پیل سوختی منفرد خانگی که در خانه ای در کشور نصب شده است به بخشی از تصویر بزرگتر استقلال انرژی کشور تبدیل می شود.
مزیت نهایی پیل‌های سوختی خانگی در نهایت ایجاد شبکه‌هایی از سیستم‌های میکرو-CHP خواهد بود که در سراسر جوامع و پارک‌های تجاری توزیع می‌شوند. این خود تولید انرژی با رویکرد تولید پراکنده است که باعث ایمن سازی و افزایش ظرفیت تولید برق کشور می شود و امکان می دهد برق استفاده نشده بدون نیاز به افزودن نیروگاه ها و خطوط انتقال جدید به شبکه ها بازگردانده شود.
قرار دادن یک سیستم پیل سوختی خانگی در خانه‌ها این پتانسیل را دارد که مردم را از شبکه خارج کند، نقش مهمی در بهره‌وری انرژی ایفا کند و وابستگی کشور به واردات انرژی خارجی را کاهش دهد.
پیل های سوختی داخلی: قدرت درون
چرا برق را از شبکه بخرید در حالی که می توانید خودتان آن را با قیمت مقرون به صرفه تولید کنید - و همزمان خانه خود را گرم کنید؟ و ردپای محیطی خود را کاهش دهید؟ و حتی ممکن است در پول خود صرفه جویی کنید؟ چرا واقعا. واحدهای پیل سوختی مسکونی که توسط FCH JU پشتیبانی می‌شوند، می‌توانند این مزایا را به میلیون‌ها خانه در اتحادیه اروپا برسانند و آماده‌سازی برای افزایش تولید آنها در حال انجام است؟این فناوری برای تولید گرما و برق در مقیاس مناسب برای خانه های فردی طراحی شده است. از میان همه راه حل های موجود mCHP مبتنی بر FC، راه حل هایی هستند که پتانسیل بیشتری دارند و در این مقیاس امیدوارکننده هستند. این به دلیل راندمان الکتریکی بالایی است که با این فناوری قابل دستیابی است. میرلا آتاناسیو از شرکت مشترک سلول‌های سوختی و هیدروژن (FCH JU) می‌گوید به طور خاص، واحدهای FC mCHP، به عنوان یک قاعده کلی، برای آپارتمان‌ها یا خانه‌های 200 متر مربع یا کمتر طراحی شده‌اند. آنها به جای یا به عنوان مکمل دیگ های سنتی تر استفاده می شوند و علاوه بر گرما و آب گرم، برق تولید می کنند.
در حالی که اولین واحدها در حال حاضر در بازار اروپا هستند، این فناوری هنوز در مقیاس بزرگتر عرضه نشده است. آزمایش‌ها به تولیدکنندگان این امکان را داده است که محصولات خود را اصلاح کنند و یک پروژه بعدی راه را برای تولید انبوه هموار می‌کند. در حال حاضر حدود 1500-2000 دستگاه در سراسر اروپا نصب شده است.
گرما، برق ...
سلول های سوختی الکتریسیته و گرما را از هیدروژنی تولید می کنند که واحدهای mCHP معمولاً با تبدیل داخلی گاز طبیعی از شبکه تولید می کنند. و پتانسیل، قانع کننده است. در مقایسه با دیگ بخار چگالشی پیشرفته و منبع تغذیه شبکه، واحدهای FC mCHP می توانند انتشار دی اکسید کربن را حداقل تا 30 درصد و در برخی موارد تا 80 درصد کاهش دهند.میزان کاهش به ترکیب انرژی شبکه بستگی دارد. علاوه بر این، واحدها اصلا نیتروژن یا دی اکسید گوگرد تولید نمی کنند و کاملاً بی صدا هستند.
همچنین انتظار می‌رود خانه‌های مجهز به این فناوری به انرژی اولیه کمتری نیاز داشته باشند (زیرا پیل‌های سوختی کارآمدتر هستند)، و می‌توانند هر انرژی مازادی را که تولید می‌کنند به شبکه بازگردانند. به‌طور بالقوه، این فناوری می‌تواند قبض انرژی مشتریان را تا 1000 یورو در سال کاهش دهد هر خانه ای که به گاز طبیعی متصل باشد، می تواند به این نوع راه حل مجهز شود.
