Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla

Tuula Mäkinen, Jukka Leppälahti, Esa Kurkela, Yrjö Solantausta

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Kiinteäoksidipolttokennoissa kaasumaisen polttoaineen energiasisältö voidaan muuntaa suoraan sähköksi korkealla hyötysuhteella. Erityyppisiä kiinteäoksidikennoja testataan lähinnä laboratoriomitassa. Westinghouse-yhtiön kehittämää putkikennoa on jo testattu asiakkaiden luona, ja saadut kokemukset ovat olleet rohkaisevia. Laitteiston teho testeissä oli 3 kW. Suunnitelmissa on rakentaa vuoteen 1996 mennessä 100 200 kW:n laitokset, jotka voisivat olla pohjana tuleville voimalaitoskonsepteille. Levykennoissa ja monoliittisessa kennorakenteessa voivat häviöt muodostua huomattavasti pienemmiksi ja tehotiheys suuremmaksi kuin putkikennokonstruktiossa. Näiden kennojen tehot ovat laboratoriossa olleet vain 100 200 W. Kiinteäoksidikennojen rakentaminen voimalaitoskokoon edellyttää nykyisiä kennomateriaaleja parempien materiaalien ja kennon komponenttien valmistustekniikan kehittämistä. Kolmelle kiinteäoksidipolttokennoon perustuvalle voimalaitosprosessille tehtiin hyötysuhdetarkastelut ASPEN PLUS -ohjelmistolla. Prosesseista kaksi perustuu puun leijukerrosilmakaasutukseen ja yksi maakaasun käyttöön. Vertailuprosesseina olivat puun paineistettuun leijukerrosilmakaasutukseen perustuva kombiprosessi ja maakaasukombiprosessi. Työssä tarkasteltiin kahden polttokennoparametrin, polttoaineen käyttöasteen ja kennojännitteen, vaikutusta prosessien toimintaan. Voimalaitosprosessien sähköhyötysuhdetta ja rakennusastetta voitiin huomattavasti nostaa liittämällä polttokenno osaksi kombivoimalaitosprosessia. Puun paineistettuun kaasutukseen perustuvalla polttokennoprosessilla saavutettiin noin 10 prosenttiyksikköä korkeampi hyötysuhde kuin ilman polttokennoa. Maakaasuprosessissa parannus oli yli 20 prosenttiyksikköä. Maakaasuprosessin sähköhyötysuhde oli noin 70 %.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages55
ISBN (Print)951-38-4211-8
Publication statusPublished - 1992
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number1397
ISSN1235-0605

Keywords

  • electric power
  • power generation
  • fuel cells
  • solid electrolyte fuel cells
  • biomass
  • natural gas

