NL1029758C2 - System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. - Google Patents
System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1029758C2 NL1029758C2 NL1029758A NL1029758A NL1029758C2 NL 1029758 C2 NL1029758 C2 NL 1029758C2 NL 1029758 A NL1029758 A NL 1029758A NL 1029758 A NL1029758 A NL 1029758A NL 1029758 C2 NL1029758 C2 NL 1029758C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- fuel cell
- electricity
- hydrogen
- supplied
- production
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 85
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims description 66
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 44
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 44
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 230000010354 integration Effects 0.000 title description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04858—Electric variables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
- H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
- H01M2250/405—Cogeneration of heat or hot water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
ii
Systeem en werkwijze voor integratie van duurzame energie en brandstofcel voor het produceren van elektriciteit en waterstofSystem and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem en werkwijze voor integratie van duurzame energie en brandstofcel voor het produceren van elektriciteit en waterstof.The present invention relates to a system and method for integrating renewable energy and fuel cell to produce electricity and hydrogen.
Het is in de techniek algemeen bekend om elektriciteit te produceren met behulp van fluctuerende energiebronnen, bijvoorbeeld maar niet uitsluitend duurzame energiebronnen zoals windenergie en zonne-energie. Een bekend voor-5 beeld van een dergelijk systeem gebruikt windturbines. Windturbines worden, veelal in grote aantallen, bij elkaar gezet waar zij een bijdrage kunnen leveren aan het elektriciteitsnet .It is well known in the art to produce electricity using fluctuating energy sources, for example but not exclusively renewable energy sources such as wind energy and solar energy. A known example of such a system uses wind turbines. Wind turbines are put together, often in large numbers, where they can contribute to the electricity grid.
Het is duidelijk dat de geproduceerde elektriciteit 10 sterk afhankelijk is van de hoeveelheid wind. Op momenten van geen of weinig wind zal er geen bijdrage aan het elektriciteitsnet kunnen worden geleverd. Op momenten dat het hard waait is het daarentegen zelfs mogelijk dat de hoeveelheid energie niet aan het elektriciteitsnet kan worden afgegeven, 15 omdat de opnamecapaciteit van het elektriciteitsnet beperkt is.It is clear that the electricity produced is highly dependent on the amount of wind. At times when there is little or no wind, no contribution to the electricity grid can be made. On the other hand, at times when the wind is strong, it is even possible that the amount of energy cannot be delivered to the electricity grid, because the capacity of the electricity grid is limited.
Op dergelijke momenten van grote elektriciteitsproductie door windturbines wordt in sommige gevallen het overschot aan elektriciteit gebruikt voor de productie van water-20 stof. De elektriciteit wordt daarvoor toegepast voor de elektrolyse van water. De zuurstof die daarbij vrijkomt wordt veelal geventileerd naar de lucht. De geproduceerde waterstof wordt opgeslagen in tanks, waarbij het zal worden aangeboden voor de verkoop of in een brandstofcel wordt omgezet in elek-25 triciteit in tijden van weinig wind.At such times of large electricity production from wind turbines, the surplus of electricity is used in some cases for the production of hydrogen. The electricity is used for the electrolysis of water. The oxygen that is released during this process is often ventilated to the air. The hydrogen produced is stored in tanks, where it will be offered for sale or converted into electricity in a fuel cell in times of little wind.
Dit bekende systeem heeft nadelen. De totale kosten die moeten worden gemaakt voor de productie van de waterstof zijn zeer hoog. Het zal in de praktijk namelijk summier voorkomen dat de hoeveelheid wind zodanig is dat een overschot 1029758 * 2 aan elektriciteit voor de productie van waterstof moet worden toegepast. Echter, de technische uitrusting dient er wel voor aanwezig te zijn.This known system has disadvantages. The total costs that must be incurred for the production of the hydrogen are very high. In practice, it will be a summary that the amount of wind is such that a surplus 1029758 * 2 of electricity has to be used for the production of hydrogen. However, the technical equipment must be present for it.
Een ander nadeel bestaat uit het feit dat deze be-5 kende systemen niet zodanig zijn uitgevoerd dat de maximale hoeveelheid elektriciteit die in het systeem geproduceerd wordt, kan worden toegevoerd aan het elektriciteitsnet.Another drawback consists of the fact that these known systems are not designed in such a way that the maximum amount of electricity produced in the system can be supplied to the electricity grid.
Ook duurzame elektriciteit die wordt opgewekt met behulp van fotovoltaïsche cellen heeft als eigenschap dat er 10 geen continue productie plaatsvindt en lijdt derhalve aan de hiervoor genoemde nadelen.Also sustainable electricity that is generated using photovoltaic cells has the property that there is no continuous production and therefore suffers from the aforementioned disadvantages.
