Příloha č. 1 SUSEN Jednotka pro testování a charakterizaci vysokoteplotních palivových a elektrolytických článků (SOFC/SOEC) TECHNICKÉ PODMÍNKY K. Stehlík
ROZSAH DOKUMENTACE Tato dokumentace je zpracována na úrovni dokumentace pro výběr dodavatele. Obsahuje základní popis funkcí, vlastností a technologií zařízení, které musí být splněny. Detailní řešení nejsou v této dokumentaci uvedena. Dodavatel odpovídá za úplnost, celistvost, kompatibilitu a především za úplnou funkčnost zařízení, které nabízí. Nabídka musí obsahovat všechny nutné součásti díla, které jsou potřebné pro plnou funkčnost zařízení a splnění minimálního programu testů, popsaného v této dokumentaci v kapitole 8. Pokud by dodavatel zjistil v této dokumentaci chybu, je povinen nabídku zpracovat s odstraněním chyby tak, aby nabídnuté zařízení bylo plně funkční, a o chybě informovat zadavatele. Součástí díla je zpracování podrobné výrobní dokumentace před zahájením výroby, podrobné dokumentace skutečného stavu po zprovoznění zařízení, provedení výchozí kalibrace všech součástí zařízení a systému jako celku, výchozí revize zařízení a zajištění povolení nezbytných pro výstavbu a provoz zařízení. ZMĚNA TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ Jiné řešení zadaných cílů oproti této dokumentaci je možné. Zadané parametry a funkce lze dosáhnout jinými než popsanými prostředky, pokud nové řešení zachová nebo zlepší sledované parametry, zachová nebo zlepší funkčnost a efektivitu zařízení. Technická specifikace 2 / 23
OBSAH 1. SEZNAM ZKRATEK... 5 2. ÚČEL ZAŘÍZENÍ... 6 3. PŘEDMĚT TESTOVÁNÍ... 7 4. KOMPONENTY ZAŘÍZENÍ... 8 4.1 Keramické cely... 8 Počet cel... 8 Set-up... 8 Velikost... 8 Tvar... 8 Materiál:... 9 Paliva... 9 4.2 Držák cel... 9 Design... 9 Materiál... 9 4.3 Generátor páry... 9 4.4 Hmotností průtokoměry... 9 4.5 Elektrický zdroj/zátěž... 10 4.6 Pec s elektrickým ohřevem... 10 Pec... 10 Elektrický ohřev... 10 4.7 Analýza výstupní plynné směsi... 10 4.8 Měření teploty... 11 4.9 Impedanční spektroskopie... 11 4.10 Test těsnosti... 11 4.11 Diagnostický systém... 11 4.12 Řídicí systém... 11 Datové rozhraní... 12 Přenos a záznam dat... 12 Zdroj... 12 4.13 Transport zařízení... 12 4.14 Příslušenství... 13 Nářadí pro připojení a provoz zařízení... 13 5. KALIBRACE ZAŘÍZENÍ... 14 5.1 Rozsah kalibrace... 14 5.2 Výchozí kalibrace... 14 5.3 On-site kalibrace při provozních podmínkách... 14 5.4 Výzkumný kalibrační protokol (není součástí zakázky)... 14 Technická specifikace 3 / 23
6. BEZPEČNOST ZAŘÍZENÍ... 15 6.1 Popis zařízení... 15 6.2 Lokalizace zařízení... 15 6.3 Bezpečnost při výpadku elektrického napájení... 15 6.4 Bezpečnostní pravidla při provozu zařízení (není součástí zakázky)... 16 7. PROVOZ ZAŘÍZENÍ... 17 7.1 Umístění zařízení v experimentální hale, objekt č. 213... 17 7.2 Popis provozu zařízení... 17 Nájezd zařízení... 17 Experimentální provoz... 17 Kontrolní procedura... 17 Odstavení zařízení... 17 8. MINIMÁLNÍ PROGRAM TESTŮ... 18 8.1 Testy charakterizace... 18 8.2 Dlouhodobé testy... 18 SOEC... 18 SOFC... 18 8.3 Co-elektrolýza... 19 8.4 Souhrn testů... 19 9. TECHNICKÁ SPECIFIKACE ZAŘÍZENÍ... 20 9.1 Keramické články... 20 9.2 Držák cely... 20 9.3 Generátor páry... 20 9.4 Hmotnostní průtokoměry... 20 9.5 Elektrický zdroj/zátěž... 20 9.6 Pec... 20 9.7 Analyzátor výstupního plynu... 21 9.8 Měření teploty... 21 9.9 Impedanční spektroskopie... 21 9.10 Test těsnosti... 21 9.11 Diagnostika... 21 9.12 Řídicí systém... 21 9.13 Transportní box... 22 9.14 Příslušenství... 22 10. LITERATURA... 23 11. SEZNAM TABULEK... 23 12. SEZNAM OBRÁZKŮ... 23 Technická specifikace 4 / 23
