vetyteknologia Viikko 3 1 DEE-54020 Risto Mikkonen



Samankaltaiset tiedostot
vetyteknologia Johdanto 1 DEE Risto Mikkonen

Polttokennoteknologian tarjoamat mahdollisuudet suomalaiselle kulkuneuvo-, kone- ja elektroniikkateollisuudelle 02-11/2001

Demo2013 kokeilualustahanke

Demo2013 kokeilualustahanke esittely

Katsaus Tekesin Polttokennot-ohjelma ja Demo2013 kokeiluympäristöhanke

Demo2013 kokeilualustahankkeen esittely. Huhtikuu 2013

Polttokennot

Polttokennolaboratoriotyö

AS Energiatekniikan automaatio. Polttokennot. Matias Halinen. DI, Tutkija VTT, Polttokennot

vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Energian tuotanto haasteita ja mahdollisuuksia Pohjois- Suomessa. Pekka Tynjälä Ulla Lassi

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

Mauri Pekkarinen Energiateollisuuden kevätseminaari Oulu Energiahaasteet eivät pääty vuoteen 2020 miten siitä eteenpäin?

Vety- ja polttokennoalan eteneminen meillä ja maailmalla, Suomen vetytiekartta

Biokaasu traktori on jo teknisesti mahdollinen maatiloille Nurmesta biokaasua, ravinteet viljelykiertoon - seminaari

Maakuntajohtaja Anita Mikkonen

SOFC KENNOSTOT PIENIIN

Auringosta voimaa sähköautoon -seminaari Kuopio Ari Puurtinen

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

HANNA NURMILO VETYPOLTTOKENNON HYÖDYNTÄMINEN LINJA-AUTOSSA

Öljyhuippu- ja bioenergiailta Yhdyskuntien ja teollisuuden sivuainevirtojen ja biomassan hyödyntäminen sähköksi ja lämmöksi

Esiselvitys: Vetyinfrastruktuurin rakentaminen Oulun seudulle paikallisesti tuotetun vedyn hyödyntämismahdollisuudet

Energiasta kilpailuetua. Johtaja Tellervo Kylä-Harakka-Ruonala EK:n toimittajaseminaari

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

Mikä on Vaihtoehtoisten Sähköenergiateknologioiden ammattiaineen idea?

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

ClimBus Business Breakfast Oulu

Lisää uusiutuvaa - mutta miten ja millä hinnalla? VTT, Älykäs teollisuus ja energiajärjestelmät Satu Helynen, Liiketoiminnan operatiivinen johtaja

Sähkön rooli? Jarmo Partanen LUT School of Energy systems

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Uusiutuvan energian käyttö ja tuet Suomessa

KIINTEIDEN POLTTOKENNOSOVELLUSTEN KILPAILUKYKYANALYYSI TEKES POLTTOKENNOT VUOSISEMINAARI JUHA LINJA

Kohti uusiutuvaa ja hajautettua energiantuotantoa

Ekogen pien-chp. CHP- voimalaitoksen kehittäminen

vetyteknologia Vety yleisiä näkökulmia 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Energia ja luonnonvarat: tulevaisuuden gigatrendit. Johtaja Tellervo Kylä-Harakka-Ruonala, EK

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

Puuhiilen tuotanto Suomessa mahdollisuudet ja haasteet

DEE Polttokennot ja vetyteknologia

Energiavuosi Energiateollisuus ry Merja Tanner-Faarinen päivitetty:

ISBEO 2020 ITÄ-SUOMEN BIOENERGIAOHJELMA

Pienimuotoisen energiantuotannon edistämistyöryhmän tulokset

Uusiutuvasta metsäbiomassasta polttonesteeksi Suomesta bioöljyn suurvalta -seminaari Toimitusjohtaja Timo Saarelainen

Low Carbon Finland 2050 platform

INNOVATIIVISET UUDEN ENERGIAN RATKAISUT. Tommi Fred HSY MAAILMAN VESIPÄIVÄN SEMINAARI VESI JA ENERGIA

ALUEELLISTEN ENERGIARATKAISUJEN KONSEPTIT. Pöyry Management Consulting Oy Perttu Lahtinen

