BRÄNSLECELLER 3/04 Elforsk projekt 2284

BRÄNSLECELLER 3/04 Elforsk projekt 2284 State-of-the-art stationära bränsleceller 2003/2004 Bertil Nygren, ABB AB Innehåll 1. Sammanfattning 2 2. Bakgrund 2 3. Fuel Cell Energy, FCE 3 3.1 Allmänt om företaget 3 3.2 Teknik 3 3.3 Marknad 4 3.4 Drifterfarenheter I Bielefeld 6 4. Hydrogenics 8 4.1 Allmänt 8 4.2 Teknik 8 4.3 Marknad 9 5. Plug Power, PP 11 5.1 Allmänt 11 5.2 Teknik 11 5.3 Marknad 12 5.4 Saratoga Springs, fältbesök. 13 6. ABB, kraftelektroniktillämpningar i USA 13 7. General Motors, GM 14 8. Fortsatt marknadsbevakning 14 9. Referenser 15 10. Bilaga 16

1. Sammanfattning Någon direkt marknad för stationära bränsleceller existerar inte i skrivande stund. Den marknad som idag existerar, enligt de ledande i branschen sedan 18 månader, är subventionerad. Graden av bidrag minskar dock och tekniken bedöms stå på egna ben inom kort. I vissa stater i USA anser sig Fuel Cell Energy redan idag vara konkurrenskraftig eftersom man där tar hänsyn till miljöfördelarna och sätter en kostnad för den. Smältkarbonattekniken, MCFC, har slagit ut fosforsyretekniken, PAFC, på anläggningar om 200 kw och uppåt främst tack vare den högre verkningsgraden. För små anläggningar, 75 kw och nedåt, håller polymera bränsleceller, PEMFC, enligt Plug Power på att hitta sina nischer som tex. ersättare för batterier inom radiobasstationer. Erfarenheterna från General Motor/Dow s demonstrationsanläggning i Freeport kan mycket väl också leda till ett kommersiellt genombrott för små, stationära, vätgasdrivna PEMFC-kraftverk. Marknadsutvecklingen inom bränslecellsområdet förväntas de närmaste åren klarna varför fortsatta, närmare studier av de konkreta resultaten från de många pågående demonstrationsanläggningarna rekommenderas. 2. Bakgrund Det sker idag en snabb och kraftfull global utveckling inom bränslecellområdet. Nya företag uppstår ständigt, strategiska allianser skapas täckande hela ledet från komponenttillverkare till slutanvändare och ut- och hopslagning av "gamla" företag har redan börjat. Nya vindar blåser i val av bränslecellsteknik och framförallt vid val av bränslen. Aktörerna riktar in sig på vissa effektstorlekar. Årliga, regelbundna uppdateringar av ny teknik, av erfarenheter från demonstrationsanläggningar och av det allmänna kommersiella läget är därför väsentligt för svenska kraftindustrin för att hänga med i utvecklingen. En huvuddel av utvecklingen sker i USA där också möjligheten att få relevant information är störst. Målet med föreliggande teknikuppdatering har varit att göra en bedömning hur långt olika bränslecellstekniker har kommit i kommersiellt hänseende genom att insamla information direkt från bränslecellstillverkare och från ägare av demonstrationsanläggningar där sådan information har varit möjlig att få. Författaren till denna rapport gjorde under mars 2004 en veckas rundresa till USA och Kanada. Namn på personerna som besöktes i de olika företagen har erhållits via de kommersiella kontakter som skapats i samband med ABBs försäljning av kraftelektronik till olika demonstrationsanläggningar av bränsleceller. De företag som besöktes förutom ABBs anläggning i New Berlin, Wisconsin, var Fuel Cell Energy i Danbury, New York, Hydrogenics i Mississauga, Ontario och Plug Power i Latham, New York. Erfarenheter från MTUs smältkarbonatanläggning vid universitetet I Bielefeld har erhållits via personliga kontakter på universitetet. 2

