Домашний топливный элемент или жилой топливный элемент — это электрохимический элемент , используемый для первичной или резервной генерации электроэнергии . Они похожи на более крупные промышленные стационарные топливные элементы , но созданы в меньших масштабах для бытового использования. Эти топливные элементы обычно основаны на технологии комбинированного производства тепла и электроэнергии (CHP) или микрокомбинированного производства тепла и электроэнергии (m-CHP) , генерируя как электроэнергию, так и нагретую воду или воздух.
Домашние топливные элементы устанавливаются рядом с сетью для постоянного производства точного количества необходимого электричества и тепла. Кроме того, домашний топливный элемент может быть объединен с традиционной печью, которая производит только тепло. Например, немецкая компания Viessmann производит домашний топливный элемент с электрической мощностью 0,5 кВт и тепловой мощностью 1 кВт, интегрированный с традиционной печью, производящей тепло мощностью 19 кВт, используя сеть для нужд в электричестве ниже и выше производства топливных элементов. [1]
Топливный элемент PEMFC m-CHP работает при низкой температуре (от 50 до 100 °C) и требует водорода высокой чистоты. Он склонен к загрязнению, и можно внести изменения для работы при более высоких температурах и улучшить риформер топлива. Топливный элемент SOFC m-CHP работает при высокой температуре (от 500 до 1000 °CP) и может работать с различными источниками энергии, но высокая температура требует дорогостоящих материалов для работы при температуре. Можно внести изменения для работы при более низкой температуре. Из-за более высокой температуры SOFC в целом имеют более длительное время запуска.
Поскольку домашний топливный элемент вырабатывает электроэнергию и тепло, которые используются на месте, теоретическая эффективность приближается к 100%. Это контрастирует с традиционным или небытовым производством электроэнергии на топливных элементах, которое имеет как потери при передаче, так и бесполезное тепло, требуя дополнительного потребления энергии для отопления дома. Домашний топливный элемент не может вырабатывать точно необходимое количество как тепла, так и электроэнергии в любое время. Поэтому они, как правило, не являются автономной установкой, а скорее объединены с традиционной печью и подключены к сети для потребностей в электроэнергии выше или ниже, чем вырабатывается топливным элементом. Таким образом, общая эффективность ниже 100%.
Высокая эффективность домашних топливных элементов побудила некоторые страны, такие как Германия , экономически поддержать их установку в рамках политики реагирования на изменение климата . [2]
Домашние топливные элементы спроектированы и изготовлены для установки как во внутреннем техническом помещении, так и снаружи, работая тихо в фоновом режиме 24/7. Подключенные к коммунальной сети через главную панель обслуживания дома и использующие чистое измерение , домашние топливные элементы могут легко интегрироваться с существующими электрическими и гидравлическими системами и соответствуют требованиям к взаимодействию коммунальных служб. В случае прерывания сети система автоматически переключается на работу в независимом от сети режиме, чтобы обеспечить непрерывное резервное питание для выделенных цепей в доме, пока сеть отключена. Ее также можно модифицировать для работы вне сети .
Двадцать компаний установили топливные элементы Bloom Energy в своих зданиях, включая Google , eBay и FedEx . [3] Генеральный директор eBay рассказал в программе 60 Minutes в 2010 году, что за 9 месяцев с момента установки они сэкономили 100 000 долларов на счетах за электроэнергию. [4]
Компания ClearEdge Power из Орегона до 2014 года устанавливала системы мощностью 5 кВт в домах Джеки Отри [5] , управляющего активами Bay Area Брюса Раабе [6] и венчурного инвестора Гэри Диллабо [7] .
В Японии действует коммерчески действующая ячейка под названием Eni-Farm, поддерживаемая региональным правительством. Для питания топливного элемента используется природный газ , который затем вырабатывает электроэнергию и нагревает воду.
В 2013 году 64% мировых продаж микрокомбинированных теплоэлектростанций на топливных элементах превысили продажи обычных механических роторных систем в 2012 году. [8]
Средний срок службы топливных элементов составляет около 60 000 часов. Для топливных элементов PEM, которые отключаются ночью, это соответствует предполагаемому сроку службы от десяти до пятнадцати лет. [9]
Большинство домашних топливных элементов сопоставимы с бытовыми солнечными фотоэлектрическими системами по цене доллар за установленный ватт. [ требуется ссылка ] Некоторые домашние топливные элементы, работающие на природном газе, могут генерировать в восемь раз больше энергии в год, чем солнечная установка такого же размера, даже в лучших солнечных местах [ требуется ссылка ] . Например, домашний топливный элемент мощностью 5 кВт производит около 80 МВт·ч ежегодного комбинированного электричества и тепла по сравнению с примерно 10 МВт·ч, вырабатываемыми солнечной системой мощностью 5 кВт. Однако эти системы нельзя сравнивать напрямую, поскольку солнечная энергия является возобновляемым ресурсом, практически не требующим эксплуатационных расходов, в то время как природный газ не является ни тем, ни другим.
Эксплуатационные расходы на домашние топливные элементы могут составлять всего 6,0 центов за кВт·ч из расчета 1,20 доллара за терм для природного газа, при условии полного использования электрической и тепловой нагрузки. [ где? ] [ необходима цитата ]
Бытовые топливные элементы могут иметь высокие первоначальные капитальные затраты – по состоянию на декабрь 2012 года компании Panasonic и Tokyo Gas Co., Ltd. продали около 21 000 единиц PEM Eni-Farm в Японии по цене 22 600 долларов США до установки. [10]
В США домашние топливные элементы имеют право на существенные стимулы и скидки как на уровне штата, так и на федеральном уровне в рамках политики возобновляемой энергии . Например, скидка по программе стимулирования самостоятельной генерации электроэнергии в Калифорнии (SGIP) ($2500 за кВт) и федеральные налоговые льготы ($1000 за кВт для жилых помещений и $3000 за кВт для коммерческих нужд) значительно снижают чистую стоимость капитала для клиента. Для предприятий дополнительные денежные преимущества могут быть получены за счет бонусов и ускоренной амортизации топливных элементов. [11]
Кроме того, домашние топливные элементы получают чистый кредит учета во многих зонах обслуживания за любую избыточную электроэнергию, выработанную, но не использованную, путем ее возврата в коммунальную сеть . [12]
База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и энергоэффективности (DSIRE) содержит исчерпывающую информацию о государственных, местных, коммунальных и федеральных стимулах, которые способствуют использованию возобновляемых источников энергии и энергоэффективности . [13]
В частности, в Калифорнии коммунальные службы взимают более высокие ставки за кВт·ч, поскольку потребление энергии превышает установленные базовые показатели – с установленным верхним уровнем на самых высоких ставках, чтобы препятствовать потреблению на этих уровнях. Домашние топливные элементы снижают воздействие на клиентов верхних уровней ставок, экономя домовладельцам до 45% за счет снижения годовых расходов на энергию. [14]
Домашние топливные элементы — это новый рынок, который представляет собой фундаментальный сдвиг в источниках энергии. [15] Индивидуальная домашняя система топливных элементов, установленная в доме в США, соответствует энергетической независимости США . Домашние системы топливных элементов в домах могут уменьшить зависимость от коммунальных служб, повысить энергоэффективность и уменьшить зависимость США от импорта иностранной энергии. [16] Такое самостоятельное производство энергии в подходе распределенной генерации обеспечит и увеличит генерирующие мощности США, позволяя отправлять неиспользованную электроэнергию обратно в сети без необходимости добавления новых электростанций и линий электропередачи. [ необходима цитата ]