Cite this

Mäkinen, T., Leppälahti, J., Kurkela, E., & Solantausta, Y. (1992). Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1397
Mäkinen, Tuula ; Leppälahti, Jukka ; Kurkela, Esa ; Solantausta, Yrjö. / Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1397).
@book{1cb0957baf1342ec98b23153579c7fa4,
title = "S{\"a}hk{\"o}ntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. S{\"a}hk{\"o}ntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinte{\"a}oksidipolttokennolla",
abstract = "Kiinte{\"a}oksidipolttokennoissa kaasumaisen polttoaineen energiasis{\"a}lt{\"o} voidaan muuntaa suoraan s{\"a}hk{\"o}ksi korkealla hy{\"o}tysuhteella. Erityyppisi{\"a} kiinte{\"a}oksidikennoja testataan l{\"a}hinn{\"a} laboratoriomitassa. Westinghouse-yhti{\"o}n kehitt{\"a}m{\"a}{\"a} putkikennoa on jo testattu asiakkaiden luona, ja saadut kokemukset ovat olleet rohkaisevia. Laitteiston teho testeiss{\"a} oli 3 kW. Suunnitelmissa on rakentaa vuoteen 1996 menness{\"a} 100 200 kW:n laitokset, jotka voisivat olla pohjana tuleville voimalaitoskonsepteille. Levykennoissa ja monoliittisessa kennorakenteessa voivat h{\"a}vi{\"o}t muodostua huomattavasti pienemmiksi ja tehotiheys suuremmaksi kuin putkikennokonstruktiossa. N{\"a}iden kennojen tehot ovat laboratoriossa olleet vain 100 200 W. Kiinte{\"a}oksidikennojen rakentaminen voimalaitoskokoon edellytt{\"a}{\"a} nykyisi{\"a} kennomateriaaleja parempien materiaalien ja kennon komponenttien valmistustekniikan kehitt{\"a}mist{\"a}. Kolmelle kiinte{\"a}oksidipolttokennoon perustuvalle voimalaitosprosessille tehtiin hy{\"o}tysuhdetarkastelut ASPEN PLUS -ohjelmistolla. Prosesseista kaksi perustuu puun leijukerrosilmakaasutukseen ja yksi maakaasun k{\"a}ytt{\"o}{\"o}n. Vertailuprosesseina olivat puun paineistettuun leijukerrosilmakaasutukseen perustuva kombiprosessi ja maakaasukombiprosessi. Ty{\"o}ss{\"a} tarkasteltiin kahden polttokennoparametrin, polttoaineen k{\"a}ytt{\"o}asteen ja kennoj{\"a}nnitteen, vaikutusta prosessien toimintaan. Voimalaitosprosessien s{\"a}hk{\"o}hy{\"o}tysuhdetta ja rakennusastetta voitiin huomattavasti nostaa liitt{\"a}m{\"a}ll{\"a} polttokenno osaksi kombivoimalaitosprosessia. Puun paineistettuun kaasutukseen perustuvalla polttokennoprosessilla saavutettiin noin 10 prosenttiyksikk{\"o}{\"a} korkeampi hy{\"o}tysuhde kuin ilman polttokennoa. Maakaasuprosessissa parannus oli yli 20 prosenttiyksikk{\"o}{\"a}. Maakaasuprosessin s{\"a}hk{\"o}hy{\"o}tysuhde oli noin 70 {\%}.",
keywords = "electric power, power generation, fuel cells, solid electrolyte fuel cells, biomass, natural gas",
author = "Tuula M{\"a}kinen and Jukka Lepp{\"a}lahti and Esa Kurkela and Yrj{\"o} Solantausta",
year = "1992",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4211-8",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1397",
address = "Finland",

}

Mäkinen, T, Leppälahti, J, Kurkela, E & Solantausta, Y 1992, Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1397, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla. / Mäkinen, Tuula; Leppälahti, Jukka; Kurkela, Esa; Solantausta, Yrjö.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1397).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla

AU - Mäkinen, Tuula

AU - Leppälahti, Jukka

AU - Kurkela, Esa

AU - Solantausta, Yrjö

PY - 1992

Y1 - 1992

N2 - Kiinteäoksidipolttokennoissa kaasumaisen polttoaineen energiasisältö voidaan muuntaa suoraan sähköksi korkealla hyötysuhteella. Erityyppisiä kiinteäoksidikennoja testataan lähinnä laboratoriomitassa. Westinghouse-yhtiön kehittämää putkikennoa on jo testattu asiakkaiden luona, ja saadut kokemukset ovat olleet rohkaisevia. Laitteiston teho testeissä oli 3 kW. Suunnitelmissa on rakentaa vuoteen 1996 mennessä 100 200 kW:n laitokset, jotka voisivat olla pohjana tuleville voimalaitoskonsepteille. Levykennoissa ja monoliittisessa kennorakenteessa voivat häviöt muodostua huomattavasti pienemmiksi ja tehotiheys suuremmaksi kuin putkikennokonstruktiossa. Näiden kennojen tehot ovat laboratoriossa olleet vain 100 200 W. Kiinteäoksidikennojen rakentaminen voimalaitoskokoon edellyttää nykyisiä kennomateriaaleja parempien materiaalien ja kennon komponenttien valmistustekniikan kehittämistä. Kolmelle kiinteäoksidipolttokennoon perustuvalle voimalaitosprosessille tehtiin hyötysuhdetarkastelut ASPEN PLUS -ohjelmistolla. Prosesseista kaksi perustuu puun leijukerrosilmakaasutukseen ja yksi maakaasun käyttöön. Vertailuprosesseina olivat puun paineistettuun leijukerrosilmakaasutukseen perustuva kombiprosessi ja maakaasukombiprosessi. Työssä tarkasteltiin kahden polttokennoparametrin, polttoaineen käyttöasteen ja kennojännitteen, vaikutusta prosessien toimintaan. Voimalaitosprosessien sähköhyötysuhdetta ja rakennusastetta voitiin huomattavasti nostaa liittämällä polttokenno osaksi kombivoimalaitosprosessia. Puun paineistettuun kaasutukseen perustuvalla polttokennoprosessilla saavutettiin noin 10 prosenttiyksikköä korkeampi hyötysuhde kuin ilman polttokennoa. Maakaasuprosessissa parannus oli yli 20 prosenttiyksikköä. Maakaasuprosessin sähköhyötysuhde oli noin 70 %.

AB - Kiinteäoksidipolttokennoissa kaasumaisen polttoaineen energiasisältö voidaan muuntaa suoraan sähköksi korkealla hyötysuhteella. Erityyppisiä kiinteäoksidikennoja testataan lähinnä laboratoriomitassa. Westinghouse-yhtiön kehittämää putkikennoa on jo testattu asiakkaiden luona, ja saadut kokemukset ovat olleet rohkaisevia. Laitteiston teho testeissä oli 3 kW. Suunnitelmissa on rakentaa vuoteen 1996 mennessä 100 200 kW:n laitokset, jotka voisivat olla pohjana tuleville voimalaitoskonsepteille. Levykennoissa ja monoliittisessa kennorakenteessa voivat häviöt muodostua huomattavasti pienemmiksi ja tehotiheys suuremmaksi kuin putkikennokonstruktiossa. Näiden kennojen tehot ovat laboratoriossa olleet vain 100 200 W. Kiinteäoksidikennojen rakentaminen voimalaitoskokoon edellyttää nykyisiä kennomateriaaleja parempien materiaalien ja kennon komponenttien valmistustekniikan kehittämistä. Kolmelle kiinteäoksidipolttokennoon perustuvalle voimalaitosprosessille tehtiin hyötysuhdetarkastelut ASPEN PLUS -ohjelmistolla. Prosesseista kaksi perustuu puun leijukerrosilmakaasutukseen ja yksi maakaasun käyttöön. Vertailuprosesseina olivat puun paineistettuun leijukerrosilmakaasutukseen perustuva kombiprosessi ja maakaasukombiprosessi. Työssä tarkasteltiin kahden polttokennoparametrin, polttoaineen käyttöasteen ja kennojännitteen, vaikutusta prosessien toimintaan. Voimalaitosprosessien sähköhyötysuhdetta ja rakennusastetta voitiin huomattavasti nostaa liittämällä polttokenno osaksi kombivoimalaitosprosessia. Puun paineistettuun kaasutukseen perustuvalla polttokennoprosessilla saavutettiin noin 10 prosenttiyksikköä korkeampi hyötysuhde kuin ilman polttokennoa. Maakaasuprosessissa parannus oli yli 20 prosenttiyksikköä. Maakaasuprosessin sähköhyötysuhde oli noin 70 %.

KW - electric power

KW - power generation

KW - fuel cells

KW - solid electrolyte fuel cells

KW - biomass

KW - natural gas

M3 - Report

SN - 951-38-4211-8

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Mäkinen T, Leppälahti J, Kurkela E, Solantausta Y. Sähköntuotannon uudet vaihtoehdot. Osa 3. Sähköntuotanto biomassasta ja maakaasusta kiinteäoksidipolttokennolla. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 55 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1397).