B-119 - Centrum Techniki Okrętowej

Transkrypt

CENTRUM TECHNIKI OKRĘTOWEJ S.A.
ROK XXVIII
NR B-119
ISSN O860-6366
OGNIWA PALIWOWE –
PERSPEKTYWY ZASTOSOWANIA
W GOSPODARCE MORSKIEJ
Tadeusz Probulski
ZESZYTY PROBLEMOWE
GDAŃSK, GRUDZIEŃ 2006
Centrum Techniki Okrętowej S.A.
Zakład Badawczo-Rozwojowy
Gdańsk
B-119
OGNIWA PALIWOWE –
PERSPEKTYWY ZASTOSOWANIA
W GOSPODARCE MORSKIEJ
inż. Tadeusz Probulski
1
WYDAWCA:
Centrum Techniki Okrętowej
80-958 Gdańsk
ul. Wały Piastowskie 1
fax: 0 (prefiks) 58 51 16 213
ADRES REDAKCJI:
Ośrodek Standaryzacji, Studiów
i Informacji Naukowo-Technicznej
80-369 Gdańsk
ul. Rzeczypospolitej 8
tel. 0 (prefiks) 58 51 16 220
Publikacja stanowi własność Centrum Techniki Okrętowej S.A.
Wszelkie prawa zastrzeżone
2
Transport lądowy
Gospodarka komunalna
Przemysł
Rolnictwo i wieś
H2
C
Zn
Mg
Al
Tlen
Katoda
Przenośne
źródła
Elektrolit
Paliwo
Anoda
Woda
Ciepło
Czysta energia
Sprzęt elektroniczny
Obronność
Lotnictwo i kosmonautyka
Gospodarka morska
Ochrona środowiska
i utylizacja odpadów
3
Spis treści
1. Ogniwa paliwowe – rys historyczny ................................................................................... 5
2. Zasada działania ogniw paliwowych z aktywnym wodorem............................................ 8
3. Ogniwa alkaiczne AFC ........................................................................................................ 9
4. Ogniwa aluminiowo-tlenowe AOFC................................................................................. 11
5. Ogniwa zasilane bezpośrednio metanolem DMFC ......................................................... 12
6. Ogniwa magnezowo-powietrzne MAPC .......................................................................... 15
7. Ogniwa z ciekłym węglanem MCFC ................................................................................ 16
8. Ogniwa z kwasem fosforowym PAFC .............................................................................. 20
9. Ogniwa z membraną wymiany protonów PEMFC......................................................... 23
10. Ogniwa ze stałym tlenkiem SOFC .................................................................................. 26
11. Ogniwa cynkowo-powietrzne ZAFC .............................................................................. 30
12. Wodór jako paliwo dla ogniw paliwowych .................................................................... 33
13. Węglowodory jako paliwo do ogniw paliwowych z aktywnym wodorem................... 35
14. Wymiary i masa jednostek energetycznych z ogniwami paliwowymi......................... 39
15. Stan obecny i perspektywy zastosowania ogniw paliwowych w gospodarce morskiej
.................................................................................................................................................. 40
16. Porównanie wymiarów zespołu prądotwórczego z silnikiem wysokoprężnym i
generatora UTC200KW z ogniwami paliwowymi typu PAFC .......................................... 46
17. Nowe technologie ogniw paliwowych.............................................................................. 47
18. Oddziaływanie ogniw paliwowych na środowisko ........................................................ 49
19. Rynek ogniw paliwowych i prognozy jego rozwoju ...................................................... 54
20. Źródła ................................................................................................................................ 56
4
1. Ogniwa paliwowe – rys historyczny
Odkrycia, że w wyniku reakcji utleniania wodoru można uzyskać energię
elektryczną, dokonał w roku 1839 angielski naukowiec Willliam R. Grove.
Po uzyskaniu tlenu i wodoru drogą elektrolizy pary wodnej dokonał reakcji utleniania
w środowisku roztworu kwasu siarkowego jako elektrolitu i obecności katalizatora
platynowego. Jedna z elektrod była otoczona wodorem, a druga tlenem, dodatnie jony
wodoru przepłynęły przez elektrolit i łącząc się z tlenem wokół drugiej elektrody
utworzyły wodę, zaobserwowano różnicę potencjału między elektrodami podczas tej
reakcji.
William Grove (1811-1896) i jego eksperyment, który dał początek
późniejszemu rozwojowi ogniw paliwowych (wg Initiative Bernnstoffzelle)
Praktyczne zastosowanie tego odkrycia nastąpiło dopiero w roku 1965, kiedy to
ogniwo paliwowe, taką nazwę przyjęto dla urządzeń generujących energię elektryczną
jako bezpośredni produkt reakcji utleniania, zastosowano do zasilania urządzeń
pokładowych w amerykańskim programie Gemini, a następnie w roku 1968
w programie Apollo. Natomiast w roku 1997 koncern motoryzacyjny Daimler-Benz
zasygnalizował zamiar wprowadzenia na rynek w roku 2004, samochodu napędzanego
energią z ogniw paliwowych.
Prowadzone w międzyczasie badania doprowadziły do rozwoju technologii
ogniw paliwowych. Powstał szereg typów ogniw pracujących w oparciu o reakcje
utleniania innych pierwiastków, które z wodorowym pierwowzorem łączy tylko
wspólna nazwa ogniw paliwowych.
Obecnie znajdują one coraz szersze zastosowanie tak militarne, jak i cywilne
w energetyce, łączności, transporcie a nawet są oferowane do zasilania telefonów
komórkowych i innego sprzętu elektronicznego aż po zastosowania jako źródła ciepła
i energii elektrycznej dla obiektów użyteczności publicznej (szpitale, baseny itp.),
a nawet domy mieszkalne. Prace nad rozwojem ogniw uległy przyspieszeniu dzięki
rządowym i międzynarodowym programom mający na celu obniżenie emisji gazów
cieplarnianych oraz wykorzystanie alternatywnych źródeł energii w związku
z kurczącymi się zasobami tradycyjnych jej nośników. Największe zainteresowanie
ogniwami wykazują od lat producenci samochodów, co jest uzasadnione głównie
ograniczeniami emisji spalin wprowadzanymi przez administracje poszczególnych
5
krajów. W chwili obecnej niemal wszystkie liczące się firmy tej branży prowadzą lub
finansują badania ogniw i ich zastosowania do napędu pojazdów.
Dzięki różnorodności obecnie istniejących typów ogniw znajdują one coraz
szersze zastosowanie wszędzie tam gdzie niezbędne są źródła energii elektrycznej,
a także ciepła do celów bytowych lub technologicznych i to zarówno w mikro, jak
i makro skali. Jednostki energetyczne oparte na ogniwach paliwowych stosowne są
często jako rezerwowe źródła zasilania.
Wybrane przykłady pokazujące możliwości technologii ogniw paliwowych
Przykład miniaturyzacji ogniwa typu DMFC
(wg Lawrence Livermore national Lab.)
U 31 pierwszy okręt podwodny zbudowany przez HDW
z zastosowaniem ogniw paliwowych do napędu głównego
(wg Howaldswerke-Deutsche Werft AG)
Stacjonarna jednostka energetyczna
z ogniwami paliwowymi PEM
Moc 250kW. Firma Ballard
(wg Ballard)
Miniaturowe ogniwo
DMFC firmy Franhofer ISE
(wg www.fuelcells.org)
Eksperymentalny samolot napędzany
ogniwami paliwowymi.
(wg Aviation Tomorrow.com)
6
Projekt instalacji o mocy elektrycznej 2MW
z ogniwami typu SOFC firmy Fuel Cell Techn.
(wg FCT)
Mercedes klasy A z ogniwami
paliwowymi PEM
(wg Daimler-Chrysler)
Autobus z ogniwami paliwowymi
testowany przez DaimlerChrysler
zastosowano tu ogniwa PEM
(wg Daimler-Chrysler)
Prom kosmiczny NASA
(wg NASA)
Jednostka energetyczna Hot Module™
z ogniwami MCFC. Firma MTU
(wg MTU)
Miniaturowe ogniwo zasilające. Firma ISE.
Jednostka energetyczna 200 kW firmy UTC
oparta na technologii PAFC zasilana biogazem
z oczyszczalni ścieków.
(wg UTC)
Bateria ogniw AOFC stosowana do
zasilania pojazdu podwodnego,
paliwem jest aluminium
Firma ALTEX Sys.
(wg Altex Sys.)
7
Porównanie sprawności źródeł energii elektrycznej
(wg Fuell Cell Energy)
2. Zasada działania ogniw paliwowych z aktywnym
wodorem
(wg www.fuelcell-eur.nl)
8
3. Ogniwa alkaiczne AFC
Nazwa ogniwa: ogniwa alkaliczne Alkaline Fuel Cell AFC
Zasada działania: anoda i katoda oddzielone są matrycą nasyconą roztworem
wodorotlenku potasu KOH
Reakcje elektrochemiczne:
Anoda:H2+2(OH)-→2H2O+2eKatoda:1/2O2+H2O+2e-→2(OH)Ogniwo: H2+1/2O2→H2O
Budowa ogniwa:
(wg DoE)
Schemat obiegów ogniwa AFC (wg Fuel Cell Control Ltd.)
Zasada działania ogniwa AFC
(wg Science at Home)
Rodzaj paliwa: wodór, ze względu na zastosowanie katalizatora platynowego
wymagana wysoka czystość gazów dostarczanych do ogniwa, szczególnie zawartość
CO nie może przekroczyć 10ppm. Także zawartość CO2, która w powietrzu
atmosferycznym wynosi ok. 370ppm jest niekorzystna, ponieważ ten gaz wchodzi
w niepożądaną reakcję z elektrolitem.
9
Temperatura pracy: 100-250˚C
Moc elektryczna: 0,3-10kW; jednostkowa 0,7-8,1kW/m2 powierzchni czynnej.
Sprawność: 66%
Uwagi: wysokie wymagania odnośnie czystości gazów.
Perspektywy rozwoju i zastosowania:
Najstarszy typ ogniw paliwowych intensywnie rozwijany w ramach programu
komicznego NASA, stosowany w pojazdach kosmicznych jako źródło energii i wody,
jedyna technologia ogniw, która osiągnęła pełny rozwój. Ze względu na zawartość
platyny nie należy się spodziewać spadku cen rynkowych. Oferowane na rynku jako
zasilacze awaryjne, ze względu na zerową emisję w warunkach zasilania czystym
wodorem, są szczególnie przydatne w tej roli do stosowania we wnętrzach. Jednak
zasilanie czystym wodorem przy obecnym stanie technologii jego magazynowania
ogranicza moc stosowanych jednostek opartych na ogniwach AFC. Przewidywane do
stosowania w pojazdach.
Jednostka energetyczna o mocy 2,5 kW
Jednostka o mocy 2 kW
Wymiary 1160×680×660mm, masa 130kg
Firma Fuel Cell Control Ltd. (wg FCC)
Jednostka o mocy 6 kW firmy Industrial Power
(wg IP)
10
Instalcja z ogniwami AFC w samochodzie
(wg ENECO)
Jednostka 1,8kW firmy ASTRIS stosowana
jako napęd wózka golfowego, zasila sprężonym wodorem
(wg ASTRIS)
4. Ogniwa aluminiowo-tlenowe AOFC
Nazwa ogniwa: ogniwa aluminiowo-tlenowe Aluminium-Oxygen Fuel Cell AOFC,
określane też jako semi-ogniwa.
Zasada działania: anody aluminiowe umieszczone są między katodami o zdolności
dyfuzyjnej dla tlenu i zanurzone w elektrolicie/utleniaczu (nadtlenek wodoru),
utleniaczem może być także tlen lub powietrze.
