Pile à combustible :

Pile à combustible : Production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE)

Convertit l'énergie de l'hydrogène en énergie électrique sans besoin de combustion.

Les systèmes de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) décrit un groupe de technologies qui produisent l'électricité et la chauffent. Les approches conventionnelles comprennent, par exemple, un moteur diesel avec la reprise de chaleur résiduelle. Cependant, de plus nouvelles, plus environnementales technologies sont se développer rapide. De plus petits ensembles de PCCE situés dans un bâtiment ou une maison et une utilisation de la chaleur résiduelle de produire de l'électricité seront plus efficaces que produisant de l'électricité à une usine centrale où les pertes sont élevées et la chaleur résiduelle ne peut pas être utilisée. La production de l'électricité dans votre propre maison peut ne pas être celle lointaine.

La technologie de pile à combustible est en cours de développement qui pourrait permettre à une pile à combustible coffre-classée par congélateur d'actionner une maison entière. Les piles à combustible produisent l'électricité par une réaction chimique plutôt que brûlant le carburant, et ont donc les émissions très basses. Dans des applications résidentielles, on s'attend à ce que des piles à combustible concurrencent par la suite la production d'électricité courante, selon des coûts de gaz naturel et d'électricité dans une région donnée.

Tandis que les piles à combustible ne sont pas encore disponibles dans le commerce pour l'usage résidentiel, elles sont disponibles pour la production à grande échelle d'énergie, et peuvent être disponibles dans le commerce pour l'usage résidentiel dans les cinq années à venir.

Une pile à combustible est un dispositif qui convertit l'énergie du carburant en énergie électrique sans besoin de combustion. Une centrale conventionnelle produit l'électricité en brûlant un combustible fossile qui tourne un générateur. Les piles à combustible produisent l'électricité en utilisant l'hydrogène dans un procédé chimique, d'une manière semblable comme batterie. Puisque de l'hydrogène est presque toujours trouvé combiné avec d'autres éléments, des carburants tels que le gaz naturel, le méthane, le propane, l'éthanol, l'essence, ou d'autres carburants sont employés pour extraire l'hydrogène pour l'usage dans la pile à combustible. Quand des combustibles fossiles sont employés pour produire l'hydrogène, d'autres dérivés sont produits, comme le CO2 et les un peu dans certains cas du NOx, du SOx, et des particules. Ces dérivés sont beaucoup moins que ceux produits en brûlant ces carburants pour produire l'électricité. Les piles à combustible sont beaucoup moins de pollution et environ deux fois de plus efficaces que la production d'électricité typique de vapeur-turbine. Une fois que l'hydrogène est obtenu, dérivés des piles à combustible les seuls sont la chaleur et l'eau.

Une pile à combustible se compose de deux électrodes séparées par une membrane. L'hydrogène passe plus d'un électrode et oxygène au-dessus de l'autre. La surface d'électrode a un catalyseur qui coupe le gaz d'hydrogène en protons et électrons. Les protons seulement peuvent passer par la membrane et réagir avec l'oxygène et les électrons de l'autre côté pour faire l'eau. Les électrons ne peuvent pas passer par l'électricité de membrane et, en cours de shunter la membrane, de produit pour l'usage dans la maison.

Un prototype résidentiel de pile à combustible de 5 à 7 kilowatts est au sujet de la taille d'un coffre de congélateur et peut fournir assez d'électricité pour une maison typique de 2.000 pieds carrés. La chaleur résiduelle de la pile à combustible a pu être employée pour produire l'eau chaude ou la chaleur d'espace pour une maison, augmentant de ce fait l'efficience générale du système de pile à combustible.

Les piles à combustible offrent non seulement des moyens efficaces de produire de l'électricité des combustibles fossiles, mais ont également les émissions très basses. Jusqu'à une énergie de 70 pour cent obtenue à partir du carburant peut être convertie en courant électrique utilisable et chaleur (comparés à à environ 35 pour cent d'une centrale centrale).

Les systèmes de la production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) montés dans la maison, si basé sur des piles à combustible ou un moteur réciproque typique, sont plus efficaces que produisant de l'électricité et la transmettant à la maison. Quand la chaleur résiduelle est utilisée dans la maison, l'efficience du système monte à fini deux fois cela des installations de production centrales. Ce gain d'efficience a comme conséquence des coûts inférieurs pour l'énergie. Plus la quantité de la chaleur résiduelle qui peut être utilisé est grande, plus seront réalisées économies.

