vetyteknologia Johdanto 1 DEE Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
vetyteknologia Viikko 3 1 DEE Risto Mikkonen

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

Demo2013 kokeilualustahanke esittely

Demo2013 kokeilualustahanke

Katsaus Tekesin Polttokennot-ohjelma ja Demo2013 kokeiluympäristöhanke

vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Demo2013 kokeilualustahankkeen esittely. Huhtikuu 2013

Polttokennot

Polttokennolaboratoriotyö

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

Kohti uusiutuvaa ja hajautettua energiantuotantoa

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Auringosta voimaa sähköautoon -seminaari Kuopio Ari Puurtinen

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

Vety- ja polttokennoalan eteneminen meillä ja maailmalla, Suomen vetytiekartta

Sähköntuotannon näkymiä. Jukka Leskelä Energiateollisuus ry Pyhäjoki

Maakuntajohtaja Anita Mikkonen

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

SOFC KENNOSTOT PIENIIN

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

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

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

ALUEELLISTEN ENERGIARATKAISUJEN KONSEPTIT. Pöyry Management Consulting Oy Perttu Lahtinen

Jämsän energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

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

Talousvaliokunta Maiju Westergren

Sähköntuotanto ja ilmastonmuutoksen hillintä haasteet tuotannolle, jakelulle ja varastoinnille

Keski-Suomen energiatase 2016

Jätevirroista uutta energiaa. Ilmastokestävä kaupunki Kohti vähähiilistä yhteiskuntaa Markku Salo

Liite X. Energia- ja ilmastostrategian skenaarioiden energiataseet

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Äänekosken energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Energiavuosi Energiateollisuus ry Merja Tanner-Faarinen päivitetty:

Metsäenergiaa riittävästi ja riittävän tehokkaasti. Päättäjien Metsäakatemia Toimitusjohtaja Tuomo Kantola Jyväskylän Energia yhtiöt

Sähköntuotannon tulevaisuus. Seppo Valkealahti Sähköenergiatekniikan professori Tampereen teknillinen yliopisto

Esiselvitys: Vetyinfrastruktuurin rakentaminen Oulun seudulle paikallisesti tuotetun vedyn hyödyntämismahdollisuudet

Jyväskylän energiatase 2014

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Pienimuotoisen energiantuotannon edistämistyöryhmän tulokset

Keski Suomen energiatase Keski Suomen Energiatoimisto

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

Rakennusten energiahuollon näkymiä

Jyväskylän energiatase 2014

Keski-Suomen energiatase Lauri Penttinen Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Vähähiiliskenaariot ja Suomen energiajärjestelmien kehityspolut

Energia ja kasvihuonekaasupäästöt Suomessa. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

ISBEO 2020 ITÄ-SUOMEN BIOENERGIAOHJELMA

Lähienergialiiton kevätkokous

Energiaa kuin pienestä kylästä Keravan Energia Oy. Johanna Haverinen

Energia tulevaisuudessa Epävarmuutta ja mahdollisuuksia. Jyrki Luukkanen Tutkimusprofessori

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

Puuhiilen tuotanto Suomessa mahdollisuudet ja haasteet

vetyteknologia Vety yleisiä näkökulmia 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

HANNA NURMILO VETYPOLTTOKENNON HYÖDYNTÄMINEN LINJA-AUTOSSA

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

Tulevaisuuden energiaratkaisut? Jyrki Luukkanen/Jarmo Vehmas

Hallituksen linjausten vaikutuksia sähkömarkkinoihin

Kaasuvisio energia- ja ilmastotiekarttaan 2050

Mitä uutta kaasualalla? Tallinna

Energia- ja ympäristöhaasteet

Kohti fossiilivapaata Suomea teknologiamurroksessa

Keski-Suomen energiatase 2014

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

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

DEE Polttokennot ja vetyteknologia

Askeleita kohti C02-vapaata tulevaisuutta

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

UUSIUTUVAN ENERGIAN KUNTAKATSELMUKSESTA KÄYTÄNNÖN TOIMIIN

Ilmastonmuutoksessa päästöt voimistavat kasvihuoneilmiötä

AURINKOLÄMMÖN LIIKETOIMINTAMAHDOLLISUUDET KAUKOLÄMMÖN YHTEYDESSÄ SUOMESSA

STY:n tuulivoimavisio 2030 ja 2050

Energian tuotanto ja käyttö

KIINTEIDEN POLTTOKENNOSOVELLUSTEN KILPAILUKYKYANALYYSI TEKES POLTTOKENNOT VUOSISEMINAARI JUHA LINJA

Uusiutuvasta metsäbiomassasta polttonesteeksi Suomesta bioöljyn suurvalta -seminaari Toimitusjohtaja Timo Saarelainen

TUOMAS Tu m u Va n h a n e n

Tulevaisuusvaliokunta VNS 6/2017 ( ) Asiantuntijalausunto (Uusien energiatekniikoiden työllistävä vaikutus) Prof. Peter Lund, Aalto-yliopisto

Toimintaympäristö: Fortum

Puutavaraseminaari Asiakasnäkökulma metsäenergiaan Ahti Weijo Vaasa

Markku J. Virtanen, Dr

Sähköverkkovisio 2025? 16/03/2016 Jarmo Partanen

Case Oulun Energia: Lähienergian hyötykäyttö

Muuttuvan energiateollisuuden uudet liiketoimintamahdollisuudet. Jukka Leskelä Energiateollisuus TeollisuusSummit 2015 Oulu