Anoda: Al+4OH-→AlO2+2H2O+3e- i/lub Al+4OH-→Al(OH)4-+3eKatoda: O2+2H2O+4e-↔4OHOgniwo: 4Al+3O2+6H2O→4Al(OH)3
reakcja korozyjna: 2Al+ 6H2O →2Al(OH)3+3H2
Budowa ogniwa: podobna do ogniw ZAFC.
Rodzaj paliwa: zużyciu ulegają anody aluminiowe.
Temperatura pracy: b.d.
Moc elektryczna: 50W - 6kW
Sprawność: b.d.
Uwagi: mogą pracować bez dostępu powietrza (jeżeli elektrolitem jest nadtlenek
wodoru), wydajność energetyczna większa 3× niż baterii srebrno-cynkowych, 6-7× niż
baterii NiCd, 10× niż kwasowych.
Stosowane obecnie do napędu bezzałogowych pojazdów głębinowych, jako źródła
ciepła dla nurków oraz w warunkach arktycznych do zasilania aparatury naukowe,
gdzie pracują pod zdalnym nadzorem .W tym ostatnim zastosowaniu ich zaletą jest to,
11
że zestaw regeneracyjny, który musi być dostarczany drogą powietrzną jest 9 razy
lżejszy niż klasyczne akumulatory. Producentem jest Fuel Cell Technologies Ltd.
Urządzenie grzewcze dla nurków.
Może dostarczyć w ciągu 5 godz.
2,7 kWh w postaci ciepła i energii
elektrycznej, uzyskiwanej z bloku
gniw o wymiarach 178×280×381mm
(wg FCT)
Bateria ogniw 12V, 4(5)A może
dostarczać energii elektrycznej
przez 2 tygodnie w warunkach
nocy polarnej.
(wg FCT)
Jednostka napędowa ALTEX
System firmy FCT napędzająca bezzałogowy pojazd głębinowy
Moc 300W przy napięciu 25V, czas pracy 270 godz., pojemność 80 kWh,
paliwo 23 anody aluminiowe, utleniacz 85 kg nadtlenku wodoru (wody utlenionej) 50%,
czas wymiany paliwa i utleniacza 2 godz.
(wg FCT)
5. Ogniwa zasilane bezpośrednio metanolem DMFC
Nazwa ogniwa: ogniwa zasilane bezpośrednio metanolem Direct Methanol Fuel Cell
(Direct Alkohol Fuel Cell) DMFC.
Zasada działania: anoda i katoda rozdzielone są membraną polimerową pełniącą rolę
elektrolitu, dzięki katalizatorowi anoda przechwytuje wodór bezpośrednio z ciekłego
metanolu bez konieczności stosowania reformingu.
12
Anoda: CH3 OH+H2O→CO2+6H++6eKatoda: 6H++6e-+3/2O2→3H2O
Ogniwo:CH3 OH +3/2O2→CO2+2H2O
Budowa ogniwa:
Budowa ogniwa DMFC
(wg LNLL )
(wg www.dmfc.com)
Schemat obiegów w ogniwie DMFC
(wg www.ices.cmu.edu)
Rodzaj paliwa: wodny roztwór metanolu lub etanolu.
Temperatura pracy: 50-200˚C
Moc elektryczna: do 6kW
Sprawność: 40%
Uwagi: paliwo ogólnie dostępne i łatwe w użyciu.
13
Stosunkowo młoda technologia w stadium rozwoju, trwają prace nad doskonaleniem
membran. Z tym typem wiązane są duże nadzieje, tak w dziedzinie zastosowań
w motoryzacji, jak i miniaturyzacji ogniw i zastąpienia nimi dotychczas stosowanych
baterii do sprzętu elektronicznego. Ładowanie polega na wymianie pojemnika
z metanolem. Modernizacja typowej stacji paliw i przystosowanie jej do dystrybucji
metanolu ma kosztować w granicach 30 000 $.
Laptop z zasilaczem
oraz telefon
komórkowy
firmy Motorola
(wg www.dmf.com)
Budowa ogniwa DMFC
w technologii mikro
(wg LLNL)
Produkty firmy Smart Fuel Cell GmbH, przenośne zasilacze z ogniwami DMFC
Po lewej: zasilacz C25 o mocy 25W, pojemnik 125 ml metanolu, czas pracy 7 godzin
Po prawej: zasilacz SFC A25 z jednego pojemnika z 2,5l metanolu wytwarza 50 Ah
energii elektrycznej, czas pracy 70-80 godzin (wg SFC)
14
6. Ogniwa magnezowo-powietrzne MAPC
Nazwa ogniwa: ogniwa magnezowo-powietrzne Magnesium-Salt water-Air MAPC
Zasada działania: anody magnezowe umieszczone są w roztworze wodnym chlorku
sodu (soli kuchennej), którym może być woda morska, lub inhibitora wodoru
(zapewnia większą moc ogniwa), utleniaczem jest tlen atmosferyczny docierający do
ogniwa przez porowatą katodę powietrzną.
Reakcje elektrochemiczne: w wyniku reakcji powstaje wodorotlenek magnezu
MgOH, który jest nieszkodliwy dla środowiska, energia elektryczna i niewielka ilość
ciepła.
Budowa ogniwa: magnezowe anody i porowata katoda powietrzna.
Rodzaj paliwa: zużywane są anody magnezowe.
Temperatura pracy: powyżej -5ºC
Moc elektryczna: 100W
Sprawność: b.d.
Uwagi: Obecnie osiągane są wydajności 1500 Wh/kg, a typowe akumulatory
kwasowe osiągają zaledwie 30-40 Wh/kg, pojemności rzędu 121 Ah/kg, a więc 4,5×
więcej niż akumulatory kwasowe.
Obecnie na rynku są oferowane głównie przenośne zasilacze oparte na tej technologii
jak np. SAM-Cell™ firmy Green Volt.
Przenośny zasilacz 100W, 12VDC, 8,3A
Pojemność 3500 Wh
Czas pracy 35-50 h, masa ok. 4,4 kg
Firma Green Volt
Małe ogniwa tego typu stosowane
są jako źródła energii elektrycznej do
zasilania lampek w morskim sprzęcie
ratunkowym, elektrolitem jest woda morska.
Firma Electric Fuel Corp.
15
7. Ogniwa z ciekłym węglanem MCFC
Nazwa ogniwa: ogniwa z ciekłym węglanem Molten Carbonate Fuel Cell MCFC
Zasada działania: anoda i katoda oddzielone są warstwą ciekłego węglanu litu, sodu
i/lub potasu pełniącego rolę elektrolitu.
Anoda: H2+CO32-→H2O+CO2+2eKatoda: 1/2O2+CO2+2e-→CO32Ogniwo: H2+1/2O2+CO2→H2O+CO2
Budowa ogniwa:
(wg DoE)
Budowa ogniwa MCFC (wg MTU)
Rodzaj paliwa: węglowodory, konieczna jest zawartość węgla w paliwie.
Temperatura pracy: 600-800ºC
Sprawność: 60 %
Moc elektryczna: 10kW-2MW i więcej, jednostkowa: 0,1-1,5 W/m2 powierzchni
czynnej
Uwagi: Bardzo szeroki zakres stosowanych paliw, część z zastosowaniem prereformingu. Czysty wodór nie może być stosowany, ponieważ paliwo musi zawierać
węgiel, którego jony uzupełniają ich ubytki w elektrolicie zachodzące podczas reakcji.
Stosunkowo długi czas rozruchu, wymagane podgrzanie ogniwa do temperatury
reakcji. Problemem jest rozpuszczanie się katody w elektrolicie, który w temperaturze
pracy ogniwa jest wysoce korozyjny, trwają prace nad nowymi materiałami. Nie
16
zawiera katalizatora platynowego. Sprawność układów hybrydowych z odzyskiem
ciepła do 85%.
Obecnie na rynku oferowane są jednostki o mocy 200-300 kW, w przygotowaniu są
pojekty instalacji o mocach rzędu 50-100 MW. Jednoski energetyczne z ogniwami
MCFC brane są pod uwagę jako napęd statków – projekt UE o akronimie FC-SHIPS
jest obecnie realizowany przez konsorcjum, w skład którego wchodzą m in. Wartsila,
MTU, Haldor Topsoe. Ponadto prace nad marynizacją jednostek serii 500 prowadzi
Ansaldo przy współudziale firm hiszpańskich.
Porównanie sprawności różnych metod produkcji energii (wg MTU)
Schemat blokowy układu hybrydowego z odzyskiem ciepła (wg MTU)
17
Projekt jednostki serii 500
z ogniwami MCFC
(wg Ansaldo)
Studium instalacji 4MW z jednostkami
ogniw MCFC w układzie
pionowym jako napęd okrętu
nawodnego (wg Ansaldo)
Instalacja energetyczna o mocy
2MW oparta na jednostkach
z ogniwami MCFC firmy Fuel
Cell Energy
(wg www.fuelcells.org )
18
Jednostka energetyczna z ogniwami MCFC.
Zasilana gazem naturalnym moc 245 kW + 180 kW mocy cieplnej.
Wymiary 7300×
×2500×
×3200.
Poniżej przekrój poprzeczny
Producent MTU CFC Solutions GmbH Monachium
19
Zmodyfikowana wersja jednostki 500 firmy Ansaldo,
przystosowana do zasilania olejem napędowym,
przewidziana do zastosowania morskiego
(wg Ansaldo)
Schemat jednostki 500 Ansaldo przy zasilaniu gazem naturalnym
(wg Ansaldo)
8. Ogniwa z kwasem fosforowym PAFC
Nazwa ogniwa: ogniwa z kwasem fosforowym Phosphoric Acid Fuel Cell PAFC
Zasada działania: anoda i katoda oddzielone są porowatą matrycą nasyconą 100%
kwasem fosforowym pełniący rolę elektrolitu.
Anoda: H2→2H++2eKatoda: 1/2O2+2H+2e-→H2O
Ogniwo: H2+1/2O2+CO2→H2O+CO2
20
Budowa ogniwa:
(Wg DoE)
Rodzaj paliwa: wodór, maksymalne dopuszczalne zanieczyszczenie CO2 do 1,5%
Moc elektryczna: 200 kW i więcej, jednostkowa 0,8-1,9 kW/m2 powierzchni czynnej
Sprawność: 40%
Uwagi: oferowany na rynku jako źródło energii elektrycznej i ciepła, sprawność
układów hybrydowych z utylizacją ciepła do 85%.
Trwają prace nad rozwojem tego typu ogniwa dla celów energetycznych, a także dla
potrzeb motoryzacji. Badane są układy hybrydowe z reformerami i możliwością
stosowania szerokiej gamy paliw gazowych i płynnych.
Schemat blokowy
układu hybrydowego
z przetwarzaniem
paliwa i odzyskiem
ciepła
(wg European Fuel
Cell Group Ltd.)
21
Jednostka energetyczna PC25
firmy UTC Fuel Cells, układ
hybrydowy, zasilanie gazem
naturalnym moc 200 kW,
sprawność 40%,
(80% z odzyskiem ciepła),
jej schemat blokowy i budowa
wewnętrzna
(wg UTC)
Jednostka energetyczna PC25 firmy UTC
zasilana gazami odpadowymi w browarze.
Instalacja złożona z jednostek PC25 zasilana
biogazem odpadowym z oczyszczalni ścieków
(wg UTC)
22
Instalacje energetyczna o mocy 1MW złożona
z pięciu jednostek PAFC
Firma International Fuel Cell (wg Bellona)
Sprawność ogniw różnego typu
(wg Initiative Brennstofzelle )
9. Ogniwa z membraną wymiany protonów PEMFC
Nazwa ogniwa: ogniwo z membraną wymiany protonów Protone Exchange Membrane
F.C. (Polymer Electrolite F.C.) PEMFC
Zasada działania: między porowatymi anodą i katodą znajduje się membrana
z polimeru organicznego kwasu perfluorosulfonowego pokryta obustronnie
katalizatorem w postaci cząsteczek platyny, membrana ta ma zdolność przepuszczania
protonów.