Les systèmes de pile à combustible de production combinée de chaleur et d'électricité ont une performance environnementale améliorée puisque la technologie se fonde sur des réactions chimiques plutôt que la combustion. La réaction chimique produit l'anhydride carbonique qui est un polluant de gaz à effet de serre, mais en quantité inférieure que la combustion avec son inefficacité. En outre, on élimine les polluants typiques s libérés dans le procédé de combustion dans le fonctionnement de pile à combustible. D'autres indemnités environnementales comprennent un rendement plus élevé ayant pour résultat l'utilisation inférieure de carburant, la pollution acoustique inférieure, et moins d'utilisation de l'eau et de la terre typique des usines centrales de génération. Et une indemnité environnementale associée peut être l'eau pure qui est produite dans le procédé chimique de pile à combustible en produisant l'électricité.

Les piles à combustible sont actuellement chères ; les systèmes résidentiel-classés sont en cours de développement et non disponible dans le commerce. Les épreuves résidentielles sont en cours par quelques fabricants. La performance à long terme et les frais et les procédures d'entretien normalisés ne sont pas encore établis. Actuellement, une révision substantielle de la pile à combustible est exigée aussi souvent que tous les cinq ans.

Les coûts initiaux pour les systèmes de pile à combustible de production combinée de chaleur et d'électricité sont élevés et concentrés sur le marché de la meilleure qualité de pouvoir. Ce marché tend à payer plus l'énergie basée sur d'autres attributs tels que la fiabilité, la réduction de bruit, les problèmes non planifiés inférieurs d'entretien, ou les avantages environnementaux associés.

Les coûts d'exploitation pour des systèmes de génération de pile à combustible dépendent de l'efficience du système. Les courbes ci-dessous indiquent le coût de l'électricité pour différentes piles à combustible d'efficience relativement aux coûts de gaz naturel. Par exemple, une pile à combustible 50% efficace produira l'électricité à environ 5 cents/KWH si le coût de gaz naturel est de 70 cents selon le therm. Ce coût ne comprend pas le coût d'aquisition de la pile à combustible. En outre l'entretien de pile à combustible est très élevé avec la technologie courante.

Le code électrique national (NEC) et les codes nationaux d'association de protection contre les incendies (NFPA) s'appliqueront aux piles à combustible utilisées pour des applications résidentielles. Les réglementations au sujet de l'intercommunication des piles à combustible avec le système électrique de maison sont développées, mais ne sont pas encore normalisées.

Les coûts d'exploitation pour des systèmes de génération de pile à combustible dépendent de l'efficience du système. Les courbes ci-dessous indiquent le coût de l'électricité pour différentes piles à combustible d'efficience relativement aux coûts de gaz naturel. Par exemple, une pile à combustible 50% efficace produira l'électricité à environ 5 cents/KWH si le coût de gaz naturel est de 70 cents selon le therm. Ce coût ne comprend pas le coût d'aquisition de la pile à combustible. En outre l'entretien de pile à combustible est très élevé avec la technologie courante.

Quand les piles à combustible résidentielles sont disponibles, elles peuvent être montées dans les sous-sols ou l'extérieur. Les connexions pour une ligne de gaz de carburant et une alimentation électrique à la maison seront nécessaires. Quand utilisant un carburant autre que l'hydrogène pur, un passage d'échappement sera exigé. Quelques piles à combustible exigeront un drain pour l'exès d'eau. D'autres conceptions de pile à combustible utiliseront toute les eau produite par la pile à combustible intérieurement. La chaleur résiduelle de la pile à combustible peut être utilisée pour la production d'eau chaude ou être simplement exhalée à l'extérieur.

Aucune information n'est disponible actuellement

Les piles à combustible, une fois utilisées pour produire de l'électricité tout en utilisant la chaleur résiduelle, sont un approvisionnement énergétique très propre et efficace pour la maison, particulièrement une fois comparées à d'autres méthodes de production à énérgie de combustion fossiles. Avec des piles à combustible, des coupures électriques électriques dues aux conditions atmosphériques seront réduites au minimum. L'utilisation répandue des piles à combustible peut diminuer le besoin de grandes installations de production centrales, particulièrement car les communautés continuent à se développer.

Les coûts installés en mode de PCCE sont aujourd'hui au-dessus de $6000/kW. Le coût de cible à long terme pour les piles à combustible résidentielles est $1500 selon le kilowatt. Selon le coût de la source d'hydrogène (telle que le gaz naturel), l'électricité d'un système 2-kW à ce coût pourrait fournir le pouvoir à 8 à 10 cents par KWH au-dessus de la vie de la pile à combustible.