1. SEZNAM ZKRATEK SOEC SOFC UPS EU SUSEN HEPA Jednotky GW MW kw kv Pa solid oxide electrolysis cell elektrolytický článek s pevným elektrolytem solid oxide fuel cell palivový článek s pevným elektrolytem uninterrupted power supply (záložní zdroj) Evropská Unie Sustainable Energy (Udržitelná energetika), evropský projekt High Efficiency Particulate Air Filter vysoceúčinný filtr prachových částic Gigawatt Megawatt Kilowatt Kilovolt Pascal Technická specifikace 5 / 23
2. ÚČEL ZAŘÍZENÍ Předmětem veřejné zakázky SUSEN Zařízení pro testování a charakterizaci vysokoteplotních elektrolytických a palivových článků je dodávka testovací stanice odpovídající technickému anexu [1] programu Technologické okruhy (TEO) v projektu SUStainable ENergy (SUSEN). Zařízení (testovací stanice), které je předmětem této zakázky bude dodáno v roce 2015, kdy začne vlastní výzkum v rámci projektu SUSEN. transportní box průtokoměry generátor páry pec držák cely SOEC/ SOFC měření teploty impedanční spektroskopie elektrický zdroj a zátěž analyzátor plynu řídicí jednotka (PC) - diagnostický systém - kontrolní systém - test těsnosti Obrázek 2.1: Možné schéma zařízení Technická specifikace 6 / 23
3. PŘEDMĚT TESTOVÁNÍ V souladu s technickým anexem projektu SUSEN je předmětem experimentální ověření možnosti spojení vysokoteplotní smyčky (chladícího média) s technologií vysokoteplotní elektrolýzy včetně výzkumu chování a degradace použitých materiálů. Za účelem vyhodnocení dat dlouhodobého provozu kompletní zařízení (smyčky) je nezbytné detailní porozumění chování procesu na úrovni jednotlivých elektrolytických cel. Z výše uvedených důvodů musí požadované zařízení být schopné testování a vyhodnocování základních charakteristik vysokoteplotních elektrolytických cel (potažmo svazků, tzv. stacků, několika, až 10 cel). Testováním se rozumí elektrolýza vody včetně možnosti co-elektrolýzy vody a oxidu uhličitého včetně možnosti provozu zařízení v módu vysokoteplotních palivových článků (reverzní proces). Testování v módu palivových článků je nezbytné vzhledem k možnosti porovnání s odbornou literaturou, která v tomto směru zahrnuje větší objem zkušeností s dlouhodobými testy i různými materiály dílčích komponent. Technická specifikace 7 / 23
4. KOMPONENTY ZAŘÍZENÍ Předmět zakázky SUSEN Zařízení pro testování a charakterizaci vysokoteplotních elektrolytických a palivových článků sestává z následujících komponent: keramické cely držáky cel hmotností průtokoměry generátor vodní páry pec s elektrickým ohřevem analýza výstupní plynné směsi systém měření teploty elektrický zdroj (sloužící též jako zátěž) systém testu těsnosti měřící systém řídicí systém bezpečností systém systém pro manipulaci a transport Jednotlivé komponenty musí být plně kompatibilní s ostatními a schopny testovacího a měřícího procesu popsaného v kapitole 8. 