3. Fuel Cell Energy, FCE 3.1 Allmänt om företaget FCE har ett långt förflutet inom bränsleceller. Redan på 80-talet levererades en smältkarbonat bränslecell på 35 kw till Danmark tillsammans med en pre-reformer från Haldor Topsoe. Den första tillverkningsenheten låg i Torrington, Connecticut och startade sin produktion 1992. I april 2001 togs där en ny tillverkningsenhet om över 6 000 m 2 i drift. Idag arbetar 380 personer på FCE med smältkarbonattekniken. 150 av dessa är i princip avlönade med statliga pengar, eftersom marknaden idag är kraftigt subventionerad. FCE har också köp in bolaget Global, vilka arbetar med fastoxidbränsleceller, SOFC, för att också ha ett ben i den teknologin. Marknaden skapas för närvarande med MCFC och sedan avvaktar man ifall SOFC-tekniken slår. Inkluderas personalen på Global är man totalt 500 anställda. Av FCEs investeringar på 500M$ har DOE och DOD stått för 350 M$. Marubeni är samarbetspartner i Japan och MTU i Europa där bolaget MTU/CFC Solutions Gmbh har bildats. FCE har också ett samarbete med Caterpillar. 3.2 Teknik FCE kallar tekniken numera för bara för Carbonate Fuel Cells, CFC. Ordet "Molten" förskräcker bland potentiella köpare och allmänheten. FCE är idag den främsta aktören inom området och man har också varit mycket aktiv i standardiseringsarbeten runt bränsleceller. Den nya amerikanska normen heter UL1741 och publicerades i mars 2003. Mätmetoderna för denna norm jobbar man med för närvarande och den delen skall vara klar inom kort. FCEs produktportfölj är idag: DFC 300, DFC1500 och DFC 3000. Siffran 300 står exempelvis för att systemdesignen, Balance of Plant, BoP, motsvarar 300kW. Anläggningen är dock idag nedklassad till 250kW, ett värde som garanteras vid installationen. Man lovar dock att anläggningen efter 2-3 års drift kommer att kunna leverera 300kW. På motsvarande sätt garanterar man idag 1000kW på DFC 1500 och 2000kW på DFC 3000. Figur 1. Av bilderna framgår storleken av DFC1500 (vänster) och DFC 300 (höger). 3

FCE's produktionskapacitet är idag 50 MW/år. I befintliga lokaler kan man relativt lätt utöka till 150 MW/år. Skulle man kunna köra på hela dagens kapacitet, 50 MW/år, skulle inga subsidier behövas. Alla enheter testas i egen testanläggning innan levereras. "Deflagration" (relativ långsam exotermisk reaktion) är det värsta scenariot som kan hända med en CFC-stack. Något sådant har hittills inte inträffat men det är teoretiskt tänkbart. Detta faktum har dock gjort att man innesluter bränslecellsstackarna i en tank. Tanken skall stå emot detta felfall. Det är inga speciellt höga krav på tanken från myndigheternas sida och har således inte orsakat några större extra kostnader. Det behövs under alla omständigheter någon form av inneslutning för att säkerställa värmeisolationen. Metanhaltigt bränsle, naturgas eller biogas, är det vanligaste bränslet för CFC. Förutom svavelrening måste fluor och klor filtreras bort från bränslegasen innan den leds till stacken. Med "internal reforming", det koncept man satsar på, når man höga verkningsgrader, e =50% och tot =80-85 %. Drift temperaturen ligger runt 650 C varför NO x -halterna är försumbara. FCEs design är för utomhusplacering med temperaturer från -40 C och uppåt. FCEs Japanska partner Marubeni har poängterat att applikationen anaerobisk förgasning är mycket lämplig för CFC-tekniken. Speciellt verkar bryggerier vara en mycket lämplig nisch. Olika CO 2 -flödena kan matchas på ett mycket fördelaktigt sätt med en CFC-reaktor ingående i den processen. Följande nyheter presenterades: 1) Väte kan separeras i CFC-processen och det konceptet vill FCE testa i Hydrogen Village projektet i Toronto. Idén marknadsförs av FCE's partner Enbridge, som är medlem i projektet. 