Фундаментальные исследования и проблемно-ориентированные разработки по созданию макетных образцов энергетических установок на базе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ)

В рамках работ Лаборатории по настоящему научному исследованию планируется достижение следующего результата, необходимого реальному сектору экономики: Разработка автоматизированной масштабируемой технологии изготовления твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) на несущем трехслойном электролите и двухслойном несущем аноде, а также батарей ТОТЭ на их основе для высокоэффективной генерации электроэнергии с рекордным коэффициентом полезного действия. В настоящее время одним из основных направлений развития мировой электрической и тепловой энергетики является распределенная генерация, когда электрическая и/или тепловая энергия генерируются непосредственно в месте ее последующего потребления, при таком подходе мощность генераторов выбирается исходя из потребностей локальных распределенных потребителей. Такой подход позволяет снизить потери на передачу энергии между генерирующими мощностями и потребителями, повысить автономность объектов, а также надежность энергосистемы в целом. Однако, для построения энергосистемы по принципам распределенной энергетики требуются эффективные и надежные автономные источники электрической и, при необходимости, тепловой энергии. На сегодняшний день не известна более эффективная технология генерации электрической и высокопотенциальной тепловой энергии, чем твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), батареи и энергетические установки на их основе. Следует отметить ряд важных преимуществ энергоустановок на ТОТЭ по сравнению с другими автономными генераторами, например, дизельными генераторными установками: • КПД по электрической энергии составляет до 55-60 %, что позволяет кратно снизить потребление топлива; • суммарный КПД с учетом высокопотенциального тепла превышает 90 %; • возможность создавать гибридные системы с газовыми и паровыми турбинами, дополнительно повышая общую эффективность; • высокий межсервисный интервал на уровне года, с коротким и простым техническим обслуживанием – заменой картриджа сероочистки; • высокий срок службы на уровне 40-50 тысяч часов, существуют масштабные программы исследований и разработок, ставящих целью повышение срока службы до уровня 100 тысяч часов; • мультитопливность – возможность использования в качестве топлива водород и широкий спектр газообразных углеводородов: метан, пропан, бутан, диметиловый эфир, диметоксиметан, биоэтанол, биогаз, свалочные газы, газы от сточных вод, газифицированное дизельное топливо и другие виды топлива; • единственными продуктами работы являются вода и углекислый газ (для случая использования в качестве топлива углеводородов); • высокая экологичность: выбросы CO и NOx в сотни раз ниже, чем значения, указанные в экологических стандартах Euro-6 и Tier-4. • плоская зависимость КПД от мощности за счет модульности конструкции – энергетические установки различной мощности собираются из однотипных блоков. Указанные выше преимущества энергетических установок на твердооксидных топливных элементах перед другими генераторами электроэнергии приводят к большому интересу к данной технологии в большинстве развитых и развивающихся стран. Наиболее широкой нишей применения, которую занимают энергетические установки на ТОТЭ в настоящий момент, являются коммунальные хозяйства (ЖКХ). Промоутерами применения ТОТЭ в ЖКХ являются газовые компании, которые являются в этой связи прямыми конкурентами компаний, осуществляющих сбыт электроэнергии. Поскольку твердооксидные топливные элементы являются не только источниками электричества, но и тепла, их можно использовать для обслуживания небольших жилищных хозяйств — используя на входе газ и холодную воду, на выходе можно получить горячую воду и электрическую энергию. Генерация тепловой энергии и электричества непосредственно «на месте» помогает избежать потерь на передачу.