Visioita tulevaisuuden sähköverkosta. Kimmo Kauhaniemi Professori Teknillinen tiedekunta Sähkö- ja energiatekniikka

Etelä-Savon uusien energiainvestointien ympäristövaikutukset

Energiamarkkinoiden nykytila ja tulevaisuus

Puupohjainen Bio-SNG kaasutusteknologian kehitysnäkymiä. Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti tutkija Ilkka Hannula VTT

Sähkön ja lämmön tuotanto 2014

PVO-INNOPOWER OY. Tuulivoima Suomessa ja maailmalla Tuulta Jokaiselle, Lapua Suunnitteluinsinööri Ari Soininen

Rakennusten energiahuollon näkymiä

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Vähähiiliskenaariot ja Suomen energiajärjestelmien kehityspolut

Sähköntuotannon tulevaisuus. Seppo Valkealahti Sähköenergiatekniikan professori Tampereen teknillinen yliopisto

- Vuonna 2014 Lapissa oli maatilaa:

Tulevaisuuden päästötön energiajärjestelmä

Sähköllä ja biopolttoaineilla uusiutuvaa energiaa liikenteeseen

Talousvaliokunta Maiju Westergren

Sähköverkko- ja markkinavisio 2035 & Roadmap 2025

Kaasuvisio energia- ja ilmastotiekarttaan 2050

Onko puu on korvannut kivihiiltä?

Vapo tänään. Vapo p on Itämeren alueen johtava bioenergiaosaaja. Toimintamaat: Suomi, Ruotsi, Tanska, Suomen valtio omistaa emoyhtiö Vapo

VN-TEAS-HANKE: EU:N 2030 ILMASTO- JA ENERGIAPOLITIIKAN LINJAUSTEN TOTEUTUSVAIHTOEHDOT JA NIIDEN VAIKUTUKSET SUOMEN KILPAILUKYKYYN

Liite X. Energia- ja ilmastostrategian skenaarioiden energiataseet

TUOMAS Tu m u Va n h a n e n

SMART CITY - EKOTEHOKAS TULEVAISUUDEN KAUPUNKIYMPÄRISTÖ. Marko Riipinen. Rakennusautomaatioseminaari 2013 Metropolia, Espoo 30.5.

Puun energiakäyttö 2012

Puunjalostuksen näkymät Suomessa

Tuulivoiman vaikutukset voimajärjestelmään

Polttokennoauton rakenne, vedyn valmistus ja jakelu. Markku Suonpää KAO

Haminan Energia Biokaasulaitos Virolahti

METSÄBIOMASSAN KÄYTTÖ SÄHKÖN JA KAUKOLÄMMÖN TUOTANNOSSA TULEVAISUUDESSA Asiantuntijaseminaari Pöyry Management Consulting Oy

Lähienergiasta liiketoimintaa - tulevaisuuden palveluosaamisen haasteet. Harri Kemppi One1

Biokaasun mahdollisuudet ja potentiaali Keski-Suomessa Outi Pakarinen, Suomen Biokaasuyhdistys ry

Markku J. Virtanen, Dr

RAKENNUSTEN JA ALUEIDEN ENERGIATEHOKKUUDEN INTEGROINTI

Sähköntuotannon näkymiä. Jukka Leskelä Energiateollisuus ry Pyhäjoki

Keski-Suomen biokaasuekosysteemi

Sähköntuotanto ja ilmastonmuutoksen hillintä haasteet tuotannolle, jakelulle ja varastoinnille

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

Kaasuautoilu Suomessa ja Keski-Suomessa Gasum Oy:n (ja Biovakka Suomi Oy:n) silmin TÄYTTÄ KAASUA ETEENPÄIN, KESKI-SUOMI! Jyväskylä

Energiapoliittisia linjauksia

Voiko teknologia hillitä ilmastonmuutosta? Climbus-päättöseminaari Jorma Eloranta Toimitusjohtaja, Metso-konserni