VARAVOIMAPALVELUIDEN VARMISTAMINEN ERI TEHOLUOKISSA

Kotimaisen energiantuotannon varmistaminen reunaehdot ja käytettävissä olevat vaihtoehdot ja niiden potentiaalit

Ajan, paikan ja laadun merkitys ylijäämäenergioiden hyödyntämisessä. Samuli Rinne

Energia- ja ilmastostrategia ja sen vaikutukset metsäsektoriin

Ilmastonmuutoksen hillinnässä korostuu uusi teknologia ja kansainvälinen ilmastoyhteistyö

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

Energiaturpeen käyttö GTK:n turvetutkimukset 70 vuotta seminaari Esa Lindholm, Bioenergia ry,

Tulevaisuuden päästötön energiajärjestelmä

Hiilineutraalin energiatulevaisuuden haasteet

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

Nestemäiset polttoaineet ammatti- ja teollisuuskäytön kentässä tulevaisuudessa

Transkriptio:

DEE-54020 Polttokennot ja vetyteknologia Johdanto 1 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot ja vetyteknologia III periodi Luennot: Risto Mikkonen, SH 311 ti 10-12 SE 100J ke 9-10 SE 100J Seminaarityöt 2 DEE-54020 Risto Mikkonen

Taustoitusta Sähkön kokonaiskulutus Suomessa 2014, 83.3 TWh TWh 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 0 3 DEE-54020 Risto Mikkonen

Taustoitusta Sähkön kulutuksen muutokset (muutos 2013/2014-0.7 TWh) TWh 7 6 5 4 3 2 1 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014-1 -2-3 -4-5 -6-7 4 DEE-54020 Risto Mikkonen

Sähkön hankinta energialähteittäin 2014 ; 83.3 TWh Ydinvoima 27,2 % Jäte Turve 1,0 % 3,5 % Kivihiili 9,8 % Öljy 0,3 % Biomassa 13,2 % Maakaasu 6,3 % Vesivoima 15,8 % Tuuli 1,3 % 5 Nettotuonti 21,6 % 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

Hajautettu energiantuotanto Tuotanto lähellä kulutusta. Ei ole kytketty korkeajännitteiseen siirtoverkkoon. Pieni yksikkökoko, < 10 MW (<50 MW). 10 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 11 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. 12 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot 2007-2013; 144 M Sähkö Tuotanto Fossiilinen pa. Jakelujärjestelmä Biomassa Sivutuote Putkistot Tankkausasemat Nesteytys 13 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennot 2007-2013 Paineistettu kaasu Polttokenno PEM Nestemäinen Kiinteä olomuoto Polttokenno Polttokenno PAFC AFC MCFC DMFC SOFC 14 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 15 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 16 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.) 17 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 18 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 19 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. 20 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 21 DEE-54020 Risto Mikkonen

Äetsän vetykylä Finnish Chemicals tuotantolaitos, Äetsä 22 DEE-54020 Risto Mikkonen

Äetsän vetytaloprojekti Sähkö Lämpö Vety 23 DEE-54020 Risto Mikkonen Finnish Chemicals

Polttokennomarkkinat 24 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - hintatrendi 1970 600 000 $/kw (space) 2010 1000 $/kw (stationary) 1990 4500 $/kw (stationary) 25 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennomarkkinat Vuonna 2014 polttokennoliiketoiminnan volyymi 2 miljardia euroa Vuonna 2013 1.3 miljardia euroa Vuonna 2014 installoitiin yli 50 000 uutta järjestelmää (> 180 MW) 26 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno; hinta - ajoneuvokäyttö If mass production 500 000 units /yr 27 DEE-54020 Risto Mikkonen

Toyotan on polttokennoauto on nyt virallisesti Mirai 28 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 29 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) 30 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - historia Konsepti: William Grove, 1839 Demo: Thomas Bacon, 1952 Ensimmäiset sovellutukset: Gemini ja Apollo avaruusalukset 31 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - perusperiaate CASE Tarkastele ns. PEM-kennon toimintaperiaatetta. 32 DEE-54020 Risto Mikkonen

Vety + happi (ilma) >> sähkövirta 33 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - perusrakenne Kennojännite n. 1 V niputetaan: stack 34 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - rakenne 35 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno - stack 36 DEE-54020 Risto Mikkonen

Todellinen kennojännite 37 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennon häviöt Aktivointihäviöt g Vuotovirtahäviöt E z F Ohmiset häviöt Konsentraatiohäviöt 38 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 39 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 40 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (1) Voimantuotanto Rajallinen siirtokapasiteetti Hajautettu tuotantomalli 41 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (2) UPS Tietojenkäsittely ja tietoliikenne 42 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (3) Talokohtainen CHP (mikro-chp) Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto Soveltuu alueille, joissa sähkön infratruktuuri heikko 43 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno sovellusalueet (4) Pien- ja mobiilisovellutukset Polttoainekäyttöiset latauslaitteet Mobiililaitteiden metanolipatterit 44 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno Sovellusalueet (4) Cont. Telelaitteet ja verkot Portable Power Etävalvontajärjestelmät 45 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokenno Sovellusalueet (5) Kulkuneuvot ja työkoneet Kaivosajoneuvot & pienet veturit Trukit Laivan sähköntuotanto ja propulsiokäytöt 46 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? 47 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennoautot - hyötysuhde 48 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennojen edut High Efficiency, 45-55 % No emission (in use) Modularity Silent Fast response time No moving parts 49 DEE-54020 Risto Mikkonen

Polttokennojen haasteet Life time Need of clean fuels Start up time Fuel reforming No H2 infrastructure High price, > 750 /kw 50 DEE-54020 Risto Mikkonen