SOFC gassturbin. (Bilde: SIEMENS)
FOR SMÅ KTAFTVERK: Foreløpig ser det ut til at den miljøvennlige gassturbinen kombinert med SOFC er best egnet for små kraftverk. Westinghouse har en på 200 kW. (Bilde: NTNU)
GIR EFFEKT: En SOFC-brenselcelle gir god virkningsgrad forutsatt høy temperatur. (Bilde: ILL:NTNU)

Hybrid gasstertubin kommer

  • innsiktenergi

Slik virker hybridsystemet

Luft kommer inn i kompresordelen i turbinen og settes under trykk til like under 4 bar. Under denne operasjonen øker også temperaturen til rundt 200 0C. Luften formvarmes ytterligere ved at det gjenvinnes varme fra turbinens eksosdel. Temperaturen er da kommet opp i 500 0C. Best arbeidstemperatur for SOFC er på1000 0C. Luften må varmes ytterligere opp i en forvarmer, som henter energien fra overskytende drivstoff for brenselcellen. Luften inn på SOFC holder ca. 900 0C. Der blandes den varme luften med brenslet, som er hydrogen.

Brenslet har en separat tilførsel, og blandes med luften i brenselcellen. Vanligvis vil en slik kraftpakke være tilknyttet et naturgassnett. For å fjerne karbonet fra metanet og få hydrogen, splittes naturgassen i en reformer. Overskytende temperatur i brenselcellen brukes i reformeren for å danne damp til å danne hydrogen (CH 4 + 2H 2O = 6H 2 + CO 2)

Når luft - hydrogenblandingen tilføres SOFC, oppstår en reaksjon som danner elektrisk kraft og varme. Luften ut av SOFC er på 1000 grader. Denne luften blandes med overskytende brensel og som antennes før den føres inn i forvarmeren. Temperaturen er da 1150 0C. Fra forvarmeren føres luften til turbinen. Temperaturen ligger da på 900 0C og trykket er fortsatt nesten 4 bar. Gjennom turbinen frigjøres energi i form av trykk og temperatur til en mekanisk bevegelse som driver kompressordel og generator. Deretter føres luften gjennom den første varmeveksleren før den slippes ut i atmosfæren.





Begrenset produksjon

Det er foreløpig kun bygget ett slikt anlegg. Det er gjort av Siemens Westinghouse i Pittsburg, Pennsylvania i USA. Utviklingen er et ledd i den store satsingen som pågår for å komme frem til nye måter å generere elektrisk energi på i fremtiden. Prosjektet får omfattende støtte fra det amerikanske energidepartementet.

Et tilsvarende system var planlagt installert på Kollsnes ved Troll-anlegget utenfor Bergen. Konseptet ble lansert i 2002 og vant ONS Innovasjonspris, men er ikke blitt realisert.

Faststoff oksid brenselsceller (solid oxide fuel cells (SOFC) oppnår høye temperaturer når de produserer elektrisk energi.

1000 0Celsius er ikke uvanlig. Flere forsker på å utnytte denne varmen, blant annet ved Institutt for Energiteknikk (IFE).

Omdanner gass

Deres plan er å utnytte overskuddsvarmen til å reformere naturgass, CH 4, slik at den danner hydrogen og CO 2. Dette skal bli en enhet som kan plasseres på hydrogen-fyllestasjoner landet rundt, samtidig som den leverer energi til det lokale strømnettet. CO 2 samles opp og deponeres.

Framskritt

Siemens Westinghouse går et skritt videre. De kombinerer SOFC-cellen med en gassturbin.

Brenselcellen inngår som en del av syklusen i brennkammeret, men erstatter ikke selve drivstoffejektoren helt.

Årsaken er at en SOFC-celle ikke forbruker alt drivstoffet, men at rundt 15 prosent er igjen etter at det har vært igjennom brenselcellen. Dette drivstoffet forbrennes i en etterbrenner.





"Pølsekoker"

Normalt har en gassturbin en virkningsgrad på rundt 40 prosent. Med andre ord forsvinner 60 prosent av energien ut i form av varme. Det er dette Bellona-leder Frederic Hauge i sin tid kalte pølsekoker.

Med en dampkjel på eksosen er det mulig å hente ut ytterligere 10 prosent av effekten. Resten fyrer for kråkene.

I noen tilfeller er det også mulig å utnytte den lavtemperatur varmen som ellers ville slippes ut. Dette gjøres for eksempel ved å bruke det varme vannet etter kondenseringen i dampkretsen til fjernvarme.

70 prosent virkningsgrad

Med den hybride turbinen kan virkningsgraden teoretisk økes til 70 prosent.

Et nivå som er høyere enn dagens kombikraftverk. Foreløpig er ikke slike turbiner installert i eller utviklet for å settes inn i store kraftverk, men er laget i mindre enheter.

Da er det brukt nye sylinderformede SOFC-celler i kombinasjon med mikroturbiner i forsøksanlegg. En fordel med SOFC/gassturbinkombinasjonen er at den ikke inkluderer en dampsyklus. Anlegget blir enklere å drifte og vedlikeholde.





Holdbare komponenter

Faststoff oksid brenselcelle utvikler høy temperatur når den genererer kraft.

Forsøk viser at når brensel og luft gjennom brenselcellen settes under trykk, er kraften stor nok til å kunne drive en turbin.

Systemet er ikke komplisert, til tross for at det innholder ikkekommersielle komponneter som SOFC-cellen. SOFC-cellen er meget stabil og har lang levetid. Siemens Westinghouse har en SOFC-celle som hittil har mer enn 20.000 driftstimer uten stans.