METSÄT JA ENERGIA Kannattaako keskittyä hajautettuun? Pekka Peura

Energiajärjestelmän haasteet ja liikenteen uudet ratkaisut

Ilmasto- ja energiatulevaisuus Tiina Koljonen, VTT

Tulevaisuuden energiateknologiat - kehitysnäkymiä ja visioita vuoteen ClimBus-ohjelman päätösseminaari kesäkuuta 2009 Satu Helynen, VTT

Energia tulevaisuudessa Epävarmuutta ja mahdollisuuksia. Jyrki Luukkanen Tutkimusprofessori

Tuulivoiman rooli energiaskenaarioissa. Leena Sivill Energialiiketoiminnan konsultointi ÅF-Consult Oy

Energiaopinnot Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa Maija Leino

UUSIUTUVA ENERGIA KESTÄVÄ ENERGIA. Kohti energiaomavaraista maatilaa Nurmeksen työpaja Pekka Peura

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Transkriptio:

DEE-54020 Polttokennot ja vetyteknologia Viikko 3 1 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot ja vetyteknologia III periodi Luennot: Risto Mikkonen, SH 311 ti 12-14 SE 201 ke 9-10 SE201 Seminaarityöt: Aki Korpela, SH 307 2 DEE-54020 Risto Mikkonen

Taustoitusta Sähkön kokonaiskulutus 2012, 85.2 TWh TWh 110 3 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 DEE-54020 Risto Mikkonen 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Taustoitusta Sähkön kulutuksen muutokset (muutos 2011/2012 +0.9 TWh) TWh 7 6 5 4 3 2 1 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012-1 -2-3 -4-5 -6-7 4 DEE-54020 Risto Mikkonen

Sähkön nettohankinta 2012; 85,2 TWh Vesivoima 19,5 % Tuulivoima 0,6 % Ydinvoima 25,9 % Nettotuonti 20,5 % Yhteistuotanto, kaukolämpö 15,8 % 5 Erillistuotanto 6,7 % Yhteistuotanto, teollisuus 11,0 % DEE-54020 Risto Mikkonen

Prologi 6 DEE-54020 Risto Mikkonen

Prologi (Cont.) Lakehurst, New Jersey 6.5.1937 7 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tekes ohjelmia 1 Tekesin ohjelma DENSY (Distributed Energy Systems 2003-2007) on ollut tuloksellinen ja edistänyt hajautettujen energiateknologioiden osaamista Suomessa. DENSY-ohjelman aikana tapahtui Suomessa laajalla rintamalla herääminen ilmastonmuutokseen ja energiankäytön vaikutuksiin. Kuitenkin liiketoiminnan läpimurto antaa vielä odottaa itseään. Kehittyneet yhteistyöverkostot toimivat osittain jo syntyneiden jatkoprojektien ja mm. DENSY-ohjelmasta alkunsa saaneen Polttokennotohjelman puitteissa. Kokonaisbudjetti 47 M, Tekes osuus 31 M 8 DEE-54020 Risto Mikkonen

Case Listaa kolme tekijää, jotka integroituvat hajautetun energiajärjestelmän määritelmään. Tekesin määritelmä: Paikalliset, pienen teholuokan, energian muunto-, tuotanto ja varastointijärjestelmien teknologiat sekä niihin liittyvät palvelut. 9 DEE-54020 Risto Mikkonen

