Ce este o pila de combustie?
Utilizarea pilelor de combustie genereaza simultan energie mecanică (electricitate) și căldură. Energia este generată într-o pila de combustie. Aceasta convertește energia generată în timpul reacției chimice intre oxigen și hidrogen în energie electrică și termică. Oxigenul este luat din aer, hidrogenul pilei de combustie provine din gazele naturale. Electricitatea este apoi utilizată pentru consumul propriu de energie electrică, surplusul de energie electrica alimenteaza rețeaua publică, pentru care se incaseaza tarifele aferente. Căldura generată este utilizată pentru încălzirea locuintei și încălzirea apei. În acest sens, celula de combustibil este propria centrala electrica și termica în același timp, în sensul figurativ, un “încălzitor electric”. Aceasta este alcătuita, în general, dintr-un dispozitiv cu celule de combustie – adesea cu o tehnologie de condensare a gazului încorporat – o conexiune la un rezervor de apă caldă și la rețeaua electrică. În plus, este necesară o conexiune la reteaua de gaze naturale. Celulele de combustibil pot fi alimentate cu energie electrică sau operate de căldură. Cu funcționare controlată pe curent, puterea “încălzitorului electric” depinde de necesarul de energie electrica iar în regimul de comandă pe energie termica de cererea de energie pentru încălzire.
Cum functioneaza o pila de combustie
Celulele de combustie funcționează asemanator cu o baterie. Spre deosebire de baterie, o celulă de combustie necesită o alimentare continuă din exterior. Este un convertor de energie pură, fără stocare de energie. Funcționează foarte eficient deoarece energia este generată direct și nu prin pași intermediari, ca de obicei, care sunt întotdeauna asociati cu pierderi. Celula de combustie este alcătuită din doi electrozi separați – un anod (-) și un catod (+). Fiecare electrod are un strat de catalizator (adesea nichel sau platină). Între acestia, există un electrolit conductor de ioni. Electroliții utilizați sunt alcalini sau acizi dizolvați, ceramică sau chiar membrane. În așa-numitul proces de “ardere la rece”, anodul este alimentat în mod continuu cu hidrogen, iar catodul este alimentat simultan cu oxigen din aer. Astfel, hidrogenul celulei de combustie este împărțit în electroni (-) și protoni (+). Electronii se deplasează prin electrolit către catod, creând astfel un flux de curent care poate fi utilizat pentru alimentarea cu energie electrică. Protonii, pe de altă parte, reacționează cu oxigenul furnizat pentru a forma apă pe partea catodică. În acest proces se produce căldură, care este utilizată pentru încălzirea locuintei sau pentru producerea de apă caldă menajera.
Care sunt cerințele pentru încălzirea celulelor de combustibil?
O conditie necesara pentru generarea de energia electrică și încălzirea cu pile de combustie este o conexiune la gaz natural, deoarece gazul este “produsul inițial” pentru hidrogenul necesar. În plus, este necesar un sistem de încălzire centrală. Încălzirea cu pile de combustie funcționează numai dacă energia generată este efectiv eliminată. Aceasta nu este o problemă la energia electrică generată, deoarece surplusul de energie electrică este pur și simplu injectat în rețea și astfel “consumat”. Cu căldura nu este posibil în acelasi simplu mod. Aici aveți nevoie de o soluție de stocare a căldurii ca un tampon care absoarbe căldura generată, deține și livrează în funcție de necesități în sistemul de încălzire. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, printr-un puffer, umplut cu apă de încălzire.
Balanța energetică este, de asemenea, valabila si în direcția inversa. Performanța încălzitoarelor cu pile de combustibil este de obicei insuficientă pentru a acoperi cererile de vârf. Acest lucru ar fi posibil din punct de vedere tehnic, dar nu economic. Electricitatea este din nou cea mai mică problemă aici. În cazul în care energia electrică generată este insuficientă, aceasta va proveni din rețea. În cazul încălzirii, un cazan integrat de condensare cu gaz furnizează adesea energia suplimentară pentru încălzire, dacă este necesar.
Incălzirea cu pile de combustie – costuri
Costurile unei investiții reprezintă cel mai mare obstacol în calea unei extinderi mai largi a încălzirii cu pile de combustie. Nu este suficient să cumpărați o singură pils de combustie, ci trebuie luate in considerare și costurile pentru alte echipamente, pentru instalare și conectare. Pentru încălzirea cu pile de combustie pură, prețul se situează deja între 10 000 și 20 000 de euro. Acest lucru este semnificativ mai mult decât costurile convenționale de încălzire. Pentru un cazan de condensare – dacă nu este deja integrat în pila de combustie – sunt suportate încă cateva sute pina la mii de euro. Un rezervor de apă caldă și alte dispozitive necesită încă 1.000 – 3.000 de euro. Nu este ușor să efectuezi comparații de preț pentru o pilă de combustie. Solutia este exclusiv disponibilă doar ca o soluție pachet, inclusiv proiectare și instalare. Nu puteti pur și simplu sa cumpărați o pilă de combustie instalându-vă singur echipamentul. Este imposibil din cauza know-how-ului necesar.
Concluzii
Încălzirea cu ajutorul pilelor de combustie este încă o tehnologie nouă, care nu are perioade lungi de experiență. A fost realizat proiectul Callux pe parcursul a șapte ani de testare, în care 500 de pile de combustie pentru incalzire au fost testate în funcțiune in conditii practice. Cele mai importante concluzii ale proiectului sunt: costurile energetice ale gospodăriilor participante au fost reduse cu o medie de o treime datorită utilizarii pilelor de combustie; încălzitoarele cu celule de combustie emit în medie o treime mai puțin CO2 decât un centrala in condensare; longevitatea celulelor de combustie a putut fi dovedită în cadrul testului; Chiar și în timpul perioadei de proiect, au putut fi realizate îmbunătățiri tehnice durabile în celulele de combustie utilizate. Sa obținut o eficiență totală de 96%. Mărimea și greutatea echipamentelor au fost reduse la jumătate; Costurile au scăzut în timpul proiectului – prețurile de achiziție cu 60%, costul reparării și întreținerii cu 90%.
Pile de combustie – rezumat avantaje și dezavantaje
AVANTAJE:
- Încălzirea și energia electrică cu ajutorul pilelor de combustie reduce costurile actuale ale energiei și face ca furnizarea de energie și prețurile să devină mai independente;
- Venituri suplimentare provenite din remunerații pentru energia electrică generată;
- Amortizarea în timpul funcționării celulei de combustie este posibilă;
- Un efect pozitiv asupra mediului prin reducerea emisiilor de CO2 cu până la 50%.
DEZAVANTAJE:
- Costuri inițiale mari, care pot fi reduse semnificativ prin promovare;
- Amortizarea este încă incertă la prețurile curente;
- Nu există încă experiența cuprinzătoare și pe termen lung;
- Dependența de gazul combustibil fosil.