2) FCE arbetar tillsammans med militären för att kunna använda deras "värsta diesel" 3) Samkörning har visat sig fungera bra mellan en atmosfärisk CFC och en mikrogasturbin från Capstone. En total elverkningsgrad om e =62% har demonstrerats. Man tror sig kunna nå 70% i en 15 MW anläggning där gasturbinen skulle svara för 3MW. 3.3 Marknad FCE anser att CFC har varit "kommersiell" de senaste 18 månaderna. Under den tiden har 30 enheter levererats. Lead time är för närvarande 9-12 månader. Orderstocken ökar hela tiden. Man anser sig ha slagit ut United Technology Fuel Cell, UTCFC på den marknad som idag finns och som UTCFC skapat med PAFCtekniken. Under den senaste tiden har order tagits som varit bokade för UTCFC men som sagts upp och ersatts med FCE-enheter. Produkten DFC300 har dessutom samma foot-print som UTCFCs PAFC-enhet på 250kW, varför detta krav inte har utgjort något hinder för att byta leverantör. FCEs enheter har en verkningsgrad på e =49% att jämföra med e =38% för PAFC. 4

FCE lovar också att i USA inom 48 timmar kunna vara på plats med en ny stack ifall den gamla havererar. En typisk reparationstid för en DFC 300 är cirka en vecka. I deras lager fanns två stackar som var testade och klara för leverans ifall något oförutsett skulle hända. Detta antal kan ses i relation till att man till dags dato levererat totalt 30 system, motsvarande cirka 40 stycken stackar à 250 kw. Totalt har mer än 37 miljoner kwh producerats i dessa anläggningar. FCE lovar en livstid på anläggningen av 20 år, dvs. den skall kunna vara i drift under minst 20 år. Vissa komponenter kommer dock att behöva bytas ut under den tiden. På stacken lämnas en garanti på 5 år. (Inom kort skall detta vara 7 år.) I början av dessa 5 år betalar FCE det mesta av återställningskostnaderna ifall stacken havererar medan kunden betalar det mesta i slutet av 5-årsperioden. Detta förhållningssätt är vanligt när man köper ett batterisystem i USA idag, riskkostnaden är delad mellan kund och leverantör. FCE tjänar pengar redan idag och strävar efter att i en nära framtid vara helt oberoende av en subventionerad marknad. Staten bidrar idag med i snitt 3 cent/kwh, se figur 2 nedan som beskriver förhållandet nätansluten, lokal generering. Naturgasen kostar i deras beräkningar 5$/MBTU vilket ger ett kwh pris på 13 cent/kwh. Inom kort kommer man att kunna producera el för 10 cent/kwh tack vare rationaliseringar av produkten. Man kommer då att kunna konkurrera med toppkraft från gasturbiner. Hårdaste konkurrerade teknik är idag gasgensets på gasmotorer som producerar el för 9 cents/kwh på naturgas. Foot-print för en CFC är 2-3 gånger större än för gasmotorer. Realized Cost Potentially 20-70 Percent Less 14 cents/kwh 12 10 8 6 4 3 10 Incentives Today, Volume Tomorrow 1-4 0-1 0.5-1.0 0.5-1.0 3 8 2 0 Current Raw Elec Cost Avoided/ Deferred T&D Emissions Credits Reduced Line Losses VAR Support Net Elec Cost Figur 2. Kostnadsuppdelning för nätansluten CFC-anläggning på naturgas i USA. FCE marknadsför också konceptet "Multi-MW Grid Supply" vilket innebär en successiv uppbyggnad allteftersom behovet stiger. Oftast kopplas dessa enheter in på en Substation-plats i nätet. Detta förfaringssätt sades bli både billigare i längden och är snabbare än att installera en stor anläggning. 5