4.1 Keramické cely Počet cel Plánované testy zahrnují charakterizaci a dlouhodobé testování jednotlivých cel a jejich svazků (stacků). Svazkem jsou myšleny minimálně 3 cely, tzn. systém, kdy minimálně jedna cela je z obou stran obklopena alespoň jednou sousední celou. Tento systém je nutný za účelem determinace efektu opakování cel ve stacku. Set-up Zařízení musí být schopno provozu v módu vysokoteplotní elektrolýzy a umožňovat též provoz v módu vysokoteplotních palivových článků, který je popsán v kapitole 3.1. Velikost Za účelem dosažení reprezentativních výsledků je požadováno zařízení umožňující testování vysokoteplotních článků s aktivní plochou ne menší než 16 cm 2 (zamezení negativního efektu okrajů článku) a ne větší než 100 cm 2 (umožňující snadnou manipulaci). Tvar Plánovaný experimentální provoz bude využívat planárních keramických článků. Technická specifikace 8 / 23
Materiál: Jsou akceptovány všechny dostupné materiály současného tzv. state-of-the-art. Paliva Kromě využití vodíku jako paliva musí zařízení umožňovat i použití methanu a bioplynu jako paliva.. 4.2 Držák cel Design Velikost a tvar držáků článků (či jejich svazků) musí odpovídat tvaru a designu cel, tzn. musí zaručovat vhodný systém zajišťující elektrický kontakt jednotlivých cel. Držák musí současně zajišťovat plynotěsnost testované cely tak, aby bylo předejito případným únikům testovaných plynů do okolí. Držák kromě přívodu/odvodu elektrického proudu musí zajišťovat přívod/odvod reakčních médií (plynů). Materiál Materiál držáku testovaných článků a rozvodů elektrické proudu musí zajišťovat správnou funkci celého zařízení při pracovních podmínkách (teplotě). Je vyloučeno použití jakýchkoliv materiálů, u nichž hrozí uvolňování par chromu s možností otravy aktivních ploch článků. 4.3 Generátor páry Generátor páry slouží k účelu výparu vstupního proudu vody v případě provozu zařízení v módu elektrolýzy, případně za účelem zvlhčování v případě provozu v módu palivových článků. Jako zdroj vody bude využito zařízení dodané v rámci jiné zakázky. Voda bude splňovat požadavek na kvalitu danou 1. Stupněm jakosti dle ČSN ISO 3696. Výkon generátoru páry musí odpovídat požadavkům celého zařízení včetně designu jednotlivých cel (maximální spotřeba vodní páry je dána výkonem stacku alespoň 3 cel short stack). 4.4 Hmotností průtokoměry Hmotnostní průtokoměry budou sloužit k řízené množství vstupních plynných médií, kterými budou: vzduch, dusík, vodík a do budoucna též methan a oxid uhličitý. Minimální počet hmotnostích průtokoměrů je požadován 5: vzduch, dusík, vodík, oxid uhličitý a jeden rezervní (např. methan). Všechny průtokoměry musí být schopny v případě nepředpokládaných událostí (např. výpadku proudu) iniciovat automatické okamžité uzavření přívodů plynů, případně zajištění uživatelem definované směsi o složení zajišťující bezproblémový nouzový provoz cel. Technická specifikace 9 / 23
Rozsah průtoků jednotlivých plynů musí odpovídat designu a počtu použitých cel, přičemž jako minimum je definováno množství zajišťující dostatečné podmínky pro reprodukovatelné výsledky jedné cely. Maximální průtok musí odpovídat požadavkům testování stacku alespoň 3 cel (short stack) Hmotností průtokoměry musí zajišťovat možnost provozu zařízení jak v módu elektrolýzy, tak i v módu testování a charakterizace palivových článků. 