Anoda: H2→2H++2eKatoda:1/2O2+2H++2e-→H2O
Ogniwo:H2+1/2O2→H2O
Budowa ogniwa:
(wg DoE)
(wg Los Alamos National Laboratory)
23
(wg Los Alamos National Laboratory)
Rodzaj paliwa: Wodór
Temperatura pracy: 80-100
Moc elektryczna: 50-250 kW, jednostkowa 3,8-13,5 kW/m2 powierzchni czynnej
Sprawność: 47-60%
Uwagi: zdolność do szybkiego rozruchu, w temperaturze pokojowej można uzyskać
50% mocy, a pełną po ok. 3 min. Wrażliwe na zanieczyszczenie wodoru i tlenu
tlenkiem węgla. Osiągana moc 190 kW/m3 bloku ogniw, zamierzenia idą w kierunku
osiągnięcia 500 kW/m3 przy mocy własnej niezbędnej do pracy 44 kW/m3. Niezbędny
układ chłodzenia przy średniej temperaturze czynnika ok. 65˚C (max. 150˚ C).
Żywotność powyżej 50 000 godz.
Ten typ jest obecnie intensywnie rozwijany także z myślą o zastosowaniu
w motoryzacji. Na bazie tej technologii powstał typ ogniwa regeneracyjnego
łączącego w jednym urządzeniu funkcje ogniwa i elektrolizera (przemiennie).
(wg LLNL)
24
Należy zwrócić uwagę, że mianem regeneracyjnych określane są też czasem układy
złożone z ogniwa i hydrolizera.
Zasilacze awaryjne UPS o mocy 1 kW zasilane
sprężonym wodorem z butli.
Technologia PEMFC. Firma Ballard Power Systems.
Moduł ogniw paliwowych PEMFC,
Moc 20 kW, wymiary 1041×785×340 mm,
masa 150kg, chłodzony cieczą
Firma Hydrogenics Corp
Bateria ogniw PEMFC firmy Palcan
Fuel Cells, chłodzenie cieczą,
Wymiary 140×203 mm, moc 1-5 kW
Budowa wewnętrzna zasilacza awaryjnego
o mocy 5 kW firmy Powerplug
1. Bateria ogniw PEFC
2. Aparatura elektryczna
3. Blok zapewnienia ciągłości zasilania
4. Zbiornik wodoru na 16 godz. pracy
5. Blok cieplny
6. Obudowa izolowana termicznie
Jednostka energetyczna o mocy 5 kW,
zasilana gazem naturalnym firmy Powerplug
wymiary 2146×813×1733 mm
1. Reformer gazu naturalnego
2. Blok baterii ogniw PEMFC
3. Przetwornica AC/DC
4. Blok zapewnienia ciągłości zasilania
5. Blok cieplny
25
Jednostka energetyczna o mocy 50 kW,
widoczne baterie ogniw PEMCF
ich liczba wynosi 20.
Wymiary 1546×746×2024 mm
Firma IRD Fuel Cells A/S
Oparta na technologii PEM jednostka
o mocy 7 kW do użytku domowego
firmy Plug Power
10. Ogniwa ze stałym tlenkiem SOFC
Nazwa ogniwa: ogniwa ze stałym tlenkiem Solid Oxide Fuel Cell SOFC
Zasada działania: anoda i katoda są oddzielone warstwą ceramiczną z tlenku cyrkonu
z domieszką itru stanowiącą stały elektrolit.
Anoda: H2+O2-→H2O+2eKatoda: 1/2O2+2e-→O2Ogniwo: H2+1/2O2-→H2O
26
Budowa ogniwa:
Budowa płyty elektrolitu
(wg Lawrence Bekerley Lab.)
(wg LLNL)
Typ płytowy (wg ZETEK)
Typ rurowy (wg Siemens Westinghouse)
Schemat blokowy jednostki
z ogniwami SOFC typu rurowego.
(wg Acumentrics)
27
Porównanie sprawności
(wg www.benwiens.com)
Rodzaj paliwa: gaz naturalny, odpadowe gazy przemysłowe, gaz koksowniczy,
amoniak, olej opałowy, olej napędowy, paliwo lotnicze, benzyna, metanol.
Moc elektryczna: 25-220 kW i więcej
Sprawność: 60-85%
Uwagi: Obecnie osiągana jest sprawność ok. 40% dla ogniw bezciśnieniowych
i ok. 60% dla ciśnieniowych; wyższe sprawności możliwe przy utylizacji ciepła
w postaci turbiny parowej lub gazowej i generatora.
Schemat jednostki zintegrowanej termicznie z odzyskiem ciepła
(Global Thermoelectric)
Ze względu na bardzo szeroki zakres paliw możliwych do zastosowania (cięższe
węglowodory wymagają pre-reformingu) ten typ jest obecnie rozwijany i wiązane są
z nim duże nadzieje. Rozwijane są oba typy, płytowy w formie bloku dysków i rurowy
w postaci bloku rur, ten ostatni jest bliższy zastosowania. Trwają prace nad
obniżeniem temperatury reakcji i obniżeniem kosztów budowy, co jest możliwe,
ponieważ ten typ ogniw nie osiada platynowego katalizatora. Ponadto dzięki brakowi
platyny jest niewrażliwy na obecność CO w paliwie. Wadą ograniczającą
zastosowanie jako rezerwowego źródła zasilania jest stosunkowo długi czas rozruchu.
28
Moc jednostkowa wynosi 1,5-5 kW/m2. Trwałość ogniw określa się na 30 000 godzin
pracy. Rozważane zastosowanie do napędu pojazdów (Delphi, BMW).
Jednostka z ogniwami SOFC
typu rurowego firmy Westinghouse
Moc 300 kW
Moc 0,5 MW
Zintegrowane, hybrydowe jednostki z ogniwami SOFC projektowane przez firmę Siemens
29
Jednostka hybrydowa 5 kW
Firmy Fuel Cell Technology
11. Ogniwa cynkowo-powietrzne ZAFC
Nazwa ogniwa: ogniwa cynkowo-powietrzne Zinc-Air Fuel Cell ZAFC
Zasada działania: anody cynkowe oddzielone są od katod powietrznych matrycą
zawierającą elektrolit wodorotlenek potasu KOH.
Anoda: Zn+4OH- → Zn(OH)2-4+2e
Katoda: 1/2O2+H2O+2e→2OHOgniwo: Zn+2OH-+1/2O2+1/2H2O→Zn(OH)2-4
Reakcja ta jest odwracalna, po zasileniu prądem elektrycznym:
Zn(OH)2-4→Zn+2OH-+1/2O2+1/2H2 O
Budowa ogniwa:
Ogniwo z anodami płytowymi
Ogniwo z anodami kasetowymi
(wg Powerzinc)
(wg Metalic Power)
Rodzaj paliwa: zużywane są anody cynkowe
30
Moc elektryczna: zależna od wielkości baterii
Sprawność: zdolność magazynowania energii jest 4-7× większa niż klasycznych
akumulatorów, żywotność 5× większa (10 lat).
Uwagi: Obecnie oferowane są na rynku dwa podstawowe typy:
1. Płytowy, o konstrukcji zbliżonej do akumulatora kwasowego, anody wykonane są
z płyt cynkowych, możliwe jest ładowanie ze źródła prądu stałego. Proces
ładowania trwa jednak 60 razy krócej niż w przypadku klasycznych akumulatorów,
źródła mówią o mniej niż 5 min. Istnieją też propozycje, dla potrzeb transportu
kołowego, wymiany kaset z płytami w „stacjach paliwowych”. (System DQFC
firmy Powerzinc Electric).
2. Z cynkiem w postaci granulek (pelet) stanowiącym zawiesinę w elektrolicie KOH.
Zawiesina ze zbiornika podawana jest do anod ogniw, a po przereagowaniu spływa
do zbiornika; następnie może być regenerowana przez ładowanie lub wymieniana
w stacji paliw. Oprócz pompy w skład systemu wchodzi dmuchawa powietrza
i układ chłodzenia. Układy takie są obecnie stosowane w zasilaczach awaryjnych
produkcji firmy Metalic Power.
Technologia cynkowa rozwijana jest obecnie przez kilka firm z myślą o zastosowaniu
w transporcie lądowym, a na rynku oferowane są baterie dla celów zasilania
awaryjnego urządzeń elektronicznych i łączności. Docelowo zamierza się osiągnąć
pojemność powyżej 200 Wh/kg przy cenie do 100 USD/kWh.
(wg Powerzinc)
31
Bateria ogniw firmy Powerzinc 24V,I=
20A, Imax= 175,120 Ah Wymiary:
345×210×210 mm Masa 16,4 kg
Charakterystyka U/I
Pojedynczego ogniwa baterii
Zasilacz awaryjny firmy Metalic Power, moc 1kW, 54VDC, 25A
Czas pracy 24 godz., czas regeneracji 5× większy
Wymiary: 1473×1905×711 mm, masa 675 kg (wg Metalic Power)
Samochód osobowy z baterią ZAFC
o pojemności 57,2kWh i masie 280 kg.
Zasięg 400 km przy 70-120km/godz.
(wg Metalic Power )
Koncepcja stacji wymiany zawiesiny
cynk-elektrolit w pojazdach
(wg Metalic Power)
32
12. Wodór jako paliwo dla ogniw paliwowych
Wodór służy do zasilania ogniw paliwowych nisko temperaturowych przy czym
może być dostarczany ze zbiorników lub uzyskiwany w reformerze, w który powstaje
on jako produkt rozkładu węglowodorów. Reformer taki może być zintegrowany
z baterią ogniw tworząc układ hybrydowy. Ponieważ wodór nie występuje na ziemi
w stanie wolnym konieczne jest jego uzyskanie z innych związków chemicznych.
Obecnie znane są następujące sposoby uzyskiwania wodoru:
A. Metody przemysłowe
1. Drogą elektrolizy z wody, równocześnie otrzymywany jest tlen, który może być
użyty w charakterze utleniacza w ogniwach paliwowych. Sprawność tego procesu
wynosi 80-85% a cena uzyskiwanego tą drogą wodoru 2-4 USD/1kg.
2. Wysokotemperaturowy, katalityczny rozkład pary wodnej w temp. 2500 º C.
3. Reforming czyli termiczny rozkład węglowodorów gazowych i ciekłych np. gazu
ziemnego, ok. 95% światowej produkcji pochodzi z rozkładu gazu ziemnego.
Reakcja przeprowadzana w obecności pary wodnej ma postać:
CH4+2H2O→CO2+4H2
Cena tak uzyskanego wodoru wynosi 0,65 $/kg gazu zużytego na miejscu
i wzrasta do 2-2,8/kg po skropleniu i dostawie.
4. W bioreaktorach, metodą biologiczną jako efekt działania szczepów bakteryjnych
i zielonych alg. Metoda ta zwana foto-biologiczną, jest obecnie w stadium badań.
5. Piroliza i gazyfikacja biomasy, która może dać 12-17% wodoru w stosunku do
suchej masy odpadków komunalnych lub rolniczych, drzewnych itp.
B. Metody lokalne – możliwe do stosowania w układach hybrydowych
1. Wysokotemperaturowy, katalityczny rozkład pary wodnej.
2. Reforming węglowodorów gazowych i ciekłych.
3. Wykorzystanie wodoru powstającego jako produkt uboczny w ogniwach
paliwowych DCFC (węglowych) poprzez tworzenie układów hybrydowych.
