将来のための燃料
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将来のための燃料
トロントは燃料電池技術に基づく新時代の発電機の早期実用化を計画
Nickel magazine, Mar. 02 --
Niを600kg以上使用する250kWの固体酸化物燃料電池（SOFs）実証発電所がトロントで2002年7月までに始動する計画である。Siemens westinghouseにより設計されたその発電所は、Ontario
Power Generation Inc.(OPG)の子会社であるKinetics設備で組立中である。＄18×106の発電所はSiemens
Westinghouse、OPG、米国エネルギー省及びカナダ政府により共同出資された。
SOFCsは燃料電池の5型の一つであり、それらは全て化学的には同じだが、異なる方法で仕事をする。燃料電池は電気化学的に水素と酸素を組み合わせて電気と副産物の水をつくる。電池と異なり、燃料電池はそれに燃料が供給される限り発電する。
SOFCsは1000℃の領域で作動し、固体電解質として密度の高いZrO2を利用することから、その名前がついた。単一のSOFCは底部は閉ざされ、内側は陰極、外側は陽極でその間は電解質より成る垂直のセラミック管でできている。この3層は次の材料を含む :
- 内側表面はドープされたLaMnO3
- 中間はY安定化ZrO2電解質YSZ
- 管の外側に陽極としてNi金属とYSZのサーメット
電池は内径2.2cm、場￥長さ1.7cmである。プロセス空気は電池で同軸アルミナ管を通して送り込まれ底の閉端部まで流下し、2本の管の間の環状空間を昇り戻ってくる（図面参照）。空気中の酸素は電池の内部陰極表面を流れる時にイオン化され、酸素イオンは中間の電解質層を通過し、外側の陽極表面で酸素イオンは水素とCOと反応して水、CO2及び電気をつくる。水素とCOは緒プラントに燃料として供給された改質天然ガスから発生され、管の外側表面に沿って上昇する。 単一SOFCは約0.65Vで15Wの電力を発生する。多くのkWの電力を発生する発電所のためには、たくさんの単一電池1束が24電池より成る多数の束にして連結しなければならない。例えばトロントの250kW発電所のためには、完成した電池スタックは96束の2,300電池よりできている。これらの電池は全て電気Ni級のNiフェルトによって電気的に相互連結される。この電池スタックは次に
N02200の直流ブスバーによって発電機の出力端に、そして又、NO2200の電気接触板に連結される。トロントのこの発電所のためにSOFCスタックの全Ni必要量は約400kgである。
| Nickel Utilization in a 250 kW SOFC Stack | ||
| Component | Material | Ni Weight, kg |
| Ni Cell anode | Ni powder | 115 |
| Electrical contacts, felts | Electrolytic nickel | 213 |
| DC bus bars | N02200 | 48 |
| Electrical contacts, plates | N02200 | 20 |
| Total Nickel in 250 kW SOFC Stack | 397 | |
| Nickel Utilization for 250 kW SOFC Components | ||
| Preformer recirc. Loop | N06600 | 88 |
| Stack Liner | N06230 | 19 |
| Internal Foil Barriers | N06230 | 22 |
| Fuel Manifolds | N06600 | 85 |
| Total Nickel in 250 kW Stack Components | 214 | |
| Total Nickel in 250 kW SOFC Power Module | 611 | |
スタックに直接関係した数ヶの構成部品は又、 N06600又は N06230合金の形でNiを使用する。これらはプレリフォーマー再循環ループ・スタックライナー・内部フォイルバリア及び燃料マニホールドを含む。一まとめにして、これらは燃料電池発電装置に更にNiを214kgつけ加える。
燃料電池スタック発電モジュールは完全な稼動発電所の僅か一部である。残りの部分いわゆる"balance of plant"は燃料プロセッサー・圧縮機・熱交換機及びパワーコンディショナーのような数ヶの追加的な主要構成部品を含み、これらは全てステンレス鋼及びその他の合金としてNiを利用する。
もしこの特殊な設計が成功だと証明されるとSOFC発電所は出力kW当り約3kgのNiを必要とするだろう。SOFC発電所の市場は2010年までに年間240MWになると想定されるから、次の10年以内に年間約750t Niを必要とする計算となる。
燃料電池はその他の発電方法よりも静かで臭気がなく、比較的無公害でエネルギー効率は数倍良い主要利点を有している。例えば、化石燃料の電気エネルギーへの転換は60％の高さにもなりうる。もし燃料電池によって発生した副産の熱を蒸気や温水で利用すると、全体のエネルギー利用効率は80％かそれ以上にもすることができる。
SOFCsは燃料電池分野への比較的新しい新入者である。燃料電池はまだ普通の商業的使用がなされていないから、原型又は試験的生産の単位コストはなお比較的高いが、自動化された量産ではもっと競争力のあるレベルにコストを下げるだろう。
By Dr. Gerald Crawford, a Toronto-based consultant to the Nickel Development Institute.
Photo: TOM SKUDRA/NiDI
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Peter J. Schürmann, Vice President |