De uitvinding heeft nu tot doel een verbeterd systeem te verschaffen.The invention now has for its object to provide an improved system.
Met name heeft de uitvinding tot doel een systeem te 15 verschaffen waarbij, in hoofdzaak onafhankelijk van de door de fluctuerende energie-bron geleverde elektriciteit, bijvoorbeeld onafhankelijk van de hoeveelheid wind of zon, een constante elektriciteitsproductie mogelijk is of die eenvoudig kan worden geregeld om aan de vraag naar elektriciteit te 20 voldoen.In particular, the invention has for its object to provide a system in which, substantially independently of the electricity supplied by the fluctuating energy source, for instance independent of the amount of wind or sun, a constant electricity production is possible or which can be easily regulated to meet the demand for electricity.
Met name heeft de uitvinding tot doel een systeem te verschaffen waarmee het te allen tijde mogelijk is om de hoeveelheid elektriciteit die aan het elektriciteitsnet wordt afgegeven, kan worden geregeld.In particular, the object of the invention is to provide a system with which it is possible at all times to control the amount of electricity that is supplied to the electricity grid.
25 Tevens heeft de uitvinding tot doel een systeem te verschaffen waarbij, zelfs tijdens windstilte of 's nachts, elektriciteit kan worden geproduceerd.It is also an object of the invention to provide a system in which, even during windlessness or at night, electricity can be produced.
Ter verkrijging van ten minste één van de hiervoor genoemde doelen verschaft de uitvinding een systeem als in de 30 aanhef genoemd, dat wordt gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 1.To obtain at least one of the aforementioned objects, the invention provides a system as mentioned in the preamble, which is characterized by the features of claim 1.
Door middel van dit systeem volgens de uitvinding, kan te allen tijde een vooraf te bepalen hoeveelheid elektriciteit worden geproduceerd.By means of this system according to the invention, a predetermined amount of electricity can be produced at any time.
35 Andere voordelen van de uitvinding zullen na het le zen van de hierna volgende beschrijving door het systeem volgens de uitvinding alsmede door verschillende uitvoeringsvormen duidelijk worden.Other advantages of the invention will become apparent after reading the following description by the system according to the invention as well as by various embodiments.
1029758 31029758 3
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorin van de uitvinding produceert de brandstofcel behalve elektriciteit ook waterstof. Daarbij kan de brandstofcel op voordelige wijze een waterstofproductafvoer omvatten die al dan niet rechtstreeks 5 is verbonden met een gasleiding voor het toevoeren van de geproduceerde waterstof aan een brandstof gasleiding, bij voorkeur een aardgasleiding. Vanwege de gecombineerde productie van elektriciteit en waterstof wordt zodoende enerzijds elektriciteit toegevoerd aan het elektriciteitsnet, terwijl an-10 derzijds waterstof kan worden toegevoerd aan een gasleiding. Zulks is met name zeer geschikt wanneer als brandstof voor de brandstofcel gas, bijvoorbeeld aardgas, wordt gebruikt. De in de brandstofcel geproduceerde waterstof kan dan worden teruggevoerd naar de aardgasleiding. Het totale rendement van het 15 systeem wordt daardoor sterk verhoogd.According to a preferred embodiment of the invention, the fuel cell produces hydrogen as well as electricity. The fuel cell can advantageously comprise a hydrogen product discharge which is directly or indirectly connected to a gas line for supplying the produced hydrogen to a fuel gas line, preferably a natural gas line. Because of the combined production of electricity and hydrogen, on the one hand electricity is supplied to the electricity grid, while on the other hand hydrogen can be supplied to a gas line. This is particularly suitable if gas, for example natural gas, is used as fuel for the fuel cell. The hydrogen produced in the fuel cell can then be returned to the natural gas pipeline. The total efficiency of the system is therefore greatly increased.
Met de term "al dan niet rechtstreeks" wordt bedoeld dat de geproduceerde waterstof rechtstreeks vanuit de brandstofcel naar de brandstof gasleiding kan worden gevoerd of dat dit gas eventueel een voorbehandeling ondergaat. Een der-20 gelijke voorbehandeling is het verwijderen van resterende gassen die niet in een brandstof gasleiding mogen worden gevoerd .The term "direct or indirect" means that the hydrogen produced can be fed directly from the fuel cell to the fuel gas line or that this gas may undergo a pre-treatment. Such pre-treatment is the removal of residual gases that may not be fed into a fuel gas line.