I figur 3 visas värdena av de olika tilläggsfördelar såsom värme, miljö etc, som en slutkund får genom att använda CFC-tekniken. FCE hävdar att den angivna siffran för miljö är konservativt räknat och att den i vissa stater ligger kring 3 cents/kwh. Det är detta faktum som gör intresset så stort för tekniken. Den har i ett antal stater bla. California fått statusen: "Ultra Clean", dvs samma som vind och sol, något som inte mikrogasturbiner fått. I USA får man NO x -credit men däremot inte CO 2 - credits, något man dock hoppas skall komma i framtiden. Realized Cost Potentially 15-45 Percent Less 14 cents/kwh 12 10 8 6 3 10 Incentives Today, Volume Tomorrow 1-2 0.5-1.5 0-1 5.5-8.5 4 2 0 Current Raw Elec Cost Heat Reliability/ Security Emissions Credits Net Elec Cost Figur 3. Kostnadsbild för en CFC-anläggning hos en industrikund. Figur 4 nedan visar FCEs (inkl. MTUs) installationer runt om i världen. Totalt har över 37 miljoner kwh genererats från dessa anläggningar. I skrivande stund har information om drift av en MCFC-anläggning endast kunnat fås från fältförsök i Bielefeld. 3.4 Drifterfarenheter I Bielefeld I oktober 1999 startade utvärderingen av MTU s första fältinstallerade Hot Module. Den installerats hos det kommunala kraftföretaget Stadtwerke Bielefeld på universitetet i Bielefeld. Enligt specifikationen skulle den leverera 150 kw el, 36 kw ånga och 30 kw fjärrvärme och en elverkningsgraden på 52% och totalt inklusive värme 80%. Bränslet är naturgas. Enbart bränslecellsmodulen visade vid några tillfällen elverkningsgrader på 56% och totalt inklusive kringutrustning en elverkningsgrad på 47%. Erfarenheterna från Bielefeld gör att man nu tror på 48% vid AC-tillämpningar och 50% vid DC-tillämpningar. 6

FuelCell Energy Partners & Installations Marubeni OEM Kirin Brewery CHP, industrial WWT City of Fukuoka CHP, municipal WWT Nippon Metal CHP, natural gas Japex power, natural gas Epson (2) CHP, liquid natural gas Caterpillar OEM PPL, Chevron, Alliance Power, Enbridge ESCO LADWP, DOE, DOD, EPA DCX/MTU OEM University of Bielefeld CHP, hospital Rhon-Klinikum CHP, hospital RWE CHP, energy park IZAR power, ship-builder Deutsche Telecom DC backup, telecom EnBW/Michelin electricity/steam, manufacturing IPF Magdeburg CHP, medical clinic Gruenstadt Clinic/Pfalzwerke CHP, medical clinic Coast Guard CHP, barracks Sheraton (2) CHP, hotels Ocean County College CHP, university Yale University CHP, university Zoot Enterprises (2) reliability for critical load Harrisburg Coal Mine power from coal mine emissions DFC/T (2) Vision 21 combined cycle Clean Coal (2MW) power from coal-derived syngas King County (1MW) CHP, municipal WWT Mercedes power for general load LADWP power for office headquarters LADWP CHP, WWT Grand Valley State University CHP, university Navy land-based marine diesel application AMP-Ohio utility-scale grid support at substation CAT Tech Center grid-connected, training for engineers & dealers Sanitation Districts of LA County CHP, WWT Figur 4. Levererade CFC-anläggningar Under första driftsmånaderna uppvisades strömtätheter på 125mA/cm 2 och en maximal DC-effekt på 225kW. Pga. ojämn temperaturfördelning och diverse överhettningar som följd sänktes strömtätheten i februari 2000 till 80 ma/cm 2. Ytterligare försämringar - åldring - skedde under fältförsöksperioden och vid dess utgång låg strömtätheten på 35 ma/cm 2, vilket motsvarar mellan 55-60kW. När anläggningen togs ur drift i februari 2002 hade man över 16000 