W przypadku produkcji wodoru metodą przemysłową konieczne jest jego
magazynowanie oraz transport i dystrybucja do odbiorców. Wodór jest gazem
szczególnie niebezpiecznym, co wykazało choćby jego stosowanie w sterowcach, kiedy
po serii katastrof zarzucono na wiele lat budowę tych statków powietrznych. Obecnie
znane są następujące metody magazynowania wodoru:
A. Metody fizyczne
1. Metoda ciśnieniowa w postaci gazu pod ciśnieniem powyżej 140 bar w zbiornikach,
ale także w wyrobiskach nieczynnych kopalni, naturalnych jaskiniach lub
33
wyeksploatowanych złożach ropy naftowej. Jako mało przydatna w transporcie,
metoda ta jest obecnie rozważana jako sposób gromadzenia rezerw gazu w pobliżu
miejsca jego uzyskiwania np. tam gdzie jest dostępna tania energia elektryczna,
zwłaszcza ze źródeł odnawialnych.
2. Metoda kriogeniczna, w temperaturze -253ºC w postaci skroplonej. Ten sposób
jest stosunkowo wygodny do transportu i dystrybucji.
3. Metoda kriogeniczna, w postaci półstałej jaką uzyskuje wodór po obniżeniu
temperatury do -259ºC i równoczesnym obniżeniu ciśnienia. W takich warunkach
wodór uzyskuje konsystencję zbliżoną do mokrego śniegu. Ta metoda obecnie jest
badana.
Inne metody:
1. W postaci hydratów metali. Niektóre metale i ich stopy tworzą nietrwałe związki
z wodorem, pojemność takich związków dochodzi do 5-7% ich wagi.
W przypadku zastosowania metaboranu sodu proces uwalniania wodoru następuje
w obecności katalizatora i ma przebieg :
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2+ciepło
2. W nano-rurkach węglowych o średnicy 2 nanometrów, które mają zdolność do
magazynowania 4,2-6,5% wodoru w stosunku do własnej wagi. Metoda w trakcie
badań.
3. W mikro-kulkach szklanych – po rozgrzaniu są one poddawane działaniu wodoru
pod wysokim ciśnieniem. W takich warunkach gaz przenika do wnętrza mikrokulek, a po ochłodzenie zostaje w nich uwięziony, uwolnienie wodoru następuje
po ogrzaniu.
4. W postaci związków chemicznych takich jak amoniak, metanol i inne, które mogą
być następnie rozłożone dla uzyskania czystego wodoru.
Zbiornik ciekłego wodoru w bagażniku
Samochodu osobowego (wg DoE)
Zbiornik sprężonego wodoru (wg DoE)
34
Struktura hydratu (wg DoE)
Nano-rurki węglowe(wg DoE)
Technologie magazynowania
wodoru i perspektywy ich rozwoju
(wg U.S Department of Energy)
13. Węglowodory jako paliwo do ogniw paliwowych
z aktywnym wodorem
Jednostki energetyczne oparte na ogniwach paliwowych z aktywnym wodorem
mogą być zasilane pośrednio (układy hybrydowe z reformerem) lub bezpośrednio
węglowodorami zwłaszcza gazowymi. Zasilanie bezpośrednie możliwe jest dla ogniw
wysokotemperaturowych, jednak i tam paliwo w postaci amoniaku, gazu naturalnego
NPG, gazu ziemnego, biogazu, gazu kopalnianego, metanu czy LPG przeznaczone do
spalania w ogniwach musi być przede wszystkim odsiarczone, a gaz powstały
w wyniku reformingu musi mieć zawartość CO nie przekraczającą poziomu
dopuszczalnego dla danego typu ogniwa. Jedynie ogniwa SOFC dopuszczają większą
zawartość siarki oraz CO.
35
Powyższe wymogi dotyczą także gazu powstającego w wyniku reformingu
węglowodorów ciekłych, takich jak olej opałowy, olej napędowy, nafta, benzyna,
metanol czy etanol. Jedynie do zasilania ogniw MCFC wymagana jest zawartość CO2
w gazie zasilającym.
Obecnie prace naukowo-badawcze koncentrują się między innymi nad
konstrukcją reformerów spełniających powyższe wymagania i nadających się do
stosowania w układach hybrydowych. Metanol lub etanol, którym bezpośrednio
zasilane są ogniwa DMFC, są szczególnie interesującymi paliwami także dla ogniw
innego typu. Metanol jest paliwem wysoko energetycznym, z którego ponadto
w procesie reformingu parą wodną stosunkowo łatwo daje się uzyskać gaz bogaty
w wodór mogący zasilać ogniwa paliwowe. Metanol może być produkowany
w oparciu o wykorzystanie gazu gnilnego (biogazu) uzyskiwanego z fermentacji
bakteryjnej odpadów komunalnych i ścieków, a jego magazynowanie i dystrybucja są
łatwiejsze niż wodoru.
Reformer gazu naturalnego dla
Reformer parowy (z lewej ) i reformer z częściowym
baterii ogniw SOFC o mocy 1 kW
utlenianiem (z prawej)
Firma Global Thermoelectric Inc (wg www.h2fc.com)
Schemat blokowy reformera
metanolu
(wg www.fueleconomy.gov)
36
Wylot wodoru do
zasilania baterii
ogniw
Dolot benzyny
Reaktor końcowy
-usunięcie tlenku
węgla
1-szy stopień reaktora
-uwolnienie cząsteczek
wodoru
Reformer benzyny przeznaczony dla samochodu.
Firma General Motors
(fot. James Westman wg www.wired.com)
Schemat blokowy reformera wykorzystującego wodę wytwarzaną przez ogniwa paliwowe
(wg Hydrogen Source www.hydrogensource.com)
37
Produkcja metanolu z gazu gnilnego (biogazu)
Metan i dwutlenek węgla
wolne od lotnych
związków organicznych
Zamrażanie
Ciekły dwutlenek węgla
wolny od lotnych
związków organicznych
Suchy, sprężony gaz
gnilny zanieczyszczony
lotnymi związkami
Ciekłe: dwutlenek węgla
i lotne związki organiczne
Destylacyjny rozkład gazu
Odbiorca metanolu
Gaz naturalny do
produkcji metanolu
1000 ton/dobę
Regionalna produkcja
metanolu z biomasy
Zasoby gazu gnilnego
Rafinacja gazu
Produkcja metanolu z gazu naturalnego i biogazu
Dwutlenek węgla i lotne
związki organicznedo spalania w pochodni
Wytwórnia metanolu
Gaz gnilny
Metanol
ok.57000 l/dobę
Sprężanie i osuszanie
Produkcja metanolu z biogazu
wg W.Wisbrock na De Witt Methanol Conference, Huston TX, 17.10.2001
38
14. Wymiary i masa jednostek energetycznych z
ogniwami paliwowymi
Moc
kW
4
1,8
1
Napięcie/prąd
Typ ogniw
24, 36lub 48 VDC
0,85
0,9
1
250
2000
1000
1
2
3
5
7
5
Masa
kg
Uwagi
48VDC
AFC
AFC
PEM
Wymiary
mm
1200×1400×750
535×585×432
892×485×782
120/240VAC
PEM
740×690×640
77-84
Hybrydowa
zasilana
metanolem
240VDC 40A
480V 60Hz
480V 60Hz
480V 60Hz
PEM
PEM
MCFC
MCFC
MCFC
730×760×360
690×482×221
3500×3200×10065
7625×16470×25315
7625×13725×19825
533×533×533
64
39
110V lub 220V 60Hz
70A
DMFC
635×635×635
915×915×915
120/240VAC
SOFC
5,25
PEM
250
SOFC
Typ rurowy
109
200
Wymiary zbliżone do
pieca domowego
960×727×520
290
3600×3600×9700
32000
+160 kW
w gorącej
wodzie
8590×2750×3580
480/277 V 60Hz lub
400/230V 50Hz
3050×3050×5090
PAFC
SOFC
Typ płytowy
200
280
2000
27,5
30,6
37,5
69
81
480V 60Hz
lub50Hz
3050×3050×3050
MCFC
2500×3200×7300
SOFC
8235×14680×17950
18000 +
765
Dodatkowo
moduł
chłodzenia
1200×1200×4
270
7200
+180 kW
w gorącym
powietrzu
400ºC
Ciepło możliwe
do utylizacji
zawarte w
12240 kg/godz.
spalin o
temp. 343ºC
0,1
12VDC/120VAC
2,2 kg
(sucha)
5,5 kg
( z wodą )
MAPC
39
Czas pracy
35 godz.
15. Stan obecny i perspektywy zastosowania ogniw
paliwowych w gospodarce morskiej
Powstanie oraz rozwój nowych źródeł energii jakimi są ogniwa paliwowe nie
mógł przejść nie zauważony przez sektor gospodarki morskiej, zwłaszcza że prace nad
wykorzystani ich podjęły marynarki wojenne kilku krajów. Marynarka USA, US
Marines Corps oraz US Coast Guard od kilku lat prowadzą prace studialne i badawcze
nad wdrożeniem technologii ogniw paliwowych do napędu okrętów nawodnych oraz
innych zastosowań morskich i lądowych.
Pierwsze próby z ogniwami marynarka USA przeprowadziła na okręcie
podwodnym w roku 1965, ale ze względu na powszechne stosowanie energii jądrowej
na swoich okrętach tego typu prób zaniechano. Po pojawieniu się nowych typów
ogniw zainicjowano wieloletni program badawczo-rozwojowy mający przynieść
w efekcie budowę elektrycznego niszczyciela określanego symbolem DD-X (klasy
DD 21 Zumwalt). Warunkiem jest zastosowanie typowego paliwa okrętowego (NATO
F-76), ponieważ inne paliwa proponowane obecnie do ogniw paliwowych, takie jak
gaz naturalny, wodór, metanol czy benzyna nie spełniają wymogów bezpieczeństwa
US Navy ze względu na wysoką lotność i łatwopalność.
W pierwszej fazie badania prowadzone są na instalacji energetycznej o mocy
2500 kW przystosowanej do warunków morskich, a opartej na wcześniejszych
lądowych jednostkach 500 kW. Początkowo pod uwagę brane były dwie technologie
MCFC i PEMFC. W wyniku wstępnych badań do dalszych prac skierowano
rozwiązanie firmy Fuel Cell Energy Inc, która w pobitym polu pozostawiła
konsorcjum firm MacDermont i Ballard z ich systemem PEMFC. Zamierzenia idą
w kierunku opracowania siłowni okrętowej o wyższej sprawności i mniejszych
gabarytach (obecnie na okrętach wojennych zajmuje ona 90% pojemności okrętu) oraz
realizacji następujących warunków:
1. Wykorzystanie dotychczas stosowanego paliwa oraz systemów
paliwowych,
2. Sprawność min.70%,
3. Uzyskanie wskaźników 0,057 m3/kW i 18 kg/kW,
4. Uproszczony i zintegrowany system reformingu paliwa,
5. Utrzymanie kosztu wytworzenia na poziomie 1200 $/kW.
Te wszystkie warunki musi spełniać siłownia o mocy do 25 MW przy
zapewnieniu akceptowalnego poziomu gęstości energetycznej. Na uwagę zasługuje
fakt, że na laboratorium badawcze przeznaczono budynek o powierzchni ok. 760 m2,
a więc takiej, jakiej można się spodziewać na dużym okręcie. Instalacje przejdą próby
na lądzie w latach 2004-2005, a następnie na lata 2006-2007 przewidziane są próby
morskie. Równocześnie prowadzane są prace nad zastosowaniem baterii ogniw
40
mniejszej mocy, także typu mikro jako głównych i/lub rezerwowych źródeł zasilania
z zamiarem zastąpienia nimi baterii klasycznych akumulatorów; rozważane jest tu
zastosowanie technologii DMFC.