Indien lucht als zuurstof.toevoer aan de brandstofcel wordt toegevoerd, zal de zuurstof in hoofdzaak voor de ver-25 branding van de brandstof in de brandstofcel worden gebruikt. Het resterende gas, in hoofdzaak stikstof, kan eventueel aan de gasleiding worden toegevoerd teneinde de energie-inhoud van het gas op een gewenste waarde te brengen. Ook kan deze gasstroom, die hoofdzakelijk uit stikstof bestaat, eventueel 30 worden behandeld om deze geschikt te maken voor toevoer aan een brandstofgasleiding, bijvoorbeeld een aardgasleiding. Een dergelijke behandeling kan bijvoorbeeld bestaan uit het verwijderen van zuurstof daaruit. Zoals hiervoor genoemd, heeft het met name de voorkeur dat een organisch gas, bijvoorbeeld 35 en bij voorkeur CH4 (methaan, aardgas) als brandstof voor de brandstofcel wordt gebruikt. Methaan kan namelijk eenvoudig door een interne reforming brandstofcel worden omgezet in o.a. waterstof. Andere productgassen zijn in hoofdzaak CO2 en 1 073758_ 4 CO. CO kan, door een zogenoemde shiftreactie met stoom (H2O) volgens bekende technieken worden omgezet in waterstof en C02. Daardoor wordt de totale productie aan waterstof verder verhoogd.If air is supplied to the fuel cell as an oxygen supply, the oxygen will be used primarily for burning the fuel in the fuel cell. The remaining gas, mainly nitrogen, can optionally be supplied to the gas line in order to bring the energy content of the gas to a desired value. This gas stream, which mainly consists of nitrogen, can optionally be treated to make it suitable for supply to a fuel gas line, for example a natural gas line. Such a treatment may, for example, consist of removing oxygen therefrom. As mentioned above, it is particularly preferred that an organic gas, for example 35 and preferably CH 4 (methane, natural gas) is used as fuel for the fuel cell. This is because methane can easily be converted into hydrogen by an internal reforming fuel cell. Other product gases are essentially CO2 and 1 073758 CO2. CO can be converted into hydrogen and CO2 by means of a so-called shift reaction with steam (H2O) according to known techniques. As a result, the total production of hydrogen is further increased.
5 Voorts wordt er de voorkeur aan gegeven dat het sys teem volgens de uitvinding de toevoer van warmte uit de brandstofcel naar een warmteverlangend systeem omvat. De in de brandstofcel geproduceerde warmte kan dan uit de brandstofcel worden afgevoerd en naar het warmteverlangende sys-10 teem worden toegevoerd. Een dergelijk warmteverlangend systeem kan bijvoorbeeld de omgeving zijn. Echter, het is evenzeer mogelijk de in de brandstofcel geproduceerde warmte gericht toe te passen, bijvoorbeeld wanneer de brandstofcel wordt geplaatst in de nabijheid van een aardgasmengstation.It is further preferred that the system according to the invention comprises the supply of heat from the fuel cell to a heat-wasting system. The heat produced in the fuel cell can then be dissipated from the fuel cell and fed to the heat transfer system. Such a heat-wasting system can for example be the environment. However, it is equally possible to use the heat produced in the fuel cell in a targeted manner, for example when the fuel cell is placed in the vicinity of a natural gas mixing station.
15 Het gewonnen aardgas heeft in de regel een druk die zeer veel hoger is. dan de druk in een aardgastransportleiding. Aangezien bij het expanderen van de gewonnen aardgas tot de in de aardgas transportleiding heersende druk, dit aardgas sterk afkoelt, is het voordelig om de in de brandstofcel geprodu-20 ceerde warmte voor het verwarmen van het te expanderen aardgas toe te passen. De totale energiebenutting van het systeem wordt daardoor sterk verhoogd. Met name heeft het de voorkeur dat de in de brandstofcel geproduceerde stikstofstroom aan de te expanderen aardgasstroom wordt toegevoerd, waardoor zowel 25 de verbrandingswaarde als de temperatuur van de aardgasstroom op gewenste wijze kunnen worden aangepast.The extracted natural gas usually has a pressure that is much higher. then the pressure in a natural gas transport pipeline. Since, upon expansion of the extracted natural gas to the pressure prevailing in the natural gas transport line, this natural gas cools down considerably, it is advantageous to use the heat produced in the fuel cell for heating the natural gas to be expanded. The total energy utilization of the system is therefore greatly increased. In particular, it is preferred that the nitrogen stream produced in the fuel cell is supplied to the natural gas stream to be expanded, whereby both the combustion value and the temperature of the natural gas stream can be adjusted in a desired manner.