drifttimmar. Man hade levererat 1917 GJ ånga, 345 MWh fjärrvärme och 1.260.035,9 kwh el till nätet. Typexempel på fel i BoP som uppträtt var följande: - fel på vattenpump till bränsleprocessor - elfel i överordnat nät - avbrott på gastillförsel från gasnätet - ändrade gaskoncentrationer under vinter - inbyggnad av friskluftslans för att minska temperaturvariationer i katalytiska brännaren - designändring av friskluftslansen - tryckfall i tryckluftsnätet pga. dålig kompressor - problem med inverter. Ekonomiska beräkningar baserade på utvärderingen visar att målet 1500 /kw i investeringskostnader skall kunna nås vid en årsproduktion av kringutrustning (BoP) på minst 10 MW och bränsleceller på 40-50 MW. 1/3 av kostnaderna hänför sig till bränslecellerna och resten till kringutrustningen. I figur 5 nedan ges det effektområde inom vilket man tror att smältkarbonattekniken kommer att vara konkurrenskraftig. 7

Comparison of Energy Conversion Systems FRIEDRICHSHAFEN DM/kW 3000 50 % Direct Fuel Cell 54 % 2000 1000 30 % Gas Piston Engine 25 % 42 % 50 % Gas Turbine Gas / Steam 40 % 58 % MW 0,1 0,3 1 3 10 30 100 300 1000 Wandler e.ppt Neue Technologien Figur 5. MCFC-teknikens troliga framtida arbetsområde. En slutsats från försöket var att i det tidiga utvecklingsskedet till trots så visade anläggningen en förvånansvärd tillförlitlighet och driftsäkerhet. 4. Hydrogenics 4.1 Allmänt Företaget startade ursprungligen som ett rent testföretag. Den verksamheten finns nu i företaget Green Light Power Technologies i Burnaby British Colombia. I Mississauga bedriver man R&D, tillverkar celler för både elektrolys och bränsleceller, monterar dessa till kompletta moduler samt tillverkar skräddarsydda demonstrationsanläggningar. Strategin är att i första hand vara en leverantör av stackar för el- och vätgasgenerering till olika systemintegratorer. Inledningsvis för att främja vätgasanvändningen har man medverkat i olika systembyggande för demonstratorer. Några av dessa beskrivs under kapitlet 4.3, marknad, nedan. General Motors, GM äger cirka 20% av företaget. I samband med ägarskapet anställde man ett 20-tal personer från GM. Totalt, inkluderande Green Light och bolagen i Japan och Europa har man 260 personer i företaget, varav 140 arbetar i Mississauga. 4.2 Teknik Samtidigt som GM gick in i Hydrogenics köpte Hydrogenics in licenser från GM på PEMFC stack-teknologi. Figur 6 nedan visar en 75 kw GM-stack stående bredvid en 10 kw stack från Hydrogenics, båda är tillverkade i Mississauga. 8

Figur 6: Bilden t.v. visar Hydrogenics 10 kw modul och t.h. ses en jämförelse med GM's 75 kw modul. Fabriken i Mississauga är väl tilltagen och det finns goda möjligheter för expansion. Man hade 10 testplatser där ett flertal färdiga 10kW's moduler stod och kördes i förprogrammerade körcykler. Laständringar både hördes tydligt och kunde noteras på dataskärmarna. För mig var det den största aktivitet jag hittills sett i någon bränslecellsfabrik. Tillsammans med Dow Corning har man utvecklat en speciell tätningsteknik, FCSIP, genom att spruta in en tvåkomponent elastomer mellan de olika lagren i cellerna. Monteringstiden har därmed avsevärt kortats, tex. från 8 timmar till 15 minuter för en 100 cells stack. På detta sättet slipper man all hantering med tätningslister. De flesta av BoP detaljerna kommer från bilindustrin. De nära kontakterna med GM är säkert en bidragande orsak. De standards man jobbar med är IEEE 1547 (utility-standard), UL 1741 (gridprotection mm) och IEEE 519 (konvertrar). Man deltar också aktivt i standardiseringsarbeten runt vätgas. 