Tuulivetyvoimala

Lisää "vierasmagnetoidusta sähkömoottorista"

http://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_motor
http://fi.wikipedia.org/wiki/Vierasmagnetoitu_tahtimoottori

Tuuliturbiini
- Pääenergianlähde

Vauhtipyörä
- Hetkellinen energiavarasto kompensoimaan tuulienergian fluktuaatiot sekuntien mittakaavassa
- Taajuusohjaaja itsenäisessä sähköverkossa (ilman dieselgeneraattoria tai sen kanssa)

Akkuvarasto
- Hätävara itsenäisessä verkossa luomaan voimanlähteen minuuttiluokassa
- Taajuusohjaus hätätapauksissa

Vierasmagnetoitu sähkömoottori / Synkronoitu kone
- Jännitteentasaaja
- Reaktiivisen voiman lähde
- Oikosulku virranlähde
- Räpsyjen poissuodatus

Säätölaitteet
- Virransyötön hallinta sekä tuuli-diesel että itsenäisessä verkossa
- Turvallinen ja taloudellinen automaattinen järjestelmän toiminta (mahdollista myös manuaalisesti)
- Datan prosessointi ja prosessin visualisointi

Dieselgeneraattori (tai muu polttomoottori, kuten tässä vetypolttomoottori)
- Järjestelmän käynnistäminen
- Virransyöttö tuulen puutteessa ja tyhjillä varastolaitoksilla

Utsira kirjoitti:

Tuuliturbiini
- Pääenergianlähde

Vauhtipyörä
- Hetkellinen energiavarasto kompensoimaan tuulienergian fluktuaatiot sekuntien mittakaavassa
- Taajuusohjaaja itsenäisessä sähköverkossa (ilman dieselgeneraattoria tai sen kanssa)

Akkuvarasto
- Hätävara itsenäisessä verkossa luomaan voimanlähteen minuuttiluokassa
- Taajuusohjaus hätätapauksissa

Vierasmagnetoitu sähkömoottori / Synkronoitu kone
- Jännitteentasaaja
- Reaktiivisen voiman lähde
- Oikosulku virranlähde
- Räpsyjen poissuodatus

Säätölaitteet
- Virransyötön hallinta sekä tuuli-diesel että itsenäisessä verkossa
- Turvallinen ja taloudellinen automaattinen järjestelmän toiminta (mahdollista myös manuaalisesti)
- Datan prosessointi ja prosessin visualisointi

Dieselgeneraattori (tai muu polttomoottori, kuten tässä vetypolttomoottori)
- Järjestelmän käynnistäminen
- Virransyöttö tuulen puutteessa ja tyhjillä varastolaitoksilla

Lue lisää

Tuohon liittyen voikin todeta, koska käytetään 55 kW vetypolttomoottoria 10 kW polttokennojen ohella, on olemassa vain yksi varavoimalähde - VETY. Siksi oli erityisen tärkeää ylläpitää ulkoisen verkon voimin vetyvoimalaitoksen vedyn tasoa, koska ilman sitä verkko olisi erittäin herkkä saavuttamaan epästabiilin tilan.

Tämä sen vuoksi, että 5 kWh vauhtipyörä ja 50 kWh akkukennot ovat lähinnä hätävoimalähteenä ja mitoituksensa vuoksi ne menevät hätätapauksissa tyhjiin minuuteissa.

Utsira kirjoitti:

Tuohon liittyen voikin todeta, koska käytetään 55 kW vetypolttomoottoria 10 kW polttokennojen ohella, on olemassa vain yksi varavoimalähde - VETY. Siksi oli erityisen tärkeää ylläpitää ulkoisen verkon voimin vetyvoimalaitoksen vedyn tasoa, koska ilman sitä verkko olisi erittäin herkkä saavuttamaan epästabiilin tilan.

Tämä sen vuoksi, että 5 kWh vauhtipyörä ja 50 kWh akkukennot ovat lähinnä hätävoimalähteenä ja mitoituksensa vuoksi ne menevät hätätapauksissa tyhjiin minuuteissa.