Hoewel hiervoor in hoofdzaak is verwezen naar toepassing van het systeem bij gebruik van windenergie, is het systeem op gelijke wijze geschikt toe te passen bij zonne-30 energie, hydro-energie zoals golfenergie, biomassa-energie, geo-energie en andere fluctuerende energie-bronnen.Although in the above reference has been made to the use of the system in the use of wind energy, the system is equally suitable for use with solar energy, hydro energy such as wave energy, biomass energy, geo-energy and other fluctuating energy sources.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het produceren van elektriciteit waarbij een duurzame energiebron wordt gebruikt. Daartoe omvat de werkwijze 35 de maatregelen zoals genoemd in conclusie 8.The invention also relates to a method for producing electricity in which a renewable energy source is used. To that end, the method 35 comprises the measures as mentioned in claim 8.
Door toepassing van deze werkwijze kunnen de doelen worden behaald zoals hiervoor beschreven, onder verwijzing naar het systeem volgens de uitvinding.By applying this method, the objectives can be achieved as described above, with reference to the system according to the invention.
1 Ü Z 9 Ί 0 Ö 51 Ü Z 9 Ί 0 Ö 5
Het heeft in het bijzonder de voorkeur wanneer de totale productie door de duurzame energiebron en de brandstofcel in hoofdzaak gelijk is aan de vooraf bepaalde waarde. Daardoor kan een zeer nauwkeurige elektriciteitsproductie 5 worden verschaft die is aangepast aan de elektriciteitsvraag en/of die economisch is geoptimaliseerd.It is particularly preferred if the total production by the renewable energy source and the fuel cell is substantially equal to the predetermined value. As a result, a very accurate electricity production can be provided that is adapted to the electricity demand and / or that is economically optimized.
Het heeft in het bijzonder de voorkeur wanneer het systeem volgens de uitvinding wordt toegepast bij de werkwijze zoals hiervoor genoemd. Dit verschaft de gecombineerde 10 voordelen van de beide aspecten van de uitvinding.It is particularly preferred if the system according to the invention is used in the method as mentioned above. This provides the combined advantages of both aspects of the invention.
Het heeft binnen het kader van de uitvinding de voorkeur dat de vooraf te bepalen waarde variabel is. Bijvoorbeeld kan op deze wijze bij een hoge elektriciteitsvraag de vooraf te bepalen waarde op een hogere waarde worden ge-15 steld dan bij een lagere elektriciteitsvraag. Echter, wanneer een constante behoefte aan elektriciteit bestaat, is het ook mogelijk om bij windstil weer aan de elektriciteitsvraag te voldoen. Afhankelijk van het aantal brandstofcellen dat wordt toegepast en het soort bedrijf van de brandstofcellen is het 20 mogelijk om de gehele elektriciteitsproductie, dan wel een nader te kiezen maximaal of minimaal gedeelte ervan, door de brandstofcellen te verzorgen. Bij het bedrijven van een brandstofcel bestaat de mogelijkheid om bijvoorbeeld te kiezen tussen een bedrijf waarbij een hoge elektriciteitsproduc-25 tie wordt verkregen en een lage waterstofproductie, of juist een bedrijf waarbij weinig elektriciteit en veel waterstof wordt geproduceerd. Ook een combinatie is hiervan mogelijk. Een deskundige in de techniek is in staat om het bedrijf van een brandstofcel zodanig aan te passen dat één van deze soor-30 ten bedrijf of een combinatie ervan wordt verkregen.It is preferred within the scope of the invention that the predetermined value is variable. For example, in this way the predetermined value can be set to a higher value with a high electricity demand than with a lower electricity demand. However, when there is a constant need for electricity, it is also possible to meet the demand for electricity again when there is no wind. Depending on the number of fuel cells that is used and the type of operation of the fuel cells, it is possible to supply the entire electricity production, or a maximum or minimum part thereof, to be chosen later, by the fuel cells. When operating a fuel cell, it is possible to choose, for example, between a company where a high electricity production is obtained and a low hydrogen production, or, on the contrary, a company where little electricity and much hydrogen is produced. A combination of these is also possible. A person skilled in the art is able to adjust the operation of a fuel cell in such a way that one of these types of operation or a combination thereof is obtained.