4.5 Elektrický zdroj/zátěž Tato komponenta musí zajišťovat provoz zařízení jak v módu elektrolýzy, tak i v módu testování a charakterizace palivových článků. Výkon zdroje/zátěže musí odpovídat zvolenému designu a počtu testovaných cel. 4.6 Pec s elektrickým ohřevem Pec Rozměry vnitřního prostoru pece jsou definovány velikostí držáku cely (cel). Pec musí být schopna provozu zařízení v módu vysokoteplotní elektrolýzy, tak i v módu palivových článků, kdy je v obou případech vyžadováno rozmezí teplot 600 850 C. Současně je nutné, aby pracovní teploty (ohřevu) bylo dosaženo pozvolným nárůstem, tzn. rampou odpovídající 1 3 C/min (typické pro keramické cely). Zařízení musí umožňovat stejnou teplotní rampu i pro režim odstavení (chladnutí) pece. Elektrický ohřev Veškeré rozvody vstupních a výstupních plynů (včetně plynných směsí), v nichž budou média při vyšší teplotě než 100 C, musí být elektricky vyhřívána a patřičně teplotně izolována, aby nedocházelo ke zpětné kondenzaci vodní páry. Veškeré elektrické ohřevy rozvodů plynů musí být možné ovládat řídicím systémem (viz kapitola 4.12) a data musí být kontinuálně zaznamenávána. 4.7 Analýza výstupní plynné směsi Pro vyhodnocení chemického procesu během elektrolýzy (stejně tak reakce v palivovém článku) je nezbytné následná analýza složení výstupní směsi. Tak je možné dostatečně hluboce porozumět chování cely při různých parametrech (teplota, průtoky, složení, atp.). Současně umožňuje analýza následné porovnání výsledků s odbornou literaturou pro případnou optimalizaci procesu či přípravy cel. Média směs H 2, H 2O, CO 2, CO (mód elektrolýzy) směs H 2O, H 2, CH 4, CO 2, CO (mód palivových článků) Množství odpovídající velikosti cely (cel) Rozmezí koncentrací Přesnost 1 % Četnost analýz testy charakterizace: 2 x za hodinu dlouhodobé testy: 4 x za den Technická specifikace 10 / 23
4.8 Měření teploty Měření teploty je nezbytné pro správnou kontrolu a bezpečný provoz zařízení. Požadované minimum je měření teploty vstupní a výstupní plynné směsi. Pro lepší porozumění procesu je požadováno, aby zařízení umožňovalo též měření a zaznamenávání teploty uvnitř cely (v rámci držáku cely). 4.9 Impedanční spektroskopie Impedanční spektroskopie umožňuje vyhodnocení a porozumění vlastní chemického procesu pomocí determinace dílčích odporů (ztrát) v jednotlivých částech cely. Na základě vyhodnocení výsledků impedanční spektroskopie tak lze lépe porozumět chování cely během procesu elektrolýzy (či módu palivového článku). Současně je tento typ vyhodnocení důležitý pro možnost porovnání výsledků s odbornou literaturou za účelem optimalizace celého procesu. Součástí zařízení proto též musí měřicí přístroj určený k impedanční spektroskopii. 4.10 Test těsnosti Za účelem bezpečnosti a reprodukovatelnosti výsledků jednotlivých testů je požadováno, aby před a po jednotlivých testech umožňoval celý systém automatický test těsnosti. Současně je požadováno, aby zařízení umožňovalo provést test těsnosti též během provozu zařízení (při probíhajících testech). Tak lze odhalit některé neočekávané události jako např. porušení cely atp. 4.11 Diagnostický systém Diagnostický systém musí uživateli poskytovat plnou kontrolu nad systémem včetně jeho ovládání. Veškeré části diagnostické systému musí automaticky poskytovat data řídicímu systému. Řídicí systém musí zaznamenávat veškerá měřená data spojená s vlastním testováním a charakterizací cel. Data budou ukládána na pevný disk řídícího počítače. Senzory a zařízení dle účelu Jednotlivé části diagnostického