US Coast Guard prowadzi próby zastosowania ogniw paliwowych do zasilania
latarni morskich i swoich instalacji lądowych, zwłaszcza położonych
w trudno dostępnych rejonach. Pierwsze próby nie wypadły zbyt korzystnie, ponieważ
próbna instalacja w latarni morskiej w czasie półrocznej eksploatacji pracowała tylko
86% czasu ze względu na awarie systemu paliwa oraz przegrzania sytemu, a także
błędy obsługi. Zainstalowany w jednej z baz lotniczych US Coast Guard system
zasilania uruchomiono w 2001 roku, tu jednak zniechęcające okazały się wysokie
koszty utrzymania, które 2-3-krotnie przekroczyły planowane. Stocznia HDW
z Kilonii jako pierwsza w praktyce zastosowała ogniwa paliwowe na jednostkach
wojennych, a mianowicie na serii czterech okrętów podwodnych klas 212A. Pierwszy
okręt o symbolu U31 przechodzi próby morskie. Zastosowano tu ogniwa PEMFC
zasilane wodorem i czystym tlenem; wodór przechowywany jest w postaci hydratów
metali, a tlen w postaci skroplonej. Dostawcą ogniw oraz systemu ich kontroli
i sterowania jest Siemens, który ponadto dostarczył do stoczni przewoźną jednostkę
o mocy 160 kW, co jest związane z planowanym zastosowaniem ogniw na
jednostkach nawodnych, tak wojennych, jak i wycieczkowcach gdzie zamierza się
zastosować układy hybrydowe z reformingiem oleju napędowego. Podjęcie działań
w tym kierunku jest podyktowane, między innymi zamiarem obniżenia emisji SOx
i NOx, co w pierwszym rzędzie będzie koniecznością dla statków małych
i przybrzeżnych oraz dla innych w czasie postoju w portach, ponieważ administracje
niektórych państw (np. Szwecja) zamierzają wprowadzić opłaty portowe za emisję
tych gazów. Konieczne jest tu doskonalenie technologii reformingu klasycznych paliw
silnikowych, ponieważ zamierza się wykorzystać olej napędowy do produkcji wodoru
w układzie hybrydowym reformer-ogniwo.
Kolejnym zastosowaniem ogniw paliwowych na morzu jest podjęta
modernizacja greckich okrętów podwodnych klasy 209 (25-letnich), na których ma
być dodatkowo zainstalowany taki rodzaj napędu podwodnego w celu powiększenia
zasięgu; konieczne będzie przedłużenie jednostek o ok. 7 m. Prace mają być wykonane
w latach 2004-2010 przez HDW i Siemensa przy współudziale greckiej stoczni
Hellenic Shipyard Skaramanga. Siemens otrzymał także zamówienie na wyposażenie
w instalację ogniw paliwowych okrętów podwodnych klasy 214 dla Grecji i Korei
Południowej. Jeżeli chodzi o zastosowanie ogniw paliwowych dla jednostek
cywilnych warto zwrócić uwagę na rysujące się obecnie tendencje, na jakie wskazują
obecnie realizowane programy sponsorowane przez UE. Wartsila, znany producent
silników okrętowych, bierze obecnie czynny udział w projekcie marynizacji ogniw
paliwowych wraz z firmami Ansaldo i MTU oraz duńską firmą Haldor Topsoe, które
rozwijają technologię SOFC dla zastosowań lądowych i morskich. Projekt ten jest
41
sponsorowany przez UE, nosi nazwę FC-SHIP, a poza wymienionymi wyżej firmami
biorą w nim udział, między innymi GL, LR, DNV, RINA, uniwersytety w Genui,
Hamburgu, Delft oraz University of Strathclyde z Glasgow, a także stocznia
Fincantieri.
Wspomniana wcześniej firma Ansaldo opracowała koncepcyjny projekt siłowni
o mocy 4 MW przeznaczonej dla nawodnej jednostki wojennej; oparta jest ona
o technologię SOFC. Jak łatwo zauważyć prace koncentrują się nad ogniwami
wysokotemperaturowymi.
Innym programem mogącym przyspieszyć stosowanie ogniw paliwowych na
statkach jest FCTESTNET. Ma on na celu wypracowanie standardów eksploatacji
i bezpieczeństwa oraz metod badań tych urządzeń, wśród 55 uczestników tej sieci
tematycznej jest także LR.
Jeżeli chodzi o jednostki małe, rekreacyjne i wszelkiego rodzaju tabor
pływający to zastosowanie ogniw paliwowych wydaje się być bliższe, co ma związek
ze znacznym zaawansowaniem prac nad tą technologią w przemyśle motoryzacyjnym
i rozwojem ogniw zasilanych wodorem o mocach odpowiednich do napędu takich
jednostek. Warto tu zwrócić uwagę na łódź motorową 5,5 m firmy Duffy Electric Boat
(USA) oraz łódź motorową 9 m dla 18 osób zbudowaną w Kaliforni, także przy
współudziale tej firmy. Jako napęd zastosowano jednostki firmy Anuvu oferującej
jednostki oparte na technologii PEMFC, zasilane wodorem, rozwijane głównie na
potrzeby przemysłu motoryzacyjnego. Obecnie firma ta planuje budowę jednostki
napędowej o mocy 240 kW dla hydrobusu na 149 pasażerów dla rejonu zatoki San
Fracisco. Tego rodzaju jednostki mogą okazać się bardzo przydatne w rejonach
o dużym natężeniu ruchu, jak akwatoria portów czy miasta takie jak np. Wenecja,
Amsterdam czy Sztokholm.
Wydaje się, że na tym kończą się możliwości stosowania ogniw zasilanych
czystym wodorem, który jest paliwem tyle wydajnym, co kłopotliwym (przynajmniej
przy dzisiejszym stanie technologii), a jego stosowanie wymaga instalacji czujników
i systemów zabezpieczających. Natomiast powstanie nowych typów ogniw
wysokotemperaturowych, w których można zastosować paliwa inne niż wodór
o wysokiej czystości i których cena może w miarę doskonalenia technologii ulec
znacznemu obniżeniu (nie wymagają kosztownych katalizatorów), otwiera nowe
możliwości także w dziedzinie źródeł energii elektrycznej i elektrycznych napędów
głównych na statkach i okrętach, co jest niezwykle pożądane zwłaszcza
z zastosowaniem pędników śrubowych typu POD.
Inny miejscem możliwego zastosowania ogniw paliwowych jest sektor
off-shore, a więc platformy wydobywcze i jednostki FPSO, gdzie istnieje naturalne
źródło gazu ziemnego, który może być bezpośrednio używany do zasilania ogniw
wysokotemperaturowych.
42
Innym zastosowaniem jest wykorzystanie jednostek z ogniwami paliwowymi
jako awaryjnych źródeł energii elektrycznej. W tym charakterze dobrze mogą się
sprawdzić jednostki DMFC ze względu na krótki czas rozruchu oraz ogniwa ZOFC
(zwłaszcza regeneracyjne), MAFC czy też AOFC proste i tanie. Mogą one
z powodzeniem zastąpić baterie akumulatorów stosowane do awaryjnego zasilania
systemów alarmowych, łączności i oświetlenia, zwłaszcza, że są lżejsze, co może mieć
znaczenie w przypadku niewielkich, szybkich jednostek. O wyborze typu
zastosowanego ogniwa może decydować wymagana moc i przeznaczenie. Tego
rodzaju ogniwa wydają się być bliskie zastosowania na morzu ze względu na swoją
prostotę, niską cenę i niezawodność.
Ponadto jak już wcześniej wspomniano ogniwa mogą okazać się bardzo
przydatne do zasilania oznakowania nawigacyjnego oraz urządzeń, takich jak
wszelkiego rodzaju transpondery SART czy nadajniki EPIRB, a także w budowie
morskiego sprzętu ratunkowego.
Obecnie szerokie zastosowanie ogniw paliwowych także w gospodarce
morskiej jest hamowne przez następujące czynniki:
1. Brak czystego paliwa, nawet klasyczne paliwa silnikowe wymagają
odsiarczenia.
2. Technologia ogniw jest jeszcze stosunkowo młoda i wymaga
dopracowania przed zastosowaniem na dużych statkach.
Jednak posiadają one niewątpliwe zalety i przewagę nad innymi źródłami
energii:
1. Wysoka prawność energetyczna.
2. Niska emisyjność w zakresie emitowanych gazów, a także drgań
i hałasu.
3. Elastyczność jeżeli chodzi o rodzaj paliwa.
Należy oczekiwać, że w miarę postępu prac nad doskonaleniem konstrukcji
ogniw i postępu w dziedzinie inżynierii materiałowej wymienione powyżej
ograniczenia zostaną pokonane, pozytywne cechy przeważą, a ogniwa paliwowe
wejdą do powszechnego użytku także w sektorze gospodarki morskiej. Zwłaszcza
jeżeli chodzi o obniżkę kosztów inwestycyjnych, które obecnie wynoszą wg różnych
źródeł 3000-5000 $/kW, należy się spodziewać znacznej obniżki po wdrożeniu
masowej produkcji, a na to wskazują prognozy czołowych producentów, które
określają jako możliwą do uzyskania w roku 2010 cenę ok. 400 $/kW i dalszy spadek
cen do 50 $/kW w roku 2015 (wg National Defense Magazine).
Mimo wszystko jest wiele problemów do rozwiązania w związku ze
stosowaniem ogniw na statkach, takich jak sprawy bezpieczeństwa eksploatacji czy
niezawodności w warunkach morskich. Dotychczas pracujące na lądzie nie osiągnęły
mocy porównywalnej z mocą siłowni przeciętnego statku handlowego, odbywały się
natomiast liczne demonstracje takich instalacji. Raczej nie należy się spodziewać, aby
43
zastosowanie tego źródła energii na statkach nastąpiło przed jego upowszechnieniem
w energetyce lądowej. Pewne światło na przyszłość ogniw paliwowych rzucają
zamierzenia firmy Ansaldo i jej plan rozwoju w tej dziedzinie.
Plany perspektywiczne rozwoju technologii ogniw paliwowych
firmy Ansaldo (wg Ansaldo)
Jacht 12 m wyposażony w napęd ogniwami
firmy Ballard Power Systems, kompletny
system napędowy wykonała firma MTU.
Na uwagę zasługuje fakt nadania klasy
przez GL (wg MTU)
Instalacja napędowa łodzi motorowej
z ogniwami paliwowymi PEMFC
Firma Duffy Electric Boat Co.
(wg www.powerandmotoryacht.com )
Ogniwo paliwowe PEMFC
o mocy 1,5 kW firmy Anuvu.
(wg Anuvu)
44
Schemat napędu łodzi firmy Duffy Electic Boat Co.
Zastosowano jednostkę energetyczną firmy Anuvu
oraz zbiorniki wodoru w postaci hydratu firmy Millenium Cell
(wg www.powerandmotoryacht.com)
Jednostka energetyczna o mocy 6 kW firmy Anuvu (4 ogniwa PEMFC)
zastosowana do napędu łodzi motorowej firmy Duffy Electric Boat.
Trwają prace nad jednostką 240 kW przeznaczoną do napędu łodzi
(wg Anuvu)
45
16. Porównanie wymiarów zespołu prądotwórczego z
silnikiem wysokoprężnym i generatora UTC200KW
z ogniwami paliwowymi typu PAFC
2028
(wymiary w mm)
Głębokość 1035
3219
Morski zespół prądotwórczy Volvo-Penta
o mocy 200/247 kVA (198 kWe)
Masa ok. 2800 kg
Generator UTC200KW z ogniwami typu PAFC
46
17. Nowe technologie ogniw paliwowych
Ogniwa paliwowe zasilane bezpośrednio węglem Direct Carbon Fuel Cell
DCFC
Ogniwa zasilane czystym węglem stanowią odkrycie ostatnich lat. Badania nad
nimi trwają i nie są jeszcze dostępne na rynku, jednak ich spodziewana sprawność oraz
możliwość wykorzystania do produkcji paliwa do nich, także węgla kamiennego, są
bardzo obiecujące. Zademonstrowano ogniwo o mocy 3W, ale ta technologia
umożliwia uzyskanie 1 kW/m2 powierzchni czynnej elektrod. Temperatura reakcji
wynosi 750-850°C.