Globaali markkina suuri potentiaali Taloudet ilman sähköä 25 M 30 M 10 M 65 M 40 M 9 M 270 M 125 M 10 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tekes ohjelmia 2 Tekesin Ilmastonmuutoksen hillinnästä liiketoimintaa ClimBusohjelma herätti yritykset huomioimaan ilmastonmuutoksen ja sai ne tunnistamaan uusia liiketoimintamahdollisuuksia. Ohjelma loi Suomeen vahvan ilmastoklusterin. Siihen osallistuneista 165 yrityksestä 67 prosenttia arvioi ohjelman vaikuttaneen liiketoimintansa kasvuun. Ohjelman rahoituksen kokonaisvolyymi oli 90,5 miljoonaa euroa, josta Tekesin osuus 43,6 miljoonaa. 11 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot 2007-2013; 144 M Sähkö Tuotanto Fossiilinen pa. Jakelujärjestelmä Biomassa Sivutuote Putkistot Tankkausasemat Nesteytys 12 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot 2007-2013 Paineistettu kaasu Polttokenno PEM Nestemäinen Kiinteä olomuoto Polttokenno Polttokenno PAFC AFC MCFC DMFC SOFC 13 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot 2007-2013 Liikenne Kiinteät asennukset, CHP Nichemarkkinat Tieliikenne Asunnot Kannettavat ja mikro FC:t Meriliikenne Hotellit Erityisajoneuvot Ilmaliikenne Sairaalat Kannettavat genetaattorit, UPS Rautatieliikenne Teollisuus H 2 -voimalaitokset 14 DEE-54020 Risto Mikkonen

Ohjelman tulokset testataan Vuosaaren satamassa vuonna 2013-2014 Materiaalien käsittely, trukit, lukit, satamatraktorit Henkilöliikenne; tavoitteena bussit, kevytajoneuvot Teleliikenne, tukiasemat, valvonta ja turvallisuus: akut, UPS, varavoima Sähköä ja lämpöä satamakeskuksen tarpeisiin Mahdollisuutena energiainfrastruktuuri; maakaasu/biokaasu/vety/sähkö Vetytankkausasema satamaan 15 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tehtyjä diplomitöitä (1) Kiinteäoksidikennojen johdinten materiaalivalinta VTT, Wärtsilä Teoriaosassa mallinnettiin järjestelmän lämmönsiirtoa ja kartoitettiin sopivia johdinmateriaaleja. Kokeellisessa osassa suoritettiin materiaaleille käyttökokeita (resistiivisyys, hapettumisnopeus jne.) 16 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tehtyjä diplomitöitä (2) Uusiutuva energia Nurmi- Sorilan alueen suunnittelussa Tampereen kaupunki Teknistaloudellinen analyysi uusituvan energian potentiaalista uudella asuinalueeella Aurinkolämpö Aurinkosähkö Tuulisähkö Kaatopaikkakaasu polttokennoissa 17 DEE-54020 Risto Mikkonen

Sähkön ja lämmön tuotanto kaatopaikkakaasusta Kaatopaikkakaasua 5.8 miljoonaa m 3 vuodessa Energiasisältö 30 GWh Energiantuotanto WFC20 polttokennojärjestelmällä Sähköä 13.0 GWh, 76 % tarkastelualueen sähkönkulutuksesta Lämpöä 9.7 GWh, 44 % tarkastelualueen tilojen ja käyttöveden lämmitystarpeesta Kaatopaikkakaasun tuotanto vähenee tulevaisuudessa Biokaasun tuottaminen biojätteestä kompostoinnin sijaan 18 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tehtyjä diplomitöitä (3) Heavy port equipment hybridization with PEM Cargotech Arvioidaan polttokennon installointiin liittyviä erityiskysymyksiä sekä vedyn varastointia konttilukissa ja RTG-nosturissa. Suoritetaan Road map kehityksestä ja pilottitoteutuksesta. 19 DEE-54020 Risto Mikkonen

Tehtyjä diplomitöitä (4) Vetyinfrastruktuuri ajoneuvojen tarpeisiin Suomessa Woikoski Oy Vedyn käyttö polttokennoajoneuvoissa Vedyn tankkauksen järjestäminen Rovaniemen ja Vuosaaren vetytankkausaseman suunnittelu Vetyinfrastruktuurin laajentamistarpeet 20 DEE-54020 Risto Mikkonen

Äetsän vetykylä Finnish Chemicals tuotantolaitos, Äetsä 21 DEE-54020 Risto Mikkonen