Lue lisää

"Tuohon liittyen voikin todeta, koska käytetään 55 kW vetypolttomoottoria 10 kW polttokennojen ohella, on olemassa vain yksi varavoimalähde - VETY"

Tuo oliki hauska havainto: tuote oma varatuotteensa. vaatisi tuplajärjestelmän toimiakseen.

Osaatko laskea projektista vaikka karkellakin tarkkuudella

- vedyn tuotannon hyötysuhteen, aloittaen tuulisähkön energiasta ja päätyen tuotetun vedyn energiamäärään

- edellisen jatkeeksi vedyn polton ja käytön hyötysuhde, jolloin vedyn tyotannon kokonaishyötysiuhde selviää

- käytetyn vetyvaraston teoreettisen täyttymisajan käytetyillä tuulimyllyillä

Suoraan sanoen: osaisin kai laskea nuo kaikki itse, olen jo vastaavia laskuja tehnyt, mutta en nyt jaksaisi akoittaa alusta kaikke uudestaan. Tai ehkä ihan ensimmäinen alkuarvo: tuulisähkön tuotanto kapasiteettikertoimella 0.25, jatkuvaa, jolloin yhdessä päivässä tuotettaisiin tuulisähköä

600KW * 0.25 * 2 * 24h = 7200kWh

hmm... tuohan voisi olla yhden perheen vuotuinen sähkönkulutus ja enemmänkin.

Vastaaja kirjoitti:

"Tuohon liittyen voikin todeta, koska käytetään 55 kW vetypolttomoottoria 10 kW polttokennojen ohella, on olemassa vain yksi varavoimalähde - VETY"

Tuo oliki hauska havainto: tuote oma varatuotteensa. vaatisi tuplajärjestelmän toimiakseen.

Osaatko laskea projektista vaikka karkellakin tarkkuudella

- vedyn tuotannon hyötysuhteen, aloittaen tuulisähkön energiasta ja päätyen tuotetun vedyn energiamäärään

- edellisen jatkeeksi vedyn polton ja käytön hyötysuhde, jolloin vedyn tyotannon kokonaishyötysiuhde selviää

- käytetyn vetyvaraston teoreettisen täyttymisajan käytetyillä tuulimyllyillä

Suoraan sanoen: osaisin kai laskea nuo kaikki itse, olen jo vastaavia laskuja tehnyt, mutta en nyt jaksaisi akoittaa alusta kaikke uudestaan. Tai ehkä ihan ensimmäinen alkuarvo: tuulisähkön tuotanto kapasiteettikertoimella 0.25, jatkuvaa, jolloin yhdessä päivässä tuotettaisiin tuulisähköä

600KW * 0.25 * 2 * 24h = 7200kWh

hmm... tuohan voisi olla yhden perheen vuotuinen sähkönkulutus ja enemmänkin.

Lue lisää

Viittasin tuolla siihen, kun sekä varageneraattori että polttokenno käyttävät vetyä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin ylläpitää vedyn tasoa, että hätätapauksissa olisi edes jotain varastossa.

10 Nm3/h elektrolysaattori eli 2589.6 MJ/vrk (719 1/3 kWh/vrk).

Vetykaasun kompressointi on noin 60 % hyötysuhde ja nesteyttäminen 54 %. Nestevedyn haihtuminen olisi noin 1 %/vrk. Kaasun haihtumisen tasoa en nyt muista.

Betzin lain mukaan teoreettinen hyötysuhde tuulivoimalle on 59.3 % joten tuosta saataisiin karkeasti noin 35 % teoreettinen hyötysuhde tuulivedylle kompressoituna jos haihtumista ei oteta huomioon.

PEMFC hyötysuhde on 30 - 40 % ja polttomoottorin noin 15 - 20 % joten tällöin teoreettinen kokonaishyötysuhde laskee 10 - 14 % tai 5 - 7 % riippuen kumpaa käyttää.

Vetyvaraston täyttyminen (unohtaen haihtumisen) vie noin 9 vuorokautta annetulla kompressorin arvolla.