systému lze rozdělit do dvou skupin: technické a testovací. Technické části umožňují ovládání zařízení, tzn. hmotnostní průtokoměry, pec, elektrický zdroj. Testovací části diagnostického systému budou sloužit pro sběr a následné vyhodnocení výsledků experimentů, tzn. analýza plynu, impedanční spektroskopie, měření teploty atp. 4.12 Řídicí systém Účelem řídicího systému je monitorování, hodnocení, vizualizace, signalizace, přímé a předem naprogramované řízení všech částí celého testovacího zařízení. Veškerá data musí být průběžně ukládána pro možnost následného vyhodnocení provedených testů. Technická specifikace 11 / 23
Sc Řídicí systém musí umožňovat grafický výstup všech parametrů, procesů a interakcí jednotlivých komponent celého testovacího systému. Grafické rozhraní musí být přístupné na hlavním ovládacím počítači. Nezbytnou součástí řídicí systému je vlastnictví všech nezbytných programů, licencí a kódů, tak aby uživateli umožňovali budoucí přizpůsobení řídicí systému různým testovacím sekvencím a případným změnám. Tyto změny nebudou prováděny během záručního období. Součástí zakázky testovacího zařízení je poskytnutí kompletního zdrojového kódu a všech práv nezbytných pro změny v softwaru za účelem jeho přizpůsobení na základě budoucích požadavků obsluhy vyplývajících z jednotlivých experimentů. Řídicí systém musí též umožňovat nájezd a odstavení zařízení na základě různých parametrů definovaných uživatelem, tzn. nezávislé ovládání jednotlivých průtoků médií a teplotních ramp. V případě úniku vodíku během testu těsnosti zařízení je nezbytné, aby řídicí systém uvedl zařízení do bezpečného stavu. Datové rozhraní Je požadována oboustranná automatická komunikace řídicího systému a řídící jednotky. Řídicí systém musí být kompatibilní s operačním systém Windows. Veškeré komunikační kanály, vstupní i výstupní, musí disponovat minimálně 10% rezervou pro budoucí rozšíření. Garantovaná možnost rozšíření řídicího systému musí odpovídat minimálně 20 % instalované kapacity. Přenos a záznam dat Veškeré části diagnostického systému musí přenášet data do systému řídicího. Řídicí systém následně veškerá data z nájezdu, provozu i odstavení zařízení ukládá. Veškerá data budou ukládána na pevný disk řídicího počítače. Další požadavky: Možnost manuální volby intervalu ukládání dat od 1 s do 60 s Dostatečná kapacita paměti pro úspěšné ukládání dat během dlouhodobých experimentů trvajících až 1200 hodin Zdroj Kompletní řídicí systém, včetně ovládacího počítače, bude připojen do elektrické sítě v experimentální hale, objekt č. 213. Za účelem předcházení nebezpečí způsobených krátkodobými výpadky elektrického napětí je požadováno, aby bylo zařízení vybaveno záložním zdrojem v podobě UPS (uninterrupted power supply) jednotky pro dobu alespoň 10 minut. 4.13 Transport zařízení Kompletní zařízení bude dodáno s jednotkou umožňující transport všech jeho částí včetně pece, tzn. zařízení bude vybaveno pohyblivým podvozkem s možností fixace proti Technická specifikace 12 / 23
samovolnému pohybu. Záměrem je snadný přesun zařízení v případě budoucí změny jeho umístění. Materiál transportního boxu musí být zvolen s ohledem na veškerá výše uvedená kritéria. 4.14 Příslušenství Nářadí pro připojení a provoz zařízení Součástí zakázky je kompletní sada nářadí, které je nezbytné či žádoucí pro běžný servis, provoz a opravy zařízení. Součástí tohoto vybavení je i nářadí nezbytné pro připojení a následné vyjmutí keramický cel pro popsané experimenty včetně zařízení pro manipulaci s jednotlivými diagnostickými senzory či výměny těsnění. Technická specifikace 13 / 23