... و مشتریان خوشحال
آزمایشات در 9 کشور اتحادیه اروپا توسط پروژه ene.field با بودجه FCH JU راه اندازی شد که بیش از یک هزار تأسیسات مسکونی را مستقر کرده است. این پروژه - که بر اساس نتایج یک پروژه قبلی اجرا شده در آلمان است - در حال حاضر نتایج دلگرم کننده ای را گزارش کرده است.خانواده‌های شرکت‌کننده در آزمایش‌ها به مدت سه سال یک واحد دریافت می‌کنند. البته، مردم در ابتدا کمی بی‌میل هستند، زیرا با این فناوری آشنا نیستند. اما هنگامی که آنها آن را در خانه های خود داشته باشند، از آن بسیار خوشحال می شوند. بسیاری از آنها خود خواسته اند که دستگاه را نگه دارند.
آتاناسیو اذعان می کند که تک تک نصب ها موفقیت آمیز نبودند. در حالی که نتیجه کلی آزمایش ها مثبت است، آزمایش ها همچنین به تولیدکنندگان شرکت کننده امکان داد تا تجربه کسب کنند و فناوری محصول و مدل های تجاری خود را اصلاح کنند.
فناوری FC-mCHP تمیز، فشرده و قوی است، به شما استقلال انرژی ارائه می‌دهد و ممکن است صورت حساب شما را کاهش دهد. و در حالی که واحدها هنوز گران هستند، احتمالاً به زودی مقرون به صرفه تر می شوند.
در این مرحله، اگر قرار است فناوری FC mCHP در دسترس خانوارهای متوسط قرار گیرد، مشوق های مالی نیز مهم هستند. آنها در موفقیت این فناوری در ژاپن نقش اساسی داشتند، جایی که در حال حاضر به خوبی تثبیت شده است.
اولین باتری هیدروژنی خانگی جهان 3 برابرِ Powerwall 2 انرژی ذخیره می کند
تصویر: باتری هیدروژنی خانگی لاوو یک باتری نیست، یک سیستم الکترولیز، آرایه ذخیره‌سازی هیدروژن و سیستم قدرت سلول سوختی است که در یک کابینت جذاب قرار گرفته است.
برای خارج شدن از شبکه با استفاده از انرژی خورشیدی خانگی، باید بتوانید در زمان وجود خورشید انرژی تولید کنید و آن را برای زمانی که نیست ذخیره کنید. به طور معمول، مردم این کار را با سیستم های باتری لیتیومی انجام می دهند - Powerwall 2 تسلا یک مثال است. اما لاوو یک کابینت نسبتاً شیک (اگر درشت) ساخته است که می تواند در کنار خانه شما قرار بگیرد و انرژی اضافی شما را به عنوان هیدروژن ذخیره کند.
ابعاد سیستم ذخیره انرژی سبز آن 1680 x 1240 x 400 میلی‌متر و وزن گوشتی آن 324 کیلوگرم است که احتمال اینکه توسط دزد به جیب زده شود بسیار کم است. شما آن را به اینورتر خورشیدی خود (باید ترکیبی باشد) و آب اصلی (از طریق یک واحد تصفیه) وصل می‌کنید و از انرژی اضافی برای الکترولیز آب استفاده می‌کند، اکسیژن آزاد می‌کند و هیدروژن را در یک فلز ثبت شده ذخیره می‌کند.
حدود 40 کیلووات ساعت انرژی ذخیره می کند که سه برابر پاوروال 2 فعلی تسلا است و برای دو روز یک خانه متوسط کافی است. و هنگامی که این انرژی مورد نیاز است، از یک سلول سوختی برای رساندن انرژی به خانه استفاده می کند و یک باتری بافر لیتیومی کوچک 5 کیلووات ساعتی را برای پاسخگویی آنی اضافه می کند. اتصال Wi-Fi، و یک برنامه تلفن برای نظارت و کنترل وجود دارد، و کسب و کارهایی که نیاز به انرژی بیشتری دارند، می‌توانند چندین نیروگاه مجازی هوشمند را به صورت موازی اجرا کنند.