Utsira kirjoitti:

Viittasin tuolla siihen, kun sekä varageneraattori että polttokenno käyttävät vetyä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin ylläpitää vedyn tasoa, että hätätapauksissa olisi edes jotain varastossa.

10 Nm3/h elektrolysaattori eli 2589.6 MJ/vrk (719 1/3 kWh/vrk).

Vetykaasun kompressointi on noin 60 % hyötysuhde ja nesteyttäminen 54 %. Nestevedyn haihtuminen olisi noin 1 %/vrk. Kaasun haihtumisen tasoa en nyt muista.

Betzin lain mukaan teoreettinen hyötysuhde tuulivoimalle on 59.3 % joten tuosta saataisiin karkeasti noin 35 % teoreettinen hyötysuhde tuulivedylle kompressoituna jos haihtumista ei oteta huomioon.

PEMFC hyötysuhde on 30 - 40 % ja polttomoottorin noin 15 - 20 % joten tällöin teoreettinen kokonaishyötysuhde laskee 10 - 14 % tai 5 - 7 % riippuen kumpaa käyttää.

Vetyvaraston täyttyminen (unohtaen haihtumisen) vie noin 9 vuorokautta annetulla kompressorin arvolla.

Lue lisää

"Betzin lain mukaan teoreettinen hyötysuhde tuulivoimalle on 59.3 % joten tuosta saataisiin karkeasti noin 35 % teoreettinen hyötysuhde tuulivedylle kompressoituna jos haihtumista ei oteta huomioon. "

En halunnut tuulivoiman hyötysuhdetta laskettavaksi tuulen energiasta, itse asiassa en lainkaan, vaan annoin kapasiteettikertoimen 0.25, joka jossain mielessä kuvaa sähköntuotannon hyötysuhdetta itse myllyssä. Vedyn tuotannon hyötysuhde elektrolyysissä voidaan laskea tuntematta siihen sähköä tuottavaa energialähdettä.

"Vetykaasun kompressointi on noin 60 % hyötysuhde ja nesteyttäminen 54 %. Nestevedyn haihtuminen olisi noin 1 %/vrk. Kaasun haihtumisen tasoa en nyt muista. "

Vetyyn jää siihen tuotetusta sähköstä siis noin 33%

"PEMFC hyötysuhde on 30 - 40 % ja polttomoottorin noin 15 - 20 % joten tällöin teoreettinen kokonaishyötysuhde laskee 10 - 14 % tai 5 - 7 % riippuen kumpaa käyttää."

entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?

Nuo arvot pitäisi jotenkin selkeyttää, laittaa järjestyksee, mitä missäkin vaiheessa häviää. vielä pysyn(?) mukana,

Vastaaja kirjoitti:

"Betzin lain mukaan teoreettinen hyötysuhde tuulivoimalle on 59.3 % joten tuosta saataisiin karkeasti noin 35 % teoreettinen hyötysuhde tuulivedylle kompressoituna jos haihtumista ei oteta huomioon. "

En halunnut tuulivoiman hyötysuhdetta laskettavaksi tuulen energiasta, itse asiassa en lainkaan, vaan annoin kapasiteettikertoimen 0.25, joka jossain mielessä kuvaa sähköntuotannon hyötysuhdetta itse myllyssä. Vedyn tuotannon hyötysuhde elektrolyysissä voidaan laskea tuntematta siihen sähköä tuottavaa energialähdettä.

"Vetykaasun kompressointi on noin 60 % hyötysuhde ja nesteyttäminen 54 %. Nestevedyn haihtuminen olisi noin 1 %/vrk. Kaasun haihtumisen tasoa en nyt muista. "

Vetyyn jää siihen tuotetusta sähköstä siis noin 33%

"PEMFC hyötysuhde on 30 - 40 % ja polttomoottorin noin 15 - 20 % joten tällöin teoreettinen kokonaishyötysuhde laskee 10 - 14 % tai 5 - 7 % riippuen kumpaa käyttää."

entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?