Hoewel hiervoor in hoofdzaak is verwezen naar het gebruik van een windturbine en een brandstofcel, is de uitvinding niet beperkt in het aantal windturbines of het aantal brandstofcellen. Het aantal windturbines en het aantal brand-35 stofcellen kan in principe willekeurig worden gekozen. Bij voorkeur is het aantal brandstofcellen echter zodanig gekozen dat de maximale elektriciteitsproductie die hiermee mogelijk is, ongeveer gelijk is aan de maximale elektriciteitsproduc- 1029758 6 tie door de windturbines. In een dergelijk geval is het namelijk mogelijk om, bij volledig windstil weer, te voldoen aan de maximale elektriciteitsproductie. Aangezien een brandstofcel eenvoudig kan worden geregeld voor wat betreft elektrici-5 teitsproductie en/of waterstofproductie, kan een fluctuerende elektriciteitsproductie door windenergie worden vereffend door een geschikt bedrijf van de brandstofcellen. Ook kan de maximale capaciteit van de brandstofcel en de fluctuerende energie-bron gelijk worden gekozen aan de maximaal door het 10 elektriciteitsnet op te nemen hoeveelheid elektriciteit.Although the use of a wind turbine and a fuel cell has been referred to above, the invention is not limited in the number of wind turbines or the number of fuel cells. The number of wind turbines and the number of fuel cells can in principle be selected at random. However, the number of fuel cells is preferably chosen such that the maximum electricity production that is possible with this is approximately equal to the maximum electricity production by the wind turbines. In such a case, it is possible to meet the maximum electricity production in a completely windless weather. Since a fuel cell can be easily controlled with regard to electricity production and / or hydrogen production, a fluctuating electricity production due to wind energy can be compensated by suitable operation of the fuel cells. The maximum capacity of the fuel cell and the fluctuating energy source can also be chosen equal to the maximum amount of electricity to be absorbed by the electricity grid.
Behalve de hiervoor genoemde doelen die expliciet zijn beschreven, en die impliciet aan een deskundige in de techniek bekend zijn, wordt het grote voordeel verkregen dat de installatiekosten aanzienlijk kunnen worden verminderd ten 15 opzichte van een bekend systeem. Met het systeem volgens de uitvinding is namelijk geen elektrolyseapparatuur nodig. Evenmin wordt onnodige zuurstof geproduceerd. Ten gevolge hiervan kent het systeem volgens de onderhavige uitvinding een zeer hoge efficiëntie.In addition to the aforementioned objectives, which are explicitly described, and which are implicitly known to a person skilled in the art, the great advantage is obtained that the installation costs can be considerably reduced compared to a known system. Namely, with the system according to the invention, no electrolysis equipment is required. Nor is unnecessary oxygen produced. As a result, the system according to the present invention has a very high efficiency.
20 Omdat slechts zeer weinig of geen restwarmte wordt geproduceerd, wordt een verder verbeterd rendement verkregen.Because only very little or no residual heat is produced, a further improved efficiency is obtained.
De uitvinding zal hierna aan de hand van een bereke-ningsvoorbeeld nader worden beschreven. Wanneer een brandstofcel wordt bedreven als waterstofproducent, stijgt de to-25 tale efficiëntie van de brandstofcel ten opzichte van het bedrijf van een brandstofcel die slechts wordt bedreven als elektriciteitsproducent. Wanneer een vaste hoeveelheid brandstof (aardgas) aan de brandstofcel wordt toegevoerd, kan worden gekozen tussen een bedrijf van in hoofdzaak elektrici-30 teitsproducent dan wel een bedrijf waarbij ook een (aanzienlijke) hoeveelheid waterstof wordt geproduceerd.The invention will be described in more detail below with reference to a calculation example. When a fuel cell is operated as a hydrogen producer, the overall efficiency of the fuel cell increases relative to the operation of a fuel cell that is only operated as an electricity producer. When a fixed amount of fuel (natural gas) is supplied to the fuel cell, a choice can be made between a company of mainly electricity producer or a company where a (considerable) amount of hydrogen is also produced.
