Энергиялық тиімділікті салыстыру: Enapter AEM және PEM жүйелері

Кернеу тиімділігі және жүйелік деңгейдегі энергия жоғалтулары

Enapter сияқты компаниялардың AEM электролизерлері PEM жүйелерімен салыстырғанда көпшілік жағдайда тұрақты ток кернеуінің төмен деңгейінде жұмыс істейді, бұл стактар деңгейіндегі соңғы сынақтарымызға сәйкес омдық шығындарды шамамен 15–20 пайызға азайтады. PEM жүйелері өз кезегінде кернеу тиімділігі бойынша жақсы көрсеткіштерге ие болады — олардың платина тобынан жасалған қымбат катализаторларын қолданған кезде бұл көрсеткіш 75–85 пайыз аралығында болады. Бірақ мұнда бір ескерту бар. Себебі PEM қышқылды ортада жұмыс істейді, оның өндірістік жабдықтарының (BOP) барлық жерінде қымбат титан бөлшектері қажет, бұл қосымша энергия шығынын туғызады. Enapter бұл проблеманы өзінің модульді конструкциясы арқылы шешеді, оған ішкі қуат түрлендіру құрылғысы кіреді. Бұл тәсіл стандартты PEM орнатуларының толық қуатта жұмыс істемеген кезде әдетте 8–12 пайызға тең энергия шығынын болдырмауға көмектеседі.

Фарадей өнімділігіне әсер ететін жұмыс температурасы мен қысымы

Температура 60 °C-тан жоғары көтерілген кезде PEM жүйелерінің Фарадейлік тиімділігі сутегінің жоғары температурада тезірек өтіп кетуіне байланысты төмендей бастайды, бұл жүйелердің жылулық икемділігін нақты шектейді. Ал Enapter компаниясының AEM электролизер технологиясы гидроксид иондарының жүйе бойымен тұрақты өтуі арқасында 30–50 °C аралығында 98 пайыздан астам ток тиімділігін сақтайды. Бұл олардың қайта қалыптастырылатын энергия көздерінің әсерінен жүктеме өзгерістерін тиімді түрде қадағалауына мүмкіндік береді, сонымен қатар жылдам температура өзгерістері кезінде өнімділік төмендемейді. Тағы бір ірі айырым — PEM мембраналарының осы қиыншылықты туғызатын сорылу шығындарын болдырмау үшін 30–200 бар қысым қажет. Бұл AEM-нің әлдеқайда қарапайым атмосфералық қысымдық орнатуымен салыстырғанда компрессия жұмысына 5–7 пайызға қосымша энергия жұмсауды қажет етеді.

Жөндеу талаптары мен жұмыс істеу сенімділігі

Катализатордың қышқылды (PEM) және сілтілі (AEM) орталардағы тозуы

Полимерлік электролиттік мембраналы (PEM) электролизерлер өзінің өте қышқылдық жұмыс ортасында жұмыс істеу үшін иридий мен платина сияқты қымбат тұратын асыл металдардан жасалған катализаторларды қажет етеді. Өкінішке орай, бұл металдар коррозия нәтижесінде қатты тез бұзылады және көміртегі монооксидімен уланады. Сараптамалар бойынша, осындай катализаторларды алмастыру — жұмыс істеудің бес жылы ішінде барлық жөндеу шығындарының шамамен 30% немесе одан да көп бөлігін құрайды. Алкалдық айналымдық мембраналы (AEM) жүйелері басқаша жұмыс істейді. Олар қышқылдық емес, алкалдық ортада жұмыс істейді, сондықтан өндірушілер тұрақтырақ және арзанырақ никельге негізделген катализаторларды қолдана алады. AEM жүйелеріндегі деградация жылдамдығы PEM жүйелеріне қарағанда шамамен 40% баяу болады. Неге? Себебі электродтарға оксидтік тағыздық әсері әлдеқайда аз болады. Бұл қажетті жөндеулер арасындағы уақыт аралығының ұзақтауын және кенеттен тоқтатылулардың азаятынын білдіреді. Өндіріс орындары ұзақ уақыт бойы жұмыс істесе, сутегінің өндірілуі жалпы алғанда әлдеқайда сенімді болады.

Тұнба түзілуіне сезімталдық, судың қоректендіру сапасы және АЭМ жүйелеріндегі интегралды су басқару

Протондық алмасу мембраналы (PEM) электролизерлері мембрананың ластануы мен катализаторларға тұрақты зақымдану сияқты проблемаларды болдырмау үшін кемінде 18 мегаом сантиметр токқа қарсылығы бар, өте таза су қажет етеді. Бұл — жұмыс істеу үшін қажетті көмекші қуаттың шамамен 15%-ын алатын күрделі көпсатылы дейонизациялық жүйелерді орнату дегенді білдіреді. Сілтілі электролиз мембраналары (AEM) қоспалардың орташа деңгейіне көп ұзақ уақыт төзімді болғандықтан, алдын ала өңдеу процесі дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда қарапайым. Enapter компаниясының жүйелерінде ақылды су басқару технологиясы қолданылады, ол келетін судағы қоспаларды жүйе анықтаған сайын тазарту деңгейін автоматты түрде реттейді. Бұл инновация ұстау-түзету жұмыстарын шамамен 25% қысқартады, соның ішінде сүзгілерді ауыстыру мен мембраналарды тазарту процедураларының жиілігі азаяды. Сонымен қатар, сілтілі мембраналардың табиғи түрде ластануға төзімділігі олардың ұзақ уақыт бойы тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді және операторлардың тікелей қатысуына сирек қажет болады.