4.3 Marknad Bränslecell. Hydrogenics anser att de första riktigt kommersiella produkterna var bränslecellsmodulerna HyPM 10 och HyPM 20. De första leveranserna skedde under 2003. HyPM20 har dubbelt så många celler, dvs. dubbla spänningen men samma ström. Man tillverkade 2003 cirka 20 enheter och har idag en kapacitet på cirka 100 enheter, dvs max 100 x 20kW= 2 MW. Listpriser idag för en enstaka HyPM 10 är 100kUSD, exkl. konverter och kylning dvs 10 kusd/kw. (Man var medveten om att PlugPower levererar för 3 kusd/kw.) Ifall man köper flera kan priset halveras. 9

Under 2004 kommer man att installera en alfa enhet i Idatech's lokaler på 65 kw. Livslängden där skall vara 8'000 timmar. Går allt bra skall ytterligare 3 enheter om 65kW placeras ut på 3 olika hotell i närheten av Idatech. Målet är att gå ännu högre upp i effekt i framtiden. Målet är 40'000 timmars livslängd och dit hoppas man nå 2006. Livslängden beror bla. mycket på den luft man tar in och dess renhet. Därför är samtliga moduler försedda med kolfilter. Den marknad man satsar på i första hand är den mobila tex. truckar och olika servicefordon och i dessa miljöer kan luftkvaliteten variera en hel del. Elektrolysör. Nästa kommersiella produkt blir elektrolysörer och kommer att marknadsföras under namnet, HyLYZER. Produktion av dessa startar under 2004. Man kommer att börja med 4kW-enheter. Militären är den största kunden. Visionen är att koppla dessa till vind- eller solkraft. Pris idag för dessa är 50-60 kusd exkl. vattenfilter, kompressor och lagringstankar. Vätgasreformer. Företaget har också tagit fram en anläggning som tillverkar vätgas genom ångreformering av naturgas och marknadsförs under namnet HySTAT. Gasen komprimeras och lagras i trycktankar på 5000psi. Hopbyggt med reformer och lagringstankar sitter en konverter som direkt kan anslutas till elnätet. Idén bakom produkten är att man skall kunna tillhandahålla antingen vätgas eller el vid akuta behov. Vid behov av spetskraft körs vätgasen i en bränslecell på 50kW som också sitter i samma container, se figur 7. I nästa fas skall man koppla in en vätgastankstation för fordon till enheten. Första HySTAT-enheten kostade runt 2 MCan$ och togs fram till "2003 Canadian National Exhibition" och är fas ett i "Toronto Fuel Cell Demonstration", ett initiativ taget av Hydrogenics, staden Toronto och Exhibition Place. Skulle man bygga en ny anläggning vore priset hälften. Figur 7. HySTAT anläggningen användes för tillfället i den egna produktionen, för produktion av väte för att kunna testa de tillverkade bränslecellerna. 10

Regenerativa system Deras regenerativa system, kallat HyUPS, består av elektrolysör, kompressorer, trycktankar och bränsleceller. Hittills har man bara levererat en enhet på 25kW till Nextel Celltower. Enheten uppgavs fungera mycket bra. Typiska verkningsgradssvärden som man räknar med: elektrolysör-70%, FC-50% dvs totalt 35%. En HyPM10 skall kunna ge 52% räknat från LHV av vätet till el ut. Detta har också bekräftats med egna mätningar. 5. Plug Power, PP 5.1 Allmänt Företaget Plug Power ägs till cirka 15% av General Electric, GE, som också har en person i styrelsen. GE sägs ha liten eller ingen påverkan i den dagliga verksamheten. Den andra delägaren DTE's inverkan är dock betydligt mera värdefull. PP har för närvarande 350 anställda varav 75 arbetar med utveckling av stack och system. PP har fortfarande röda siffror men man har nu en stark plan för att kunna nå svarta år 2006. PP har fn. 248 patent, varav 104 är beviljade och 144 är pending. 