Wanneer, bij een constante toevoer van aardgas, 190 kW minder elektriciteit wordt geproduceerd, kan deze vermindering aan elektriciteitsproductie worden omgezet in een ver-35 hoging van de productie aan waterstof van 727 kW. Een dergelijk bedrijf is bijvoorbeeld mogelijk wanneer de hoeveelheid windenergie toeneemt met een waarde van 190 kW. De vermindering van de productie aan elektriciteit door de brandstofcel 1 02975ft__ 7 leidt tot een extra productie van 727 kW aan koolmonoxide en waterstof. Hierdoor wordt een schijnbare efficiëntie van (727:190 x 100% =) 383% verkregen. Het hier gekozen rekenvoorbeeld werkt met arbitrair gekozen vermogens. In de prak-5 tijksituatie zullen grotere vermogens nodig zijn, maar het I principe van de uitvinding en de schijnbaar verkregen efficiëntie gelden ook bij grotere vermogens. De koolmonoxide ! kan hierbij via een zogenoemde shiftreactie met stoom volgens j in de techniek bekende wijze worden omgezet in waterstof en j 10 CO2 · De toename van de efficiëntie wordt verkregen door een verhoging van de in de geproduceerde gassen opgeslagen energie en een vermindering van de hoeveelheid geproduceerde warmte in de brandstofcel. Wanneer het overschot aan elektriciteit dat door de windturbines werd geproduceerd zou worden 15 gebruikt voor de elektrolyse van water in waterstof en zuurstof, zou dat met een rendement van slechts 80 a 90% kunnen worden uitgevoerd. Op die wijze zou derhalve slechts ongeveer 150 - 170 kW aan waterstof kunnen worden geproduceerd.If, with a constant supply of natural gas, 190 kW less electricity is produced, this reduction in electricity production can be converted into an increase in hydrogen production of 727 kW. Such an operation is possible, for example, when the amount of wind energy increases with a value of 190 kW. The reduction in electricity production by the fuel cell 1 02975ft__ 7 leads to an additional production of 727 kW of carbon monoxide and hydrogen. This results in an apparent efficiency of (727: 190 x 100% =) 383%. The calculation example chosen here works with arbitrarily chosen capabilities. In the practical situation, higher powers will be required, but the principle of the invention and the apparently obtained efficiency also apply to higher powers. The carbon monoxide! can be converted into hydrogen and CO2 via a so-called shift reaction with steam according to the method known in the art. The increase in efficiency is achieved by an increase in the energy stored in the produced gases and a reduction in the amount of heat produced. in the fuel cell. If the surplus electricity produced by the wind turbines were used for the electrolysis of water in hydrogen and oxygen, that could be carried out with an efficiency of only 80 to 90%. Thus, only about 150 - 170 kW of hydrogen could be produced in this way.
Het systeem volgens de uitvinding is derhalve zeer 20 veel efficiënter dan de in de techniek gebruikelijke systemen .The system according to the invention is therefore very much more efficient than the systems customary in the art.
Zoals hiervoor beschreven, kan de geproduceerde waterstof worden toegevoerd aan een aardgasleidingnet. Hierbij bestaat de mogelijkheid dat de brandstofcel tevens een stik-25 stofstroom produceert. Deze stikstofstroom kan tevens, samen met het waterstof of afzonderlijk daarvan, en eventueel in dezelfde leiding, aan de aardgasleiding worden toegevoerd teneinde de totale energie-inhoud van het gas in de gasleiding op een gewenste waarde te brengen.As described above, the produced hydrogen can be supplied to a natural gas pipeline network. There is the possibility that the fuel cell also produces a nitrogen stream. This nitrogen stream can also be supplied to the natural gas line, together with the hydrogen or separately therefrom, and optionally in the same line, in order to bring the total energy content of the gas in the gas line to a desired value.
30 Voorts heeft het de voorkeur dat de elektriciteits productie van de brandstofcel in hoofdzaak gelijk is aan het verschil van de vooraf bepaalde waarde en de gemeten waarde.Furthermore, it is preferred that the electricity production of the fuel cell is substantially equal to the difference of the predetermined value and the measured value.
Ook heeft het de voorkeur dat de werkwijze volgens de uitvinding een systeem volgens de onderhavige uitvinding 35 toepast voor het regelen van het bedrijf van de brandstofcel.It is also preferred that the method according to the invention uses a system according to the present invention for controlling the operation of the fuel cell.
Verder heeft het de voorkeur dat de uit de kathode afkomstige gasstroom aan een verdere behandeling wordt onderworpen teneinde een resterende hoeveelheid zuurstof daaruit 1 029758_ 8 te verwijderen, bijvoorbeeld door deze aan een katalytische oxidator toe te voeren, en waarna de behandelde gasstroom ten minste gedeeltelijk aan de aardgasstroom wordt toegevoerd.It is further preferred that the gas stream coming from the cathode be subjected to a further treatment in order to remove a residual amount of oxygen therefrom, for example by supplying it to a catalytic oxidizer, and after which the treated gas stream is at least partially supplied to the natural gas flow is supplied.
Daarnaast heeft het de voorkeur dat de uit de katho-5 de afkomstige gasstroom wordt toegevoerd aan de kathode van een lage temperatuur-brandstofcel.In addition, it is preferred that the gas stream coming from the cathode 5 is supplied to the cathode of a low temperature fuel cell.