Nuo arvot pitäisi jotenkin selkeyttää, laittaa järjestyksee, mitä missäkin vaiheessa häviää. vielä pysyn(?) mukana,

Lue lisää

CGH2 (Kompressoitu vety)
- 1.54 MJ/MJ (Elektrolyysi)
- 0.06 MJ/MJ (Kompressoinnin vaatima sähköenergia)
= 62.5 % Hyötysuhde

- 2.5 % (Sähköenergian siirrosta ja jakelusta liikenneasemalle johtuvat häviöt)

= 60 % Hyötysuhde [CONCAWE 2007]


LH2 (Nestevety)
- 1.54 MJ/MJ (Elektrolyysi)
- 0.30 MJ/MJ (Nesteyttämisen vaatima sähköenergia)
= 54 % (sis. sähköenergian siirron ja jakelun aiheuttamat häviöt)


SH2 (Sohjovety kolmoispisteessä)
= 0.085 g/cm3 (vertaa: 0.0678 g/cm3 nestevedyllä)

SH2 on NASA:n tutkima ja kehittelemä. Hyötysuhteesta ei siten ole vielä tietoa.


Metallihydridivetysäiliöt soveltuvat parhaiten pienkoneisiin (valmistajia noin tusina, mm. Oy Hydrocell Ltd.) sillä tiheys on vain luokkaa 0.00008988 g/cm3. Tämän vuoksi teho jää reilusti alle picoluokan (0 - 1000 W). Microluokka (1 - 100 kW) käyttää toisia, kemiallisia tai fysikaalisia, säiliösovelluksia. Tätä suuremmat (usein myös pienemmätkin) voimalaitokset käyttävät enemmän tai vähemmän kompressoitua tai nesteytettyä vetysäiliöitä.

Paras tapa nostaa tehokkuutta olisi unohtaa kompressori ja käyttää suoraan, ei metallihydridiä, vaan jopa 700 barin elektrolyysiä minkä tutkimusta rahoittaa mm. Yhdysvaltain Energialaitos (ministeriö) USD 1 ½ miljoonalla. Hyötysuhteen pitäisi tällöin ylittää jopa 75 % (120 - 200 barin paineella) verrattuna nykyiseen 60 %.

Vastaaja kirjoitti:

"Betzin lain mukaan teoreettinen hyötysuhde tuulivoimalle on 59.3 % joten tuosta saataisiin karkeasti noin 35 % teoreettinen hyötysuhde tuulivedylle kompressoituna jos haihtumista ei oteta huomioon. "

En halunnut tuulivoiman hyötysuhdetta laskettavaksi tuulen energiasta, itse asiassa en lainkaan, vaan annoin kapasiteettikertoimen 0.25, joka jossain mielessä kuvaa sähköntuotannon hyötysuhdetta itse myllyssä. Vedyn tuotannon hyötysuhde elektrolyysissä voidaan laskea tuntematta siihen sähköä tuottavaa energialähdettä.

"Vetykaasun kompressointi on noin 60 % hyötysuhde ja nesteyttäminen 54 %. Nestevedyn haihtuminen olisi noin 1 %/vrk. Kaasun haihtumisen tasoa en nyt muista. "

Vetyyn jää siihen tuotetusta sähköstä siis noin 33%

"PEMFC hyötysuhde on 30 - 40 % ja polttomoottorin noin 15 - 20 % joten tällöin teoreettinen kokonaishyötysuhde laskee 10 - 14 % tai 5 - 7 % riippuen kumpaa käyttää."

entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?

Nuo arvot pitäisi jotenkin selkeyttää, laittaa järjestyksee, mitä missäkin vaiheessa häviää. vielä pysyn(?) mukana,

Lue lisää

"entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?"

Vertailtaessa 340 atm CGH2 (345 bar) 20 atm Metallihydridiin (20 bar) pitäisi tulla seuraavia tuloksia:

- Tarvittavan energian määrä putoaa noin 40 - 50 prosenttiin
- Alempi lämpöarvo putoaa noin 30 prosentista noin 13 prosenttiin
- Olosuhteet putoavat erittäin baarisesta keskimääräiseen baarisuuteen ja termisyyteen
- Vedyn tiheys tilavuutta kohden pitäisi kaksinkertaistua (pieni virhe aamulla: 0.00008988 g/cm3

Utsira kirjoitti:

"entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?"