Enapter AEM электролизерлері үшін материалдың тұрақтылығы мен жалпы иелену құны

Enapter компаниясының AEM технологиясы PEM нұсқаларымен салыстырғанда жоғары тұрақтылық пен төмен құндарды ұсынады, себебі ол бағалы емес металдардан жасалған катализаторларды қолданады және одан да аз қатты сілтілі ортада жұмыс істейді. PEM жүйелеріне қазіргі уақытта грамы шамамен $150 тұратын иридий қажет. Бұл тек қана қымбат ғана емес, сонымен қатар қорлар өте көп тербеліске ұшырайтындықтан, оның қолжетімділігі де қиын. Сонымен қатар, қышқылды орта уақыт өте келе материалдарға зиян келтіреді. AEM бұл мәселеге никельге негізделген катализаторларға ауысу арқылы шешім табады, ол материалдық шығындарды шамамен 60 пайызға төмендетеді. Бұл айырмашылық жүйелердің қанша уақыт жұмыс істеуінде де көрінеді. Көптеген PEM қондырғылары 10–15 жылдан кейін істен шыға бастайды, ал Enapter компаниясы өз AEM электролизерлерін 20 жылдан аса уақыт бойы сенімді жұмыс істеуге есептеліп жасайды.

Капиталдық шығындарға назар аударсақ, бұл технологиялар қаншалықты өзара едәуір ерекшеленетінін көреміз. PEM жүйелерінің әдетте әр киловаттың бағасы $900–$1500 аралығында болады, бұл AEM жүйелерінің әр кВт-қа $500–$800 аралығындағы бағасына қарағанда шамамен екі есе қымбат. PEM жүйелері максималды пайдалы әсер коэффициенті жағынан оңашаланған артықшылыққа ие болса да, AEM жүйелері тазарту процесін күрделендіретін алдын ала өңдеу қажет етпейтін ластанған сумен жұмыс істей алуымен ерекшеленеді. Бұл уақыт өте келе жиілігі төмендетілген техникалық қызмет көрсету қажеттілігін де білдіреді. Салалық талдаулар сутегі өндіру шығындары бойынша Enapter компаниясының AEM технологиясы сутегін шамамен килограмына $2,09-ға өндіретінін, бұл дәстүрлі PEM жүйелеріне қарағанда шамамен 25% арзан екенін көрсетеді. Неге? Себебі AEM мембраналары ұзақ өмір сүреді, өндірістік қондырғылардың конструкциясы қарапайымырақ, сонымен қатар олардың қызмет ету мерзімі бойынша тұрақты жұмыс істеуі үшін аз ғана қосымша жұмыс қажет. Бұл барлық шығын үнемдеулер AEM технологиясын көлемін жеңіл ұлғайтуға және жасыл сутегі жобаларын іске асыру барысында да қаржылық тұрақтылығын сақтауға мүмкіндік беретін технология ретінде орнатады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

AEM және PEM электролизерлерінің негізгі айырмашылығы қандай?

Негізгі айырмашылық олардың жұмыс істейтін ортаның түрінде жатыр. AEM электролизерлері сілтілі ортада жұмыс істейді және никельге негізделген катализаторларды қолданады, ал PEM жүйелері иридий мен платина сияқты асыл металдардан жасалған катализаторларды қолданып, қышқылды ортада жұмыс істейді.

Неге AEM электролизерлері энергияны тиімдірек пайдаланады деп есептеледі?

AEM электролизерлері төмен жасуша кернеуінде жұмыс істейді, бұл омдық шығындарды азайтады және PEM жүйелері үшін қажетті қымбат компоненттердің энергиялық шығынын болдырмауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде энергияны тиімдірек пайдалану қамтамасыз етіледі.

AEM және PEM жүйелерінің қызмет көрсету қажеттіліктері қалай салыстырылады?

PEM жүйелері қышқылды ортада катализатордың тозуына байланысты жоғары қызмет көрсету шығындарын талап етеді, ал AEM жүйелері одан гөрі жұмсақ жағдайларда жұмыс істегендіктен катализатордың тозуы баяулағандықтан және қызмет көрсету жиілігі азаяды.

AEM жүйелерін PEM жүйелерімен салыстырғанда қолданудың құндық әсері қандай?

AEM жүйелері әдетте төмен құнымен ерекшеленеді, себебі олар никель сияқты жеңіл қол жетімді материалдарды пайдаланады және конструкциясы қарапайым болғандықтан, бастапқы инвестициялар төмендейді және уақыт өте келе жұмыс істеу шығындары азаяды.