5.2 Teknik PP satsar koncentrerat på två produkter: GenCore och GenSys. Båda har storleken 5kW. Man vill inte splittra sig på någon annan storlek tills vidare. Den första går på väte och den senare på naturgas. Autoreformern för GenSys tillverkar man själva. Man har också köpt in en konvertertillverkare och tillverkar numera också konvertrarna in-house. Tillförlitligheten av konvertrarna sägs ha stigit avsevärt i och med denna transaktion. Effektiviteten för GenSys är 27% från LHV på naturgasen till el ut. Motsvarande siffra för GenCore är runt 48%, dvs i samma storleksordning som för Hydrogenics produkter. Intrycket från rundturen i fabriken var att man kommit längre än Hydrogenics vad gäller produktion. Man hade större lokaler och tex. flera testplatser för producerade system, 25 mot 10 och flera testplatser för utveckling av stackdesign. PP gör mera inhouse istället för att köpa färdiga komponenter. PP började med att köpa in men det har sedan visat sig att det är bättre att kontrollera produktionen själva. Kanske är det rätt strategi så länge det inte hunnit utvecklas någon riktig komponentmarknad. PP satsar på stationära system men kontinuerlig eller liten varierande last medan Hydrogenics satsar på både transport, med kraftigt varierande belastningar, och stationärt. PP är allmänt mera fokuserat på att få fram volymproducerade produkter än Hydrogenics. PP monterade sina stackar helt manuellt med saxning av celler och packningar medan Hydrogenics kommit längre tack vare sitt FCSIP-system. I framtida generation kommer PP att gå ifrån diskreta packningar och istället köpa färdiga formgjutna bipolära plattor med packningar inlagda. Inom området högtemperaturmembran jobbar man ihop med Celanese. Scenariot är att "dessa inte kommer ut på marknaden förrän om ett antal år". Några 10x10 cm testceller med dessa membran förvisades i deras laboratorier.. 11

5.3 Marknad Följande statistik, daterat 2004-02-15, gavs över levererade anläggningar worldwide: - 171 i fält varav 155 i drift och 16 installerade. - Anläggningarna finns i 20 olika stater i USA och i 10 olika länder över världen. Dessa har konverterat energi under samanlagt 1.2 miljoner timmar och producerat 3.5 miljoner kwh. - Totalt under 4 år har man gjort 400 system dvs över hälften har gått till olika tester och resten ut i fält. Man betraktar det som om 2001 var det år när deras första "kommersiella produkter" kom ut på marknaden. PP säljer idag sina enheter med 1 års garanti. Under denna tid byter man ut stacken gratis ifall den havererar. Man garanterar också en viss Life-Time-produktion på sina system. Deras nya stack ( med nya flödesplattor har den fått ett avlångt footprint) kommer att ha en betydligt längre livstid, närmare 4 år. Stacken släpps först nästa år trots att den såg helt färdig ut. Jag såg den installerad i både en GenCore och en GenSys. Priset idag för en GenCore är cirka 15 kusd eller 3 kusd/kw. Vill man ha ett anpassat tublager kostar det ytterligare 4kUSD. Vätet förutsättes bli levererat trycksatt varför en kompressor inte behövs. GenCore för batteriersättning sades vara deras första måltavla. Nästa steg i försäljningsstrategin är remote stationary där det inte finns naturgas, därför blir propan bränslet för denna tillämpning. Några specifika kunder Största kund är LIPA, Long Island Power Authority. Till dessa levererades: - 2001: 75 styck 5 kw enheter till West Babylon Substation och kopplades till nätet - 2002: 17 för CHP, ytterligare 20 till West Babylon Substation och 3 för UPS. - 2003: ytterligare 25 stycken till West Baylon och 20 för CHP i olika mångfamiljshus. Alla dessa anläggningar övervakas mycket noga och man laddar ned 250 mätdata/10 min per anläggning. Samtliga enheter är på 5kW och går på naturgas utom UPS-arna som går på vätgas. Valliant och Virtual Utility European Project. 