5. KALIBRACE ZAŘÍZENÍ 5.1 Rozsah kalibrace Kalibrací zařízení se rozumí následující kalibrační procedury: kalibrace diagnostických a měřících částí: analyzátor plynu, termočlánků, hmotností průtokoměrů, elektrického zdroje/zátěže, impedanční spektroskopie pozice cely/cel: metoda pro umístění cely pro bezpečný provoz teplotní rampa ohřevu/chladnutí pece 5.2 Výchozí kalibrace Součástí zakázky je výchozí kalibrace všech částí diagnostického a měřícího systému uvedených v odstavci 5.1. Výsledky výchozí kalibrace všech komponent musí být doložena patřičnými kalibračními protokoly, které jsou součástí zakázky. 5.3 On-site kalibrace při provozních podmínkách Součástí zakázky je kalibrace všech částí diagnostického a měřícího systému celého zařízení pro jeho instalaci na místě jeho provozu (při reálných podmínkách provozu). Veškeré senzory musí být nastaveny na požadované provozní parametry a následně zkontrolovány, případně opětovně kalibrovány. 5.4 Výzkumný kalibrační protokol (není součástí zakázky) Výzkumný kalibrační protokol musí popisovat proceduru kalibrace analyzátoru plynu včetně popisu umístění cely/cel do zařízení. Technická specifikace 14 / 23
6. BEZPEČNOST ZAŘÍZENÍ 6.1 Popis zařízení Na základě detailního popisu v předchozích kapitolách lze z hlediska bezpečnosti identifikovat následující rizika, která mohou během provozu nastat: o únik vysokoteplotní páry o únik vodíku o únik methanu o únik oxidu uhelnatého o únik dusíku Na základě těchto rizik musí být zařízení designováno a vyrobeno v souladu s veškerými platnými evropskými normami a standardy pro plynová zařízení pracující výbušnými plyny. 6.2 Lokalizace zařízení Umístění a následný provoz zařízení je plánován v experimentální hale, objekt č. 213 v areálu ÚJV Řež s přímým napojením na hasičskou zbrojnici. Hala je vybavena standardním systémem elektrické požární signalizace a dalším požárně-technickým zařízením, především hasicími přístroji. Zdroj: dokumentace experimentální haly SO213 [2]: o celá hala je jeden požární úsek o hala je vybavena požárními detektory o 7 senzorů s akustickým signálem a UPS pro následující plyny o vodík H 2 o kyslík O 2 o oxid uhličitý CO 2 o centrální rozvod následujících plynů: CO 2, He, H 2, O 2, Ar, N 2 6.3 Bezpečnost při výpadku elektrického napájení Výpadek elektrického napájení představuje pro zařízení dvě základní rizika: ztráta kontroly nad řídicím systémem zařízení a přerušení zdroje tepla. Při dlouhodobém výpadku elektrického napájení hrozí nekontrolované rychlé chladnutí pece nevratné poškození keramických článků. Na základě zkušeností může ke zničení cely dojít v případě výpadku trvajícího v řádu minut. Za účelem zachování plné kontroly nad zařízením a systému ukládání dat je požadováno vybavení záložním zdrojem v podobě UPS pro plnou kontrolu systému v rozmezí 10 30 minut. V tomto případě musí být cely proplachovány směsí dusíku a vodíku za účelem předejití zpětné oxidace niklových komponent. Technická specifikace 15 / 23
