Топливные элементы экономят бюджет ЦОДов

11 сентября 2014 г. | Механиков Олег | Категория: Обсуждаем статью

Один из лидеров энергетической отрасли General Electric (GE) превращается в производителя топливных элементов, поскольку компания удостоверилась – этот альтернативный метод предоставляет отрасли дешевые ресурсы для электроснабжения и сулит немалые выгоды для дата-центров.

General Electric планирует увеличить продолжительность срока службы и мощность топливных элементов, делая их дешевле в производстве. Корпорация строит в данный момент новый завод в штате Нью-Йорк и будет использовать новые производственные мощности для коммерциализации технологии.

Некоторые ЦОДы уже адаптировали технологию топливных элементов после того как BloomBox Bloom Energy с февраля 2010 года стала выпускать свою продукцию. Крупный телекоммуникационный провайдер NTT America использует топливные элементы на природном газе и биогазе в ЦОДе в Сан-Хосе. Пять «Энергетических Серверов» компании Bloom Energy вместе вырабатывают 4,2 кВтч в год для электроснабжения дата-центров. (Пусть не введет вас в заблуждение название «топливный элемент». Это устройство представляет собой модульную генераторную установку, которая вырабатывает 100 кВт мощности и состоит из тысяч топливных элементов.)

«Энергетический Сервер» (The Bloom Energy Server или the Bloom Box) представляет собой твердый топливный элемент (solid oxide fuel cell, SOFC), выпускаемый компанией Bloom Energy, на заводе в городе Саннивейл (штат Калифорния). Компания ранее называлась Ion America, но после ребрендинга в 2006 стала Bloom Energy. В 2010 году компания объявила о планах создавать небольшие по размеры электрогенерирующие установки мощностью 1 кВт и стоимостью менее $3000.

Сейчас Bloom Box стоит 700−800 тысяч долларов, при стоимости электроэнергии 8−9 центов за кВт-ч. «Энергетический сервер» может работать на жидких или газообразных углеводородах, в том числе, из биологических источников, которые вырабатывают электроэнергию на том месте, где используются.

Bloom Box выдерживает температуру до 980’C – в таких условиях другие топливные элементы сломались бы или потребовали дополнительного обслуживания. По данным компании Bloom Energy, одна ячейка (пластинка из металлического сплава между двух керамических слоев) размером 100 мм × 100 мм генерирует 25 Вт.

Экономическая выгода использования топливных элементов для NTT в Америке вытекает не только благодаря использованию более дешевых ресурсов. NTT получает скидки за использование энергии вне электросети штата Калифорния. Если бы не было этих льгот, для возврата инвестиций за эти топливные элементы могло бы требоваться более десяти лет, заявил Наэль Юнес, представитель NTT America. Инновация экономит NTT около $ 445 000 в год.

Корпорация General Electric заявила, что планирует вместе с партнером по исследованиям Fraunhofer IKFTS искать способы сделать топливные элементы более экономичными. В компании утверждают, что уже раскрыли секреты технологии. Еще в марте этого года, как сообщило информационное агентство Blomberg, в GE предположили, что стоимость топливных элементов может снизиться, если отказаться от использования платины - катализатора протон-обменной технологии. Платина является одним из редких элементов и используется для ускорения химической реакции в воздушной среде между водородом и кислородом, в результате которой выделяется чистая энергия. В GE вместо этого используется нержавеющую сталь, которая по заявлению экспертов компании, уменьшает затраты на изготовление.

«У топливного элемента нет движущихся частей. Внутренняя часть похожа на стопку печенья. Каждое “печенье” – это металлическая пластина с лабиринтом проточных каналов, вырезанных внизу и плиткой черной “глазури" наверху, основой для работы SOFC. Он содержит три слоя специальных керамических материалов: катодных  вверху, анодных внизу, а также плотный слой твердого оксидного электролита в середине», − сообщается в отчете GE.

Кристен Броснан, исследователь материалов в GE, считает, что есть смысл использовать в этих утановках материалы, которые легко применять и которые могут переносить большие колебания температуры. Чтобы получить дополнительную эффективность, производитель добавил двигатель Jenbacher (также производимый GE) для производства биогаза, который позволяет использовать синтез-газ, - побочный продукт работы топливных элементов. Эта мера может повысить эффективность на 65%.

В отрасли ЦОД в последние годы было много споров о пригодности топливных элементов для критически важных сред. Приоритетом в большинстве дискуссий были стоимость и пространство.

При разработке своих топливных элементов GE сфокусировал внимание на снижении стоимости получаемой электроэнергии. Выгоды этой новинки становятся заметны при использовании на протяжении более длительного периода. Новинку выгодно использовать в течение более длительного периода.

У топливных элементов есть и другие достоинства. Инженер-химик, технолог, опытный консультант и автор книги о водородной энергетике и топливных элементах Линдсей Левин изучал выбросы CO2 топливных элементов Bloom Energy в течение некоторого времени и опубликовал свои данные − средний уровень выбросов CO2 топливных элементов этой компании составит 25 тысяч литров на мегаватт, что является низким показателем в сравнении другими источниками энергии:

• Топливные элементы такого типа − 25 тысяч литров CO2 на мегаватт-час.

• Природно-газовые генераторы -  32 тысяч литров СО2 на мегаватт-час

• Угольные генераторы − более 63 тысяч литров CO2 за мегаватт-час

• Мазутные генераторы – более 47 тысяч литров CO2 за мегаватт-час.

В докладе консультанта для Delmarva Power отмечено, что «у новых крупных электростанций комбинированного типа на природном газе аналогичные показатели выбросов, как и у топливных элементов, но при этом уровень оксидов азота у них более высокий. Установки на природном газе могут работать в базисном режиме, но, как правило, потребляют больше воды, чем топливные элементы». Левин рассчитывает эффективность Bloom Box в диапазоне от 45%, а современной газовой электростанции в диапазоне от 60% энергоэффективности.

В Bloom заявили: «наши Энергетические серверы производят около 25 тысяч литров CO2 на мегаватт-час, а средний разрешенный показатель выбросов установлен законом США на уровне 44 тысяч литров. Используя высокоэффективный электрохимический процесс, Bloom уменьшает выбросы углекислого газа на 50% по сравнению с нормативами США».

Серьезной проблемой для Bloom может стать лишь выделение загрязняющих веществ в результате сжигания таких видов топлива, как SO, NO и H2. По оценкам Левина, после производства 47 мегаватт электроэнергии на топливных элементах останется пять тонн токсичных отходов.

Дополнительную информацию можно найти на сайте www.greendatacenternews.org  и www.bloomenergy.com

Теги: Топливные элементы