.jpg "پیل سوختی خانگی")
تصویر: برداشتن درپوش یک شگفتی را نشان می دهد: 40 کیلووات ساعت هیدروژن در چهار ظروف کوچک قرمز رنگ در سمت چپ نگهداری می شود و بقیه این کابینت بزرگ با باتری، الکترولیز و پشته پیل سوختی گرفته می شود.
چگونه از باتری معمولی بهتر است؟ بیت‌های کلید باید بسیار بیشتر از یک سیستم باتری لیتیومی دوام بیاورند، به جای اینکه شاید 15 سال دوام از راه‌اندازی باتری لیتیومی، 30 سال طول دوام می آورد. همچنین هیچ ماده شیمیایی سمی برای دفع وجود ندارد.
چگونه بدتر است؟ جنبه ایمنی قطعاً قابل بحث است. البته نشتی آنقدر سریع افزایش می‌یابد و پراکنده می‌شود که احتمال آتش‌سوزی یا انفجار کمی وجود دارد، و هیدروژن «ذاتاً خطرناک‌تر از سایر سوخت‌های معمولی مانند بنزین یا گاز طبیعی نیست»، اما منصفانه است که بگوییم واقعاً می‌تواند ایجاد شود.
سپس کارایی وجود دارد. باتری ها انرژی را با حداقل تلفات ذخیره و آزاد می کنند. به ازای هر کیلووات ساعتی که آرایه پشت بام شما تولید می کند و به باتری می چسبد، بیش از 90 درصد آن را پس خواهید گرفت. اما فرآیند تولید هیدروژن با الکترولیز با استفاده از غشای تبادل پروتون تنها حدود 80 درصد کارآمد است، بنابراین شما بلافاصله 20 درصد را از دست می دهید. و در انتهای دیگر، تقریباً نیمی از آنچه را که در فرآیند تبدیل مجدد هیدروژن به انرژی از طریق پیل سوختی ذخیره کرده‌اید، از دست خواهید داد.
بنابراین نه تنها انرژی بیشتری برای پر شدن نیاز دارد، بلکه یک سیستم ذخیره انرژی هیدروژنی 40 کیلووات ساعتی ممکن است بسیار شبیه یک سیستم 20 کیلووات ساعتی باشد، زمانی که شما واقعاً سعی می کنید انرژی را از آن پس بگیرید. مردم در مورد آن می گویند "بازده رفت و برگشت این سیستم بالای 50 درصد است"، بنابراین با توجه به حرف آنها، شما هنوز هم تقریباً به اندازه انرژی‌ای که دارید مصرف می کنید. طراحی سیستم ذخیره انرژی Lavo فوق العاده به نظر می رسد. تمام هیدروژن در چهار ظرف کوچک هیدرید قرمز ذخیره می شود. بقیه این کابینت با الکترولیز، باتری و پیل سوختی StackLavo گرفته شده است.
حداکثر توان خروجی پیوسته سیستم 5 کیلووات است که احتمالاً توسط توان عملیاتی پیل سوختی محدود می شود. سیستم های تهویه مطبوع تک سیستمی وجود دارند که بیش از 7 کیلو وات انرژی مصرف می کنند، و این سیستم های فوق العاده ای نیستند. 5 کیلووات توان خروجی پیوسته مشکل ساز خواهد بود. شما باید اتصال شبکه خود را فعال نگه دارید.
با این حال، این روزهای اولیه است، و هیدروژن داغ ترین موضوع در بخش انرژی در حال حاضر است. این غیر ممکن نیست که فکر کنیم واحدهای ذخیره سازی خانگی ممکن است در نقطه ای از مسیر منطقی به نظر برسند، اما لاوو احتمالاً فروش این واحد (مسلماً زرق و برق دار) را در کنار یک سیستم باتری معمول، سخت خواهد یافت.
منبع: لوز بلین، newatlas