6.4 Bezpečnostní pravidla při provozu zařízení (není součástí zakázky) Kromě výše popsaného systému měření bude bezpečnost zařízení během provozu zajištěna laboratorními pracovním předpisem. Tento dokument bude obsahovat detailní popis pracovních podmínek včetně pracovních postupů během experimentů. Dokument vytvoří kupující na základě podkladů předaných Prodávajícím nejpozději tři týdny před zahájením zkoušek zařízení. Technická specifikace 16 / 23
7. PROVOZ ZAŘÍZENÍ 7.1 Umístění zařízení v experimentální hale, objekt č. 213 Obrázek 7.1: Půdorys experimentální haly, objekt č. 213 [3] 7.2 Popis provozu zařízení Nájezd zařízení o Test těsnosti za studena o Pomalý kontrolovaný proces ohřevu v ochranné atmosféře o Test těsnosti při pracovní teplotě Experimentální provoz Charakterizace a dlouhodobé experimenty Kontrolní procedura Test těsnosti během experimentálního provozu či mezi jednotlivými sekvencemi testů Odstavení zařízení Kontrolované pozvolné chladnutí zařízení v ochranné atmosféře Technická specifikace 17 / 23
8. MINIMÁLNÍ PROGRAM TESTŮ Minimální rozsah testů stanovuje nezbytné experimenty pro charakterizaci keramických cel. Parametry a provedení zařízení musí odpovídat požadavkům níže uvedených testů. 8.1 Testy charakterizace Elektrochemickou charakterizací cely je myšleno určení její účinnosti. Standardně se během procesu testování měří výkon elektrického zdroje/zátěže a následně se vyhodnocuje tzv. polarizační křivka v podobě napěťo-proudové charakteristiky (též nazývaná U-I či U-i křivka). Kromě U-I charakteristiky je pro správné porozumění probíhajících chemických procesů v cele porovnání složení vznikající plynné směsi (na základě analýzy) a výsledků z impedanční spektroskopie s daty uváděnými v odborné literatuře. Zařízení musí obsahovat komponenty potřebné pro stanovení výše uvedených charakteristik. Zmíněné testy budou prováděny na komerčních celách před tím, než budou testovány na vysokoteplotní smyčce v kombinaci s vysokoteplotním zdrojem tepla (zakázka TEO18c). 8.2 Dlouhodobé testy SOEC Za účelem vyhodnocení degradace dílčích komponent cel či jejich stacků v módu vysokoteplotní elektrolýzy budou provedeny řady testů s různými hodnotami následujících parametrů, detailně popsaných v kapitole 4 a v tabulce 1: o hmotností průtoky jednotlivých médii o výkon zdroje o čas experimentu o teplota cely SOFC Za účelem vyhodnocení degradace dílčích komponent cel či jejich stacků v módu vysokoteplotních palivových článků budou provedeny řady testů s různými hodnotami následujících parametrů, detailně popsaných v kapitole 4 a tabulce 1: o hmotností průtoky jednotlivých médii o výkon zátěže o čas experimentu o teplota cely Technická specifikace 18 / 23
Dle literatury [4] musí být dlouhodobé testy v řádu několika stovek hodin. Z hlediska praktických důvodů je horní limit délky experimentů jeden měsíc, tzn. 750 1000 hodin. 8.3 Co-elektrolýza o Výstupní produkty: H 2, CO, CH 4 o V závislosti na provozních podmínkách o Rozdílné typy testovaných materiálů 8.4 Souhrn testů Typ testu Délka testu [hod] Počet cel 1 Charakterizace 1-5 1 2 Dlouhodobé testy 300-1000 1-3 Tabulka 1: Souhrn testů Technická specifikace 19 / 23