Budowa ogniwa
(wg John Cooper LLNL )
Budowa ogniwa
(wg John Cooper LLNL )
Sprawność: 70-80%
Proces przemiany węgla
(wg John Cooper Lawrence Livermore National Laboratory)
47
Do budowy ogniwa nie są potrzebne kosztowne katalizatory w rodzaju platyny,
zastosowano elektrody przepuszczalne wykonane z rodzaju „filcu” z włókien
niklowych oraz separator takiej samej konstrukcji wykonany z cykronu.
W ogniwie zjonizowane atomy węgla łączą się z atomami tlenu, a w wyniku
reakcji elektrochemicznej powstaje energia elektryczna. Elektrolit stanowi ciekła
mieszanina węglanów litu, sodu i potasu. Węgiel dostarczany jest do ogniwa jako
cząsteczki o średnicy 10-10 000 nanometrów, które mogą być uzyskiwane na drodze
pirolizy węglowodorów w temp. 800-1200°C (metoda taka służy obecnie do produkcji
sadzy przemysłowej).
Trwają badania nad uzyskiwaniem mikrocząsteczek węgla z węgla kamiennego
przez jego wzbogacanie. Na drodze szeregu procesów fizyko-chemicznych mielenia,
flotacji oraz działania kwasów następuje wzbogacenie węgla do postaci
umożliwiającej jego użycie do zasilania ogniw.
Wykorzystanie nośników energii jest tutaj bardzo wysokie, ponieważ
w procesie pirolizy węglowodorów jest uwalniany wodór, który może by zastosowany
do zasilania innych ogniw paliwowych.
Porównanie sprawności ogniw paliwowych DCFM
ze sprawnością ogniw innych typów
(wg John Cooper LLNL)
Ogniwa paliwowe z ceramicznym elektrolitem przewodzącym protony
Protonic Ceramic Fuel Cell PCFC
Ogniwa te budową i zasadą działania przypominają inne ogniwa
wysokotemperaturowe. Łączą on zalety termiczne i kinetyczne ogniw MCFC i SOFC,
jednak elektrolitem o wysokiej przewodności protonów jest tu stały materiał
ceramiczny zamiast ciekłego elektrolitu. Temperatura reakcji wynosi ok. 700ºC,
a paliwem mogą być węglowodory. Ten typ jest obecnie w stadium badań.
48
18. Oddziaływanie ogniw paliwowych na środowisko
Emisja gazowa
Ogniwa paliwowe obok swojej wysokiej sprawności energetycznej są także
czystym źródłem energii, a poziom emisji substancji szkodliwych dla otoczenia, o ile
w ogóle występuje, jest niższy niż innych cieplnych źródeł energii. Jednak niska
emisyjność ogniw wynika często z faktu stosowania do ich zasilania czystych
nośników energii, często wcześniej uzyskanych w procesie, który nie jest już tak
czysty i obojętny dla środowiska, tak jest w przypadku wodoru.
Wodór, jak już wcześniej wspomniano uzyskiwany jest obecnie głównie
w procesie destylacji ropy naftowej i przeróbki gazu naturalnego, a mimo znacznego
postępu w dziedzinie ochrony środowiska wydobycie i przerób tych paliw są uciążliwe
dla środowiska. Sytuację może znacznie poprawić poprzez większe wykorzystanie
wodoru powstałego w wyniku elektrolizy wody przy zastosowaniu energii
elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Obecnie pracują już pilotowe
instalacje, w których elektrolizery zasilane są z baterii słonecznych. Układy takie
pozwalają na produkcję energii elektrycznej w sposób nieprzerwany, także
w godzinach nocnych i czasami nazywane są ogniwami paliwowymi regeneracyjnymi,
chociaż nie zawsze reakcje elektrolizy i utleniania zachodzą przemiennie w tym
samym urządzeniu.
Eksperymentalny samolot Helios
zbudowany przez NASA.
Elektryczne silniki napędowe
zasilane są przemiennie z baterii
słonecznych i ogniw paliwowych
(fot. Nick Galante)
Układ magazynowania energii
Instalacja baterie słoneczne -ogniwa paliwowe
Julich Research Center w Phoebus
(wg Initiative Bremstoffzelle )
49
Układy wykorzystujące źródła energii odnawialnej do zasilania wodorem ogniw
paliwowych nazywane są wirtualnymi elektrowniami (za Initiative Bremstoffzelle).
Zintegrowany system wykorzystania energii odnawialnej
z zastosowaniem ogniw paliwowych
(wg David Hart www.huxley.ic.uk)
Poziom emisji jednostki energetycznej PC25C z ogniwami typu PAFC firmy UTC
w porównaniu z emisją innych źródeł energii elektrycznej.
(źródło www.epp.cmu.edu/undergraduate/summaries/HydrogenEnergy/final24.html)
50
Emisja zanieczyszczeń przy wykorzystaniu do produkcji wodoru różnych węglowodorów
(źródło www.epp.smu.edu/undergraduate/summaries/HydrogenEnergy/final24.html)
Porównanie poziomów emisji elektrowni cieplnej na paliwo kopalne
z emisją jednostki energetycznej PC25
(wg US DoE)
51
Należy zwrócić uwagę, że ogniwa paliwowe praktycznie wykazują zerową
emisję tlenków azotu NOx. Poziomy emisji dla różnych typów ogniw podano
w poniższej tablicy:
Typ ogniwa
NOx
SOx
CO2
CO
Paliwo
SOFC
≤0,5 ppm
0
440 kg/MWh
0
Gaz naturalny
MCFC
≤0,1 ppm
≤0,01 ppm
ok. 410 kg/MWh
≤10 ppm
Gaz naturalny
PAFC
<1 ppm
pomijalna
b.d.
<2 ppm
Gaz naturalny
<1 ppm
pomijalna
b.d.
<2 ppm
Gaz naturalny
<5 ppm
<1 ppm
PEMFC
Należy jeszcze zauważyć, że ogniwa paliwowe mogą służyć do
przechwytywania i utylizacji gazu gnilnego (biogazu) z oczyszczalni ścieków czy
składowisk odpadów komunalnych i przemysłowych, a także gazów kopalnianych
usuwanych z wyrobisk drogą wentylacji. Gazy te mogą zasilać ogniwa obniżając
emisję metanu do atmosfery. Możliwe jest też przechwytywanie części emisji
przemysłowej dwutlenku węgla i zasilanie nim ogniw MCFC.
Projekt utylizacji przemysłowej emisji CO2 poprzez wykorzystanie jej części do zasilania ogniw
MCFC, co jest niezbędne w przypadku zastosowania do nich paliwa o niskiej zawartości węgla
(wg Ansaldo)
52
Ciepło
Wszystkie typy ogniw wytwarzają ciepło, a jego ilość w przypadku ogniw
wysokotemperaturowych jest znaczna i jeżeli nie ma możliwości jego utylizacji do
celów grzewczych czy w układzie hybrydowym do generacji energii elektrycznej, to
musi być ono odprowadzone do otoczenia w postaci wody chłodzącej lub powstałej
w wyniku reakcji, gorącego powietrza (często o dużej wilgotności) lub też gorących
gazów. Jednostka o mocy elektrycznej 2000 kW (ogniwa MCFC) wytwarza 6790
Btu/kWh ciepła w gazach spalinowych. Jednostka o mocy elektrycznej 50 kW
z ogniwami SOFC typu rurowego dostarcza 62 kW energii cieplnej (zasilanie gazem
naturalnym). Temperatura gazów z baterii ogniw SOFC osiąga 800ºC, natomiast dla
ogniw zasilanych wodorem przekracza 100ºC.
Hałas
Jednostki energetyczne ze względu na zainstalowane mechanizmy pomocnicze,
jak pompy, dmuchawy czy wentylatory emitują hałas, przykładowa jednostka PEMFC
60 dB 9m, a jednostka SOFC 65dB 10m.
Poziom hałasu emitowanego przez jednostki energetyczne z ogniwami
paliwowymi różnego typu
53
19. Rynek ogniw paliwowych i prognozy jego
rozwoju
W miarę rozwoju i doskonalenia konstrukcji poszczególne typy ogniw wchodzą
do produkcji i są oferowane na rynku.
Rozwój rynku ogniw stosowanych do celów energetycznych pokazuje poniższa
tablica (wg www.fuelcell-eur.nl):
Światowy rynek ogniw (w mln $)
Rynek światowy
Stany Zjednoczone
Kanada i Meksyk
Europa Zachodnia
Japonia
Azja i Pacyfik
Reszta świata
1995
2000
2005
1205
355
45
310
360
75
60
2440
720
150
600
675
195
100
8500
2500
575
2300
1950
750
425
Wzrost roczny
2000/1995 %
15,2
15,2
27,2
14,1
13,4
21,1
10,8
Wzrost roczny
2005/2000 %
28,4
28,3
30,8
30,8
23,6
30,9
33,6
Udział poszczególnych typów ogniw:
Pracujące (sprzedane) ogniwa, stan z roku 2002 (w kWe)
Typ / Kraj
PEMFC
PAFC
MCFC
SOFC
Razem
Udział %
USA
450
13200
1250
500
15700
48
Japonia
250
10000
1060
15
11325
35
Europa
670
1000
2860
850
5380
17
Ogółem
1370
24200
5170
1365
32105
100
Udział %
5
75
16
4
100
Obecnie ceny ogniw paliwowych są dość wysokie, co ogranicza ich
zastosowanie. Przykładowo cena jednostki energetycznej o mocy 200 kVA
z ogniwami PAFC wnosi 3000 $/kW (bez kosztów instalacji), ale realizowany jest
program US Department of Energy mający na celu obniżenie tej ceny do 1000 $/kW.
W miarę rozwoju produkcji ogniw wysokotemperaturowych należy oczekiwać
znacznej obniżki ich cen, natomiast ogniwa niskotemperaturowe, w których stosowany
jest katalizator platynowy nie będą tanieć, ponieważ mimo ograniczania ilości platyny
poprzez nowe konstrukcje ogniw jej ceny rosną. Jak już wcześniej wspomniano,
marynarka USA w realizowanym programie napędu elektrycznego dla niszczyciela
postawiła warunek nie przekroczenia kosztu 1200 $/kW. Badania przeprowadzone
w roku 2002 w USA przez Renowable Energy Policy Project pozwoliły na określenie
progu opłacalności stosowania ogniw paliwowych dla różnych celów na lądzie.
54
Progi cenowe ogniw paliwowych
Zastosowanie
Transport
Energetyka rozproszona dla celów bytowych
Energetyka rozproszona dla celów handlowych
Energetyka sieciowa
Przenośne i mikro ogniwa
Próg cenowy $/kW
50
300-500
1200-3000
1000-1500
5000-10000
Prognoza sprzedaży MW/rok
Etapy badań i rozwoju
Prognoza rozwoju i sprzedaży jednostek MCFC serii 500 Ansaldo
(wg Ansaldo)
Sprzedaż ogniw przenośnych na rynku światowym
2002-2008
x 106
jednostki
rok
wg
wg Allied Business Intelligence Inc
55
20. Źródła
Producenci ogniw paliwowych (wg www.cixxx.de)
Firma
Technologia
Website
Acumentrics
SOFC
www.acumentrics.com
Aluminium Power
PEMFC
www.aluminum-power.com
Ansaldo Fuel Cells
Anuvu
MCFC
PEMFC
www.ansaldofuelcells.com
www.anuvu.com
Arotech Corporation (former Electric Fuel)Metal Air
www.arotech.com
Astris
Avista
AFC
PEMFC
www.astrisfuelcell.com
www.avistalabs.com
Ballard
PEMFC/DMFC
www.ballard.com
Casio
Ceramic Fuel Cells Limited (CFCL)
ECD Ovonics
ElectroChem
DMFC
SOFC
PEMFC
PEMFC
www.casio.com
www.cfcl.com.au
Energy Related Devices ERD
Energy Vision Inc.