Vertailtaessa 340 atm CGH2 (345 bar) 20 atm Metallihydridiin (20 bar) pitäisi tulla seuraavia tuloksia:

- Tarvittavan energian määrä putoaa noin 40 - 50 prosenttiin
- Alempi lämpöarvo putoaa noin 30 prosentista noin 13 prosenttiin
- Olosuhteet putoavat erittäin baarisesta keskimääräiseen baarisuuteen ja termisyyteen
- Vedyn tiheys tilavuutta kohden pitäisi kaksinkertaistua (pieni virhe aamulla: 0.00008988 g/cm3

Lue lisää

Tuohon lyhyt sivuhuomautus, että metallihydridisäiliössäkin vetyä kompressoidaan kevyesti vaikkei yhtään niin suuresti kuin CGH2:ssa.

Normaalitila olisi 1 bar ja 273.15 K, esimerkissä se oli 20 bar, ja Hydrocellin säiliöissä se on noin 2 - 4 bar.

Utsira kirjoitti:

"entä jos ei kompressoida, vaan sidotaan vety, eli käytetään metallihybridiä?"

Vertailtaessa 340 atm CGH2 (345 bar) 20 atm Metallihydridiin (20 bar) pitäisi tulla seuraavia tuloksia:

- Tarvittavan energian määrä putoaa noin 40 - 50 prosenttiin
- Alempi lämpöarvo putoaa noin 30 prosentista noin 13 prosenttiin
- Olosuhteet putoavat erittäin baarisesta keskimääräiseen baarisuuteen ja termisyyteen
- Vedyn tiheys tilavuutta kohden pitäisi kaksinkertaistua (pieni virhe aamulla: 0.00008988 g/cm3

Lue lisää

miten tuo vaikuttaa vedyntuotannon hyötysuhteeseen, suunnilleen-arvona? Mitä ne ovat nesteytykstä ja metellihybridiä käytettäessä? lähtien siitä, että jostain tulee vedyn tuottamiseksi sähköä in kWh ja vedystä saadaan sähköä out kWh.

Vastaaja kirjoitti:

miten tuo vaikuttaa vedyntuotannon hyötysuhteeseen, suunnilleen-arvona? Mitä ne ovat nesteytykstä ja metellihybridiä käytettäessä? lähtien siitä, että jostain tulee vedyn tuottamiseksi sähköä in kWh ja vedystä saadaan sähköä out kWh.

Lue lisää

Löysin tiedearkistosta yhden esimerkin, toivottavasti osaan selittää sen oikein.

Toinen vaihtoehto olisi maakaasu/höyryreformointi, mutta sivuutetaan se tällä kertaa. Sitten pääasiaan, elektrolyysiin.

Vaihtoehto A: Korkean lämpötilan metallihydridi (Magnesium)
Vaihtoehto B: Alhaisen lämpötilan metallihydridi (Rauta-Titaani)
Vaihtoehto C: Vetykaasu
Vaihtoehto D: Nestevety

Vedyn jakelu on kaikilla vaihtoehdoilla
P = 0.1 MPa
T = 298 K

Fysikaalinen exergia vedyn jakeluun on kaikilla vaihtoehdoilla
0.00 MJ/kg H2 (tuotetaan paikallisesti)

Vetyvaraston paine ja lämpötila
A/B: P = 0.5 MPa ja T = 298 K
C: P = 35 MPa ja T = 298 K
D: P = 0.1 MPa ja T = 20 K

Fysikaalinen exergia vedyn varastointiin [1]
A/B: 1.81 MJ/kg H2
C: 7.67 MJ/kg H2
D: 14.32 MJ/kg H2

Oletus sähkövoiman vaatimukselle
A/B: 2.00 MJ/kg H2
C: 15.00 MJ/kg H2
D: 56.33 MJ/kg H2