9. TECHNICKÁ SPECIFIKACE ZAŘÍZENÍ Tato technická specifikace obsahuje minimální požadavky, které zařízení musí splnit. 9.1 Keramické články Velikost aktivní plochy 16cm 2 až100cm 2 Tvar planární - čtvercový, obdélníkový či kruhový Počet cel 1 3 cely Funkce mód elektrolýzy i palivového článku 9.2 Držák cely Velikost Použití Materiál Funkce odpovídající velikosti a tvaru cel pro jednotlivé cely i pro stacky 1 3 cel Kompatibilní s keramickými celami distribuce plynů, elektrický kontakt 9.3 Generátor páry Velikost Minimální výkon Maximální výkon odpovídající velikosti a tvaru cely zajišťující provoz jedné cely v módu palivového článku zajišťující provoz stacku 1 3 cel v módu elektrolýzy 9.4 Hmotnostní průtokoměry Množství 5 Typ digitální Média vzduch, dusík N 2, vodík H 2, oxid uhličitý CO 2, rezerva 9.5 Elektrický zdroj/zátěž Velikost Minimální výkon Maximální výkon odpovídající velikosti a počtu cel zajišťující provoz jedné cely zajišťující provoz stacku 1 3 cel 9.6 Pec Velikost vnitřní průměr o 10 % větší než maximální rozměr stacku 3 cel včetně držáku Pracovní teplota zajišťující provoz v rozpětí alespoň 600 850 C Technická specifikace 20 / 23
Řízený ohřev a chladnutí ano, s možností teplotní rampy 1 3 C/min 9.7 Analyzátor výstupního plynu Média směs vodíku H 2, vody H 2O, CO, CO 2 (mód elektrolýzy) směs vody H 2O, vodíky H 2, CH 4, CO, CO 2, CH 3OH (mód palivové články) Přesnost 1 % Četnost analýz testy charakterizace: 2 x za hodinu dlouhodobé testy: 3 x za den 9.8 Měření teploty Způsob měření teploty: Místa měření: digitální s kontinuálním ukládáním dat vstupní a výstupní plynná směs, též uvnitř držáku cely 9.9 Impedanční spektroskopie Měřící místa na cele, s možností různých lokalit Frekvence alespoň v rozmezí 1mHz 1MHz Počet kroků měření alespoň 100 x/experiment Přesnost 0,01 % Maximální napětí -3 V až +10 V Maximální proud +/- 20 A 9.10 Test těsnosti Možnosti testu pro celý systém jak za tepla tak při pracovní teplotě. 9.11 Diagnostika Funkce Propojení všech senzorů s řídicím systémem a poskytování dat pro účely kontroly a vyhodnocení výsledků experimentů. 9.12 Řídicí systém Funkce zajištění komunikace se všemi diagnostickými komponentami, záznam dat Software zdrojový kód, licence, oprávnění Rezerva 10 % pro všechny typy vstupních i výstupních kanálů Kompatibilita Windows work station Dvousměrné datové rozhraní: ano Technická specifikace 21 / 23
Grafické zobrazení Interval měření Pamět a kapacita UPS ano manuálně nastavitelný 1 60 s dostatečné pro uložení dat z dlouhodobého experimentu 1200 h alespoň pro 10 min 9.13 Transportní box Materiál Funkce odpovídající požadavkům zařízení, pohyblivý podvozek transport kompletního zařízení včetně všech komponent 9.14 Příslušenství Nářadí pro montáž a demontáž Kompletní set nářadí nezbytných pro pravidelný servis nezbytných pro provoz zařízení nezbytných pro drobné opravy Technická specifikace 22 / 23
10. LITERATURA 1] Technical annex of SUSEN, https://www.vhodneuverejneni.cz/index.php?m=xenorders&h=orderdocument&a=detail&document=342808 [2] Technická zpráva objekt 213 [3] Floor plan hall 213, appendix (M/CV/SUSEN/TEO/vodíkove technologie/ zakazka) [4] Zur Degradation oxidkeramischer Brennstoffzellen, K. Stehlík, 2009, http://www.td.mw.tum.de/tum-td/de/forschung/dissertationen/ download/m2010/stehlik10.pdf 11. SEZNAM TABULEK Tabulka 1: Souhrn testů... 19 12. SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 2.1: Možné schéma zařízení...6 Obrázek 7.1: Půdorys experimentální haly, objekt č. 213 [3]... 17 Technická specifikace 23 / 23