Verder heeft het de voorkeur dat· waterstof uit een van de anode van de eerste brandstofcel afkomstige gasstroom j wordt toegevoerd aan de anode van een tweede brandstofcel en 10 een uit de kathode van de eerste brandstofcel afkomstige gasstroom die een ten opzichte van lucht verlaagd zuurstofgehalte bevat, wordt toegevoerd aan de kathode van de tweede brandstofcel.It is further preferred that hydrogen from a gas stream originating from the anode of the first fuel cell be supplied to the anode of a second fuel cell and a gas stream originating from the cathode of the first fuel cell which contains an oxygen content reduced with respect to air is supplied to the cathode of the second fuel cell.
Ook heeft het de voorkeur dat de brandstofcel waar-15 aan lucht wordt toegevoerd een hoge temperatuur-brandstofcel is, bij voorkeur van het interne reforming-type, bijvoorbeeld een SOFC-type of een MCFC-type.It is also preferred that the fuel cell to which air is supplied is a high temperature fuel cell, preferably of the internal reforming type, for example an SOFC type or an MCFC type.
Tenslotte heeft het de voorkeur dat de geproduceerde elektriciteit ten minste gedeeltelijk aan het elektriciteits-20 net wordt toegevoerd.Finally, it is preferred that the electricity produced is supplied at least partially to the electricity grid.
De uitvinding is niet beperkt tot het toevoeren van de geproduceerde waterstof aan een gasleiding. Bijvoorbeeld kan de waterstof worden opgeslagen en later worden gebruikt als brandstof in een brandstofcel, zelfs in een brandstofcel 25 die is ingesteld op waterstofproductie.The invention is not limited to supplying the produced hydrogen to a gas line. For example, the hydrogen can be stored and later used as a fuel in a fuel cell, even in a fuel cell that is set for hydrogen production.
Hoewel hiervoor met name wordt verwezen naar een aardgasstroom, worden ook andere brandstoffen bedoeld. De uitvinding is dan ook gericht op alle koolwaterstoffen (inclusief kool) die door middel van H20 en/of C02 omgezet kunnen 30 worden in een H2 bevattende gasstroom.Although a natural gas flow is referred to above, other fuels are also referred to. The invention is therefore directed to all hydrocarbons (including coal) that can be converted into an H2-containing gas stream by means of H2 O and / or CO2.
Een werkwijze voor het produceren van stikstof en waterstof in een brandstofcel staat beschreven in de gelijktijdig met de onderhavige octrooiaanvrage ingediende Nederlandse octrooiaanvrage met de titel "Werkwijze voor het pro-35 duceren van stikstof en waterstof in een brandstofcel" en de Nederlandse octrooiaanvrage met de titel "Werkwijze voor het geïntegreerd bedrijven van een brandstofcel en een lucht-scheider".A method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell is described in the Dutch patent application filed simultaneously with the present patent application with the title "Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell" and the Dutch patent application with the title "Method for the integrated operation of a fuel cell and an air separator".
1029758 91029758 9
De uitvinding is niet beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen. Deze betreffen slechts een voor-keursuitvoeringsvorm van de uitvinding. De uitvinding wordt slechts beperkt tot de bijgevoegde conclusies.The invention is not limited to the embodiments described above. These only relate to a preferred embodiment of the invention. The invention is only limited to the appended claims.
| 102975ft| 102975ft
Claims (17)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1029758A NL1029758C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. |
| PCT/NL2006/000398 WO2007021172A1 (en) | 2005-08-17 | 2006-08-04 | System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1029758A NL1029758C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. |
| NL1029758 | 2005-08-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1029758C2 true NL1029758C2 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=36061443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1029758A NL1029758C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1029758C2 (en) |
| WO (1) | WO2007021172A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3077576A1 (en) | 2013-12-04 | 2016-10-12 | Evonik Degussa GmbH | Device and method for the flexible use of electricity |
| BE1025017B1 (en) * | 2017-03-02 | 2018-10-03 | ENERGY FOR ALL, verkort E4A, gewone commanditaire vennootschap | Device for generating electricity from hydrogen gas or a hydrogen-containing gas mixture and method in which such a device is used |
| CN111697257B (en) * | 2020-05-15 | 2022-02-22 | 西安交通大学 | Integrated on-site hydrolysis hydrogen production and hydrogen fuel cell power generation device and method |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4792502A (en) * | 1986-11-14 | 1988-12-20 | International Fuel Cells Corporation | Apparatus for producing nitrogen |
| US5330857A (en) * | 1991-10-30 | 1994-07-19 | International Fuel Cells Corporation | Method of generating high-purity nitrogen gas |