Evionyx
DMFC
DMFC
Metal Air
www.energyrelatedevices.com
www.energyvi.com
www.evionyx.com
FuelCellEnergy
Fuel Cell Technologies (FCT)
Global Thermoelectric
www.fuelcellenergy.com
www.fct.ca
www.globalte.com
H2 ECOnomy
h2-interpower
Heliocentris
MCFC
SOFC
PEMFC
Metal
Air/AFC/PEMFC
PEMFC
PEMFC
PEMFC
Hpower
PEMFC
H-Tec
Hydrogenics
PEMFC
PEMFC
Hydrovolt Energy Systems
Idatech
MagPower Systems
SOFC
PEMFC
Metal Air
www.hydrovolt.com
www.idatech.com
McDermott Technology Inc (MTI)
SOFC
Medis
Metallic Power
DMFC
Metal Air
www.mtiresearch.com
www.medistechnologies.com
Mosaic
MTU
MTI Micro Fuel Cells
PEMFC
MCFC
DMFC
www.mosaicenergy.com
www.mtu-friedrichshafen.com
www.mtimicrofuelcells.com
Nuvera
PEMFC
www.nuvera.com
GreenVolt Power
56
www.ovonics.com
www.fuelcell.com
www.greenvolt.com
www.h2economy.com
www.h2-interpower.de
www.heliocentris.com
www.hpower.com
www.h-tec.com
www.hydrogenics.com
www.magpowersystems.com
www.metallicpower.com
Opel/GM
PEMFC
www.opelmobil.de/brennstoffzelle
Palcan
PEMFC
www.palcan.com
Plugpower
PEMFC
www.plugpower.com
PowerTek
PEMFC
www.powertek-international.com
Powerzinc Electric
Metal Air
www.powerzinc.com
Proton Energy
Protonetics International
Proton Motor
PEMFC
SOFC/PCFC
PEMFC
www.protonenergy.com
www.protonetics.com
www.protonmotor.com
Siemens Westinghouse
SOFC
www.siemenswestinghouse.com
Smart Fuel Cell
Sulzer Hexis
DMFC
SOFC
www.smartfuelcell.com
www.hexis.ch
UTC
PEMFC/PAFC
www.utcfuelcells.com
Voller Energy
Zoxy Energy Systems
PEMFC
Metal Air
www.voller-energy.com
www.zoxy.net
Ztek Corp
SOFC
www.ztekcorp.com
Wybrane strony internetowe (źródło jak wyżej)
Medium
Brennstoffzellenauto
dieBrennstoffzelle.de
energieportal24
Eyeforfuelcell
Fuel Cells 2000
FuelCellToday
FuelCells Works News
and Infos
Hydrogeit
Hydrogen & Fuel Cell
Investor
Hyweb
Phillip Hurley
VDE
Treść
Samochody jutra
Ogniwa paliwowe
Ogniwa paliwowe i energia
odnawialna – aktualności
Ogniwa paliwowe – informacje
i aktualności
Informacje o ogniwach
paliwowych
i aktualności
i aktualności
Energia odnawialna i źródła
alternatywne, ogniwa paliwowe
Ogniwa paliwowe- informacje
techniczne, rynkowe i aktualności
Ogniwa paliwowe
Jak zbudować ogniwo paliwowe
(e-book)
Ogniwa paliwowe
57
Website
www.brennstoffzellenautos.com
www.diebrennstoffzelle.de
www.energieportal24.de
www.eyeforfuelcells.com
www.fuelcells.org
www.fuelcelltoday.com
www.fuelcellsworks.com
www.hydrogeit.de
www.h2fc.com
www.hyweb.de
www.goodideacreative.com/fuel_cell.html
www.vde.com/brennstoffzelle
Inne źródła
California Hydrogen Bussines Council
Engineering and Public Policy Carnegie Mellon
University
Eurpean Fuel Cell Group
www.ch2bc.org
www.epp.cmu.edu
www.fuelcell-eur.nl
FCSHIP
Fuel Cell Technology
HowStuffWorks
www.na-me.ac.uk
www.fct.ca
www.howstuffworks.cm
Hydrogen Fuel Cell Institute
www.h2fuelcells.org
Initiative Brennstofzelle
Lawrence Berkerley National Laboratory
www.initiative-brennstofzelle.de
www.lbl.gov
Lawrence Livermore National Laboratory
www.llnl.gov
Los Alamos National Laboratory
National Fuel Cell Research Center
www.lanl.gov
www.nfcrc.uci.gov
Norwegian Shipowners Association
T.H.Huxley School
Technical Staffing Professionals
www.rederi.no
www.huxley.ic.ac.uk
www.techstaffingpros.com
University of Alaska Energy Center
US Department of Defense
US Department of Energy
www.uaf.edu
www.defenselink.mil
www.fueleconomy.gov
www.eere.energy.gov
US Navl Surface Warfare Center, Carderock Div
World Fuel Cell Council
www.dt.navy.mil
www.fuelcellworld.org
58
W serii ZESZYTY PROBLEMOWE dotychczas ukazały się następujące pozycje:
B-001
L. Malak: Prognozowanie obciążeń statku na fali. XI 1978.
B-002
L. Konieczny: Wytrzymałość ogólna kadłuba z uwzględnieniem sprzężenia skręcania i zginania poprzecznego.
XI 1978.
B-003
A. Baraniak, A. Domański, U. Sznajder: Wpływ struktury geometrycznej powierzchni blach okrętowych na
własności ochronne powłok malarskich. II 1979.
B-004
Z. Bilicki: Metoda określania współczynników wnikania ciepła podczas wrzenia freonu w przepływie. III 1979.
B-005
Z. Wiśniewski: System hybrydowy APII-600 i jego zastosowanie w mechanice konstrukcji okrętu. V 1979.
B-006
A. Galewski, L. Konieczny: Computer calculations of ship hull longitudinal strenght with the interaction between
torsion and horizontal bending. VI 1979.
B-007
W. Ojak: Problemy drgań wymuszonych śrubą okrętową na współczesnych statkach. Vibration problems on
modern ships due to propeller excitations. IX 1979.
B-008
A. Nowaliński, T. Rajewska: Wykładzina bezspoinowa typu "A" na pokłady stalowe statków. IX 1979.
B-009
W. Ojak: Reduktor drgań pochodzących od śruby okrętowej. XII 1979.
B-010
J. Gatz: Systematyczna seria modeli kontenerowców i semikontenerowców. Badania oporu i napędu. XII 1979.
B-011
K. Kalinowski: Zastosowanie układów pompowego i termostatycznego do zasilania chłodnic powietrza
w ładowniach statków rybackich. III 1980.
B-012
S. Szpak-Szpakowski, W. Witkiewicz, A. Ziętek: Nowe materiały kompozytowe o osnowie polimerowej
i możliwości ich wykorzystania w okrętownictwie. V 1980.
B-013
W. Ojak: Propozycje oceny narażeń na drgania spowodowane ciśnieniami hydrodynamicznymi od śruby.
Proposed estimation of the excitation severity caused by propeller pressure amplitudes. VIII 1980.
B-014
Praca zbiorowa: Dobór stali kadłubowych na elementy konstrukcyjne statków zagrożone pęknięciami
lamelarnymi. XI 1980.
B-015
N. Bieniek: Problemy budowy modeli matematycznych w projektowaniu systemów wyposażenia okrętowego.
XII 1980.
B-016
K. Cichowski, K. Somla: Badania eksperymentalne właściwości dynamicznych konstrukcji okrętowych
metodami cyfrowymi. Experimental investigations of the dynamic properties of ship structures with digital
methods. II 1981.
B-017
W. Ojak: Projektowanie i kontrola statku pod kątem drgań. III 1981.
B-018
M. Banacki, A. Bujnicki: Badania modelowe kształtów do modułowego projektowania statków. VI 1981.
B-019
J. Kozłowski: Zastosowanie wzbudnika drgań do dynamicznych badań statków. IX 1981.
B-020
J. Kaliciński: Układ napędowy statku jako nieliniowy obiekt regulacji automatycznej. XII 1981.
B-021
G.C. Volcy: Wzajemne oddziaływanie układu napędowego i kadłuba oraz ich swobodne i wymuszone drgania.
III 1982.
B-022
J. Piotrowski, W. Wiśniewski: Przekładnie planetarne bezjarzmowe typu WPS. VI 1982.
B-023
A. Domański, J. Birn, A. Glazur, M. Urbańczyk: Korozja w wodzie morskiej kadłubowych połączeń spawanych
ze szczególnym uwzględnieniem stali przeznaczonych do eksploatacji w niskich temperaturach. VIII 1982.
B-024
A. Giryn, K. Somla: Hydroakustyczne rozpoznawanie biologicznych celów podwodnych. XII 1982.
B-025
O. Skibski: Ocena właściwości dynamicznych płaszczowo-rurowych wymienników ciepła z przegrodami
segmentowymi na podstawie ich odpowiedzi skokowych. III 1983.
B-026
J. Dudziak: Prawdopodobieństwo przewrócenia się statku pod działaniem bocznej fali i wiatru. IV 1983.
B-027
L. Malak: Charakterystyka warunków falowania morskiego oraz prognozowanie odzewu kadłuba na to
falowanie. XII 1983.
B-028
O. Skibski: Systemy diagnostyki pracy okrętowych silników wysokoprężnych. XII 1983.
B-029
J. Dudziak: Prognozowanie ciśnień dynamicznych na powierzchni kadłuba statku płynącego na fali regularnej.
IV 1984.
59
B-030
A. Galewski: Wstępna probabilistyczna metodyka analizy wytrzymałościowej statków otwartych. VIII 1984.
B-031
J. Kaliciński, E. Pelka: Numeryczne prognozowanie właściwości manewrowych statku we wczesnych fazach
projektowania. XII 1984.
B-032
M. Kubacka: Próba opracowania normatywnego wzorca jakości wymagań ergonomicznych w okrętownictwie.
I 1985.
B-033
T. Laskowski: Dynamiczne metody wyznaczania średniego współczynnika przenikania ciepła przez okrętowe
przegrody izolacyjne. IV 1985.
B-034
N. Bieniek: Modelowanie układów elektrycznych metodą grafów wiązań. VII 1985.
B-035
K. Szponar: Porównanie metod projektowania i badania okrętowych pędników śrubowych na przykładzie
projektu pędnika kontenerowca. IX 1985.
B-036
W. Ojak: Teoretyczno-doświadczalne rozwiązania dotyczące śrubowych wałów okrętowych mocowanych
elastycznie. VI 1986.
B-037
W. Gasparski: O projektowaniu inaczej. IX 1986.
B-038
W. Ojak: Drgania i hałasy w wodzie wytwarzane przez statki rybackie. Część I. X 1986.
B-039
W. Ojak: Drgania i hałasy w wodzie wytwarzane przez statki rybackie. Część II. X 1986.
B-040
A.I. Maksimadżi: Dialektyka normowania wytrzymałości kadłubów okrętowych. III 1988.
B-041
W. Trafalski: Struktura problematyki rozwojowej w mechanice konstrukcji pod kątem potrzeb przemysłu
okrętowego. VII 1988.