Exergian häviöt
A/B: 0.19 MJ/kg H2
C: 7.33 MJ/kg H2
D: 42.01 MJ/kg H2

=> Exergeettinen hyötysuhde [2]
A/B: 90.50 % (61.56 %)
C: 51.13 % (34.78 %)
D: 25.42 % (17.29 %)

=> Loppuesimerkki polttokennoajoneuvon kantamasta
A: 70 km/kg
B: 85 km/kg
C: 95 km/kg
D: 100 km/kg

[1]: Kemiallinen exergia vedylle on 117.11 MJ/kg. Fysikaalinen exergia lasketaan kaavalla
(H - H0) - T0 (S - S0), missä 0 on viitearvo (0.101325 MPa ja 298.15 K)

[2]: Elektrolyysin exergeettinen hyötysuhde on noin 68 % (sähkö elektrolyysille on 1.40 MJ/MJ H2, ylimääräinen sähkö 0.06 MJ/MJ H2 ja vesi 0.01 MJ/MJ H2 joten exergian häviöt ovat 0.47 MJ/MJ H2). Suluissa annettu arvo ottaa huomioon tuotannon, kuljetuksen, vähittäisjakelun ja vedyn varastoinnin koko exergeettisen hyötysuhteen.

Utsira/Sonnenschiff kirjoitti:

Löysin tiedearkistosta yhden esimerkin, toivottavasti osaan selittää sen oikein.

Toinen vaihtoehto olisi maakaasu/höyryreformointi, mutta sivuutetaan se tällä kertaa. Sitten pääasiaan, elektrolyysiin.

Vaihtoehto A: Korkean lämpötilan metallihydridi (Magnesium)
Vaihtoehto B: Alhaisen lämpötilan metallihydridi (Rauta-Titaani)
Vaihtoehto C: Vetykaasu
Vaihtoehto D: Nestevety

Vedyn jakelu on kaikilla vaihtoehdoilla
P = 0.1 MPa
T = 298 K

Fysikaalinen exergia vedyn jakeluun on kaikilla vaihtoehdoilla
0.00 MJ/kg H2 (tuotetaan paikallisesti)

Vetyvaraston paine ja lämpötila
A/B: P = 0.5 MPa ja T = 298 K
C: P = 35 MPa ja T = 298 K
D: P = 0.1 MPa ja T = 20 K

Fysikaalinen exergia vedyn varastointiin [1]
A/B: 1.81 MJ/kg H2
C: 7.67 MJ/kg H2
D: 14.32 MJ/kg H2

Oletus sähkövoiman vaatimukselle
A/B: 2.00 MJ/kg H2
C: 15.00 MJ/kg H2
D: 56.33 MJ/kg H2

Exergian häviöt
A/B: 0.19 MJ/kg H2
C: 7.33 MJ/kg H2
D: 42.01 MJ/kg H2

=> Exergeettinen hyötysuhde [2]
A/B: 90.50 % (61.56 %)
C: 51.13 % (34.78 %)
D: 25.42 % (17.29 %)

=> Loppuesimerkki polttokennoajoneuvon kantamasta
A: 70 km/kg
B: 85 km/kg
C: 95 km/kg
D: 100 km/kg

[1]: Kemiallinen exergia vedylle on 117.11 MJ/kg. Fysikaalinen exergia lasketaan kaavalla
(H - H0) - T0 (S - S0), missä 0 on viitearvo (0.101325 MPa ja 298.15 K)

[2]: Elektrolyysin exergeettinen hyötysuhde on noin 68 % (sähkö elektrolyysille on 1.40 MJ/MJ H2, ylimääräinen sähkö 0.06 MJ/MJ H2 ja vesi 0.01 MJ/MJ H2 joten exergian häviöt ovat 0.47 MJ/MJ H2). Suluissa annettu arvo ottaa huomioon tuotannon, kuljetuksen, vähittäisjakelun ja vedyn varastoinnin koko exergeettisen hyötysuhteen.

Lue lisää

Lisäys [1]: H on entalpia ja S on entropia.