| US5512787A (en) * | 1994-10-19 | 1996-04-30 | Dederick; Robert | Facility for refueling of clean air vehicles/marine craft and power generation |
| JP2002034161A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Misawa Homes Co Ltd | Building with fuel cell |
| JP2002135980A (en) * | 2000-10-18 | 2002-05-10 | Iwahata Yukio | Distributed independent power generator system using photovoltaic power generator and fuel cell |
| WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
| JP2003115316A (en) * | 2001-10-03 | 2003-04-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fuel cell system and its control method |
| US20030227276A1 (en) * | 2002-06-05 | 2003-12-11 | Kodjo Agbossou | Control system for a renewable energy system |
-
2005
- 2005-08-17 NL NL1029758A patent/NL1029758C2/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-04 WO PCT/NL2006/000398 patent/WO2007021172A1/en not_active Ceased
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4792502A (en) * | 1986-11-14 | 1988-12-20 | International Fuel Cells Corporation | Apparatus for producing nitrogen |
| US5330857A (en) * | 1991-10-30 | 1994-07-19 | International Fuel Cells Corporation | Method of generating high-purity nitrogen gas |
| US5512787A (en) * | 1994-10-19 | 1996-04-30 | Dederick; Robert | Facility for refueling of clean air vehicles/marine craft and power generation |
| JP2002034161A (en) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Misawa Homes Co Ltd | Building with fuel cell |
| JP2002135980A (en) * | 2000-10-18 | 2002-05-10 | Iwahata Yukio | Distributed independent power generator system using photovoltaic power generator and fuel cell |
| WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
| JP2003115316A (en) * | 2001-10-03 | 2003-04-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fuel cell system and its control method |
| US20030227276A1 (en) * | 2002-06-05 | 2003-12-11 | Kodjo Agbossou | Control system for a renewable energy system |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2002, no. 05 3 May 2002 (2002-05-03) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2002, no. 09 4 September 2002 (2002-09-04) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 08 6 August 2003 (2003-08-06) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007021172A1 (en) | 2007-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9771822B2 (en) | Carbon-dioxide-neutral compensation for current level fluctuations in an electrical power supply system | |
| Safari et al. | Assessment and optimization of an integrated wind power system for hydrogen and methane production | |
| US8893505B2 (en) | Integrated solar-gas turbine cogeneration plant | |
| US8080344B2 (en) | Fuel cell hybrid power generation system | |
| Wang et al. | Optimal design of a renewable hydrogen production system by coordinating multiple PV arrays and multiple electrolyzers | |
| JP2020121944A (en) | Hydrocarbon synthesis system | |
| US20150298093A1 (en) | Integrated system and method for the flexible use of electricity | |
| US20190024002A1 (en) | A combined system for producing fuel and thermal energy and a method for poduction of fuel and thermal energy | |
| Behzadi et al. | A new approach to wind farm stabilization and peak electricity support using fuel cells: Case study in Swedish cities | |
| Diaz et al. | Performance assessment of concentrated solar power plants based on carbon and hydrogen fuel cells | |
| JP5557255B2 (en) | Reactant manufacturing method and manufacturing system using exhaust heat and renewable energy | |
| Zhang et al. | Exergy-based control strategy design and dynamic performance enhancement for parabolic trough solar receiver-reactor of methanol decomposition reaction | |
| Yamamoto et al. | 1D Modeling of methanation reactor with circulation (MeRCi) for assessment of reaction characteristics | |
| NL1029758C2 (en) | System and method for integration of renewable energy and fuel cell for the production of electricity and hydrogen. | |
| JP6978277B2 (en) | Coal gasification power generation equipment | |
| US9683491B2 (en) | Power plant and method for generating electrical power | |
| US20140021721A1 (en) | Method and apparatus for efficient balancing baseload power generation production deficiencies against power demand transients | |
| Gandiglio et al. | Design, energy modeling and performance of an integrated industrial size biogas sofc system in a wastewater treatment plant | |
| KR102662302B1 (en) | System of power generation through gas expansion | |
| Arias et al. | Closing the Carbon Loop in Power-to-Fuel-to-Power Systems Using Ca (OH) 2 as CO2 Sorbent | |
| JP2019082118A (en) | Coal gasification power generation facility | |
| Borelli et al. | Combined Heat and Power generation exploiting the biogas production from urban wastewaters treatment: the Genoa case study | |
| Arias Rozada et al. | Closing the carbon loop in Power-to-Fuel-to-Power systems using Ca (OH) 2 as CO2 sorbent | |
| Marin et al. | Improving the Efficiency of Power Equipment When Burning Hydrogen Fuel | |
| Wang et al. | Techno-economic assessment of off-grid renewable hydrogen production for sustainable methanol synthesis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20090301 |