Äetsän vetytaloprojekti Sähkö Lämpö Vety Finnish Chemicals 22 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - hintatrendi 1970 600 000 $/kw (space) 2010 1000 $/kw (stationary) 1990 4500 $/kw (stationary) 23 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno; hinta - ajoneuvokäyttö If mass production 500 000 units /yr 24 DEE-54020 Risto Mikkonen

Teollinen valmistaminen Avaruusteknologia Lentokoneteknologia Autoteollisuus 1 M /kg 10 k /kg 5 /kg - Uudet materiaalit - Uudet materiaalit - Alhaiset kustannukset - Uudet teknologiat - Teollinen mittakaava - Vakiintunut teknologia - Uusi tietotekniikka - Testattu tietotekniikka - Massatuotanto 25 DEE-54020 Risto Mikkonen

Mistä kaikki alkoi? Mittasi ja julkaisi polttokennoilmiön (käänteinen veden elektrolyysi), 1839. Groven koe havainnollistaa hyvin teorian, mutta on käytännön kannalta merkityksetön. William Grove (1811-1896) 26 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - historia Konsepti: William Grove, 1839 Demo: Thomas Bacon, 1952 Ensimmäiset sovellutukset: Gemini ja Apollo avaruusalukset 27 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - perusperiaate CASE Tarkastele ns. PEM-kennon toimintaperiaatetta. 28 DEE-54020 Risto Mikkonen

Vety + happi (ilma) >> sähkövirta 29 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - perusrakenne Kennojännite n. 1 V niputetaan: stack 30 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - rakenne 31 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - stack 32 DEE-54020 Risto Mikkonen

Todellinen kennojännite 33 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennon häviöt Aktivointihäviöt E z F g Vuotovirtahäviöt Ohmiset häviöt Konsentraatiohäviöt 34 DEE-54020 Risto Mikkonen

Kaupalliset polttokennot Polttokennot voidaan luokitella esimerkiksi käytetyn elektrolyytin tai toimintalämpötilan mukaan Korkealämpötilakennot: SOFC Solid Oxide Fuel Cell (kiinteäoksidikenno), T op = 800 1000 0 C MCFC Molten Carbonate Fuel Cell (sulakarbonaattikenno), T op = 600 650 0 C 35 DEE-54020 Risto Mikkonen

Kaupalliset polttokennot (Cont.) Matalalämpötilakennot PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell (fosforihappokenno), T op = 200 220 0 C AFC Alkaline Fuel Cell (alkaalikenno), T op = 80 100 0 C PEM Solid Polymer Fuel Cell (kiinteä polymeerikenno), T op = 70 80 0 C DMFC Direct Methanol Fuel Cell (suora metanolikenno), T op = 110 130 0 C 36 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (1) Voimantuotanto Rajallinen siirtokapasiteetti Hajautettu tuotantomalli 37 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (2) UPS Tietojenkäsittely ja tietoliikenne 38 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (3) Talokohtainen CHP (mikro-chp) Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto Soveltuu alueille, joissa sähkön infratruktuuri heikko 39 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (4) Pien- ja mobiilisovellutukset Polttoainekäyttöiset latauslaitteet Mobiililaitteiden metanolipatterit 40 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno Sovellusalueet (4) Cont. Telelaitteet ja verkot Portable Power Etävalvontajärjestelmät 41 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno Sovellusalueet (5) Kulkuneuvot ja työkoneet Kaivosajoneuvot & pienet veturit Trukit Laivan sähköntuotanto ja propulsiokäytöt 42 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (6) Polttokennoautot Lähtökohtana päästöt ja energian käyttö Kaikilla suurilla autovalmistajilla omat tuotekehitysohjelmansa Tarjontaa siis on kuka tekee markkina-avauksen? 43 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennoautot - hyötysuhde 44 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennojen edut High Efficiency, 45-55 % No emission (in use) Modularity Silent Fast response time No moving parts 45 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennojen haasteet Life time Need of clean fuels Start up time Fuel reforming No H2 infrastructure High price, > 750 /kw 46 DEE-54020 Risto Mikkonen