B-042
W. Trafalski: Praktyka projektowania, jej uwarunkowania i postulaty. VII 1988.
B-043
W. Trafalski: Wspomaganie jako przedmiot w okrętownictwie. VII 1988.
B-044
W. Trafalski: Projektowanie, wspomaganie, komputeryzacja. Studium metodyczne. VII 1988.
B-045
W. Trafalski: Postępowanie weryfikacyjne w komputeryzacji projektowania okrętowego. VII 1988.
B-046
M. Kubacka: Ergonomiczne aspekty projektowania statków rybackich. III 1990.
B-047
J. Kaliciński: Numerical simulation of ship manoeuvring tests with wind, wave and shallow water effect taken
into account. IX 1990.
B-048
M. Kubacka, J. Urban: Produktywność. Productivity. VII 1992.
B-049
Sachiro Nagashima, M. Kubacka: Produktywność = efektywność. X 1992.
B-050
M. Kubacka: Oceanotechnika. X 1992.
B-051
L. Murawski: Metodyka obliczeń drgań osiowych wałów korbowych wolnoobrotowych silników okrętowych.
XI 1992.
B-052
A. Baczyński, L. Konieczny, A. Listkowski: Zastosowanie metody poszukiwania minimum
w hiperpłaszczyźnie stycznej do hiperpowierzchni ograniczeń (TSM) przy optymalizacji ram. XII 1992.
B-053
M. Kubacka: Logistyka w gospodarce morskiej. III 1993.
B-054
M. Kubacka: Ergonomia w oceanotechnice. VI 1993.
B-055
J. Birn: Ochrona przed korozją i porastaniem okrętowych instalacji chłodzącej wody morskiej. IX 1993.
B-056
T. Zdybek: Wykorzystanie wyników systematycznych badań modelowych charakterystyk hydrodynamicznych
podwodzi statków nowej generacji do oceny wpływu dryfu na ich właściwości żeglugowe. X 1993.
B-057
W. Bogotko: Współczesne zagadnienia ochrony elektrochemicznej podwodnej części kadłubów statków. X 1993.
B-058
L. Murawski: Wybrane problemy wyznaczania sprawności układów napędowych statków. Metodyka pomiarów
i ich przetwarzania. XI 1993.
B-059
L. Murawski: Numeryczna symulacja stanów dynamicznych łożysk głównych wolnoobrotowych silników
okrętowych. XII 1993.
B-060
A. Sowiak: Zastosowanie programu MAESTRO w analizie konstrukcji masowca o nośności 164 000 t. XII 1993.
B-061
J. Dudziak: Symulacja komputerowa kołysań bocznych statku na fali. XII 1993.
B-062
M. Pawłowski: Energy loss in ship's collisions. IX 1994.
60
B-063
J. Jankowski: Experimental verification of mathematical models describing the ship moving on the free surface.
XII 1994.
B-064
L. Murawski: Numeryczna symulacja stanów dynamicznych tłumików drgań wzdłużnych wolnoobrotowych
silników okrętowych. XI 1994.
B-065
L. Murawski: Numeryczna symulacja stanów dynamicznych łożysk oporowych wolnoobrotowych silników
okrętowych. XII 1994.
B-066
M. Pawłowski: Subdivision of Ro-Ro Ships for Enchanced Safety in the Damage Condition. IX 1995.
B-067
J. Kulczyk, J. Dudziak: Uwarunkowania rozwoju polskiej floty śródlądowej. IX 1995.
B-068
J. Dudziak, J. Dawidowski: Specyfika akredytacji okrętowych badań modelowych. IV 1995.
B-069
E. Skrzymowski: Problemy montażu zespołu napędowego we współczesnej technologii budowy statku. IV 1995.
B-070
M. Pawłowski: Probabilistic concept of tanker subdivision. VI 1996.
B-071
E. Skrzymowski: Wybrane problemy żeglugi śródlądowej na Odrze i w jej dorzeczu. X 1996.
B-072
J. Dudziak: Postępy w zwiększaniu bezpieczeństwa promów pasażerskich ro-ro. XII 1996.
B-073
J. Dudziak: Prognozowanie zdarzeń rzadkich związanych z zachowaniem się statku na wzburzonym morzu.
VI 1997.
B-074
A. Jarosz: Z historii hydromechaniki okrętu w Polsce. VIII 1997.
B-075
Praca zbiorowa pod redakcją Stefana Jaworskiego: Penetrator. Automatyczne urządzenie pozycjonowania sondy
dla penetracji pola prędkości modelu statku. XI 1997.
B-076
Z. Karpiński, J. R. Szymczak: Dynamometr do pomiaru stałych i zmiennych sił i momentów łożyskowych.
XII 1997.
B-076
Z. Karpiński, J. R. Szymczak: Dynamometer for measurement of propeller induced unsteady bearing forces and
moments (wersja angielska). XII 1997.
B-077
I. Nowak: Optymalizacja właściwości oporowo-napędowych uniwersalnych statków dowozowych rzecznomorskich. XII 1997.
B-078
A. Baranowski, A. Baczyński, M. Rozbicki: Optymalizacja kształtu i konstrukcji kadłubów holowników
z napędem azymutalnym. XII 1997.
B-079
A. Baczyński, J. R. Szymczak: Badania optymalizacyjne konstrukcji kadłubów statków dowozowych rzecznomorskich. V 1998.
B-080
K. Szponar: Wspomnienia z pracy w zapleczu badawczym przemysłu okrętowego. V 1998.
B-081
E. Skrzymowski: Problemy technologiczne statków o uproszczonych kształtach kadłuba. VI 1998.
B-082
J. Birn, A. Zieliński, M. Janik-Czachor, A. Wołowik, A. Szummer, W. Arabczyk, D. Moszyński: Jakość
i grubość warstw pasywnych na stalach stopowych w chlorowanej wodzie morskiej oraz wpływ stężenia chloru
na korozję i porastanie metali. III 1999.
B-083
M. Rybczyński: Aktywność badawcza na rzecz gospodarki morskiej w Unii Europejskiej i w Polsce. Część I.
Struktury organizacyjne oraz mechanizmy integracji badań i rozwoju. XII 1998.
B-084
W. Majewski: Norma ISO 10303 STEP i jej zastosowanie w okrętownictwie. XII 1998.
B-085
M. Rybczyński: Aktywność badawcza na rzecz gospodarki morskiej w Unii Europejskiej i w Polsce. Część II.
Programy badawczo-rozwojowe przemysłów morskich w latach 1995-2002. II 1999.
B-087
T. Bugalski: Modyfikacja numerycznego basenu modelowego BOS-L jako rezultat niestandardowych badań
składników oporu trzech modeli statków wzorcowych: Wigleya, S60 i ESSO Osaka. III 1999.
B-088
J. Dudziak: Kołysania i obciążenia falowe statku na fali przeciwnej. XII 1999.
B-089
J. Duda-Gwiazda: Zintegrowany system bazy danych NIBS – Niezawodność Instalacji i Bezpieczeństwo Statku.
V 1999.
B-090
E. Skrzymowski:
VIII 1999.
B-091
M. Pawłowski, A. Laskowski: Extended theoretical model and algorithm of damaged ship behaviour.
IX 1999.
Technologia
okrętów
w
61
działalności
badawczo-rozwojowej
Unii
Europejskiej.
B-092
P. Domżalicki, K. Teleżyński: Nowy system automatycznej ochrony przed korozją podwodnych części kadłubów
statków. XI 1999.
B-093
W. Wełnicki, T. Bech: Fast cargo ships of new generation. Hydrodynamic characteristics. XII 2000.
B-094
Przekład z języka angielskiego: J. Wierszyło, M. Hossein Ghaemi: Stan wiedzy i techniki w zakresie
projektowania i budowy statków. III 2000.
B-095
H. Jarzyna: Zasadność i konieczność zmian w przetwarzaniu wyników modelowych badań napędowych. I 2000.
B-096
H. Jarzyna: Związki między względnymi i bezwzględnymi średnimi prędkościami osiowosymetrycznego pola
prędkości przy różnych kryteriach uśredniania. I 2000.
B-097
H. Jarzyna: Nowa struktura pojęcia efektywnej prędkości średniej (EMV). I 2000.
B-098
H. Jarzyna: Efektywny średni skok (EMP) i efektywna prędkość średnia (EMV) ze wspólnej procedury
obliczeniowej. I 2000.
B-099
H. Jarzyna: Nowa
w efektywne. IV 2000.
B-100
L. Malak: Generowanie falowania nieregularnego w dużym basenie Gdańskiego Basenu Modelowego Centrum
Techniki Okrętowej. XII 2000.
B-101
I. Nowak: Projektowanie kształtu oraz sterowność z napędem konwencjonalnym i awaryjnym dużego
chemikaliowca oceanicznego w wersji jedno- i dwuśrubowej. XII 2000.
B-103
L. Murawski, M. Rozbicki: Metoda analizy pracy układu napędowego na przykładzie chemikaliowca
o nośności rzędu 40 000 ton. XII 2000.
B-104
Przyszłość działalności badawczo-rozwojowej na rzecz przemysłów morskich Unii Europejskiej (wybór
dokumentów – rok 2000).
B-105
T. Bugalski: Badania numeryczne zjawiska
półwypornościowych. III 2002.
B-106
T. Zdybek: Doświadczenie i postęp – modernizacja stanowiska do prób modelowych wodowania bocznego
w Ośrodku Hydromechaniki Okrętu Centrum Techniki Okrętowej. I 2002.
B-107
E. Wełniak-Jamroż: Zadymianie nadbudówek statków. III 2002.
B-108
H. Cieślik, M. Kubacka, A. Jędrzejewska: Statek ekologiczny w rozwoju zrównoważonym. VI 2002.
B-109
LeaderShip 2015. A Road Map for the Future of the European Shipbuilding and Ship-Repair Industry.
LeaderShip 2015. Mapa dróg do przyszłości europejskiego przemysłu budowy i remontu statków. III 2003
B-110
Polish Maritime Business Week. Seminar on the EU Shipbuilding Industry. Tydzień Gospodarki Morskiej.
Seminarium dotyczące przemysłu okrętowego w UE. VII 2003
B-111
Lectures given by Prof. Volker Bertram on 23rd and 26th April 2004. Part I and Part II. V 2004
B-112
LeaderSHIP 2015 Defining the Future of the European Shipbuilding and Shiprepair Industry. Competitiveness
through excellence. LeaderSHIP 2015 Przyszłość europejskiego przemysłu budowy i remontu statków.
Konkurencyjność dzięki doskonałości. VIII 2004
B-113
CEMTAR SEMINAR MATERIALS. Lectures given by Mr. Joachim Brodda and Mr. Patrick Person. GDAŃSK,
16TH JUNE 2004. IX 2004
B-114
CEMTAR SEMINAR MATERIALS. Lectures given by Prof. Stefan Weyna, Prof. Stefan Jendo and Mr. Paweł
Dębek. GDAŃSK, 25TH JUNE 2004. IX 2004
B-115
CEMTAR SEMINAR MATERIALS. Lectures given by Henryk Jarzyna. GDAŃSK, 8TH OCTOBER 2004. IX
2004
B-116
J. Dudziak: Rys historyczny polskiego przemysłu okrętowego. XI 2005
B-117
M. Dudek-Walk, H. Modrzejewska: Problem wód balastowych w Porcie Gdańskim. II 2006
B-118
Okolicznościowa Sesja Naukowa z okazji 45-lecia pracy zawodowej dr. inż. Jana Dudziaka Dyrektora ds.
Naukowych CTO S.A. II 2006
metoda
określania
stałej
62
Co
wyporu
transformacji
dynamicznego
nominalnego
zmieniającego
pola
prędkości
opływ statków

B-119 - Centrum Techniki Okrętowej

Transkrypt

Podobne dokumenty

Stacjonarne ogniwa paliwowe zasilane gazem ziemnym

Fotoogniw - Cities on Power