14 enheter levererades förra året och ytterligare 50 kommer att levereras under detta år. Honda är en ny samarbetspartner. Med dom tar man fram "Home Energy Station". Första enheten levererades i oktober 2003 till Hondas egna R&D anläggning i Torrance, CA. Verizon har en telekom station på Albany Airport och dit har man levererat en Gen- Core fungerande som batteriersättare. Dagens garanterade livstid på stacken, >5000 tim, är mer än tillräcklig för denna tillämpning. Bränslet är vätgas. Man satsar hårt på denna marknad, se tex. PPs white-paper: Fuel Cells: Cost analysis for backup power i bilagan kapitel 10. 12

5.4 Saratoga Springs, fältbesök. Jag besökte de 8 anläggningar PP levererat och övervakar i Saratoga Springs, några mil från Latham. Dessa GenSys försörjer var sitt hus med el och värme och installerades i feb. 2003 och togs i drift i april samma år. Här har man kontinuerlig övervakning via telefonlina. Anläggningarna ägs av DOD men sköts helt av PP. Noterbart var att en hel del vattenånga kom ut ur skorstenarna, se figur 8. I nästa generation kommer man att kunna ta tillvara detta vatten. Man arbetar med en lösning som gör anläggningen helt oberoende av kommunalt vatten. Man räknar då också med att lösa det största och egentligen enda problemen man hittills haft vilket just är vattenhanteringen. Idag avjoniseras vattnet i egna apparater innan det används i anläggningarna och dessa utrustningar tenderar ofta att mankera. Ett extra bonus blir också att totala verkningsgraden kommer att stiga när vattenåtervinningen sker. Inga detaljerade driftdata kunde lämnas. Figur 8. GenSys anläggning för CHP i Saratoga Springs 6. ABB, kraftelektroniktillämpningar i USA Driftavbrott inom tex. pappers- och cellulosaindustrin är mycket kostsamma. Detta har lett till att kraven på tillförlitlighet hos samtliga förekommande komponenter i en processanläggning är stora. Kraftelektronik för motordrifter är exempel på sådan utrustning. Numera är avbrott orsakade av kraftelektronik mycket sällsynta. Inom bränslecells branschen är däremot kraftelektronik ofta en källa för problem. Orsaken till detta kan bero på att man i regel ställer orimligt hårda krav på kraftelektroniktillverkarna. Man kräver tex. både låga priser och liten foot-print, för att utvecklingsinsatserna skall kunna koncentreras på bränslecellerna istället. ABB har en lång tradition av att tillverka kraftelektronik för motordrifter med mycket goda tillförlitlighetssiffror. Tex. kan man för drivsystemet ACS 800-01 uppvisa en statistik över 14222 sålda enheter en MTBF (mean time between failure) på hela 48.5 år. MRT, (mean repair time) har för samma enheter varit 35 minuter. En liten grupp om 10-15 personer i ABBs anläggning i New Berlin, Wisconsin, har under en tioårsperiod arbetat med att utnyttja ABBs kunnande inom kraftelektroniken på nya industritillämpningar. Exempel på sådana tillämpningar är Static Var Compensators, Static Frequency Converters, Dynamic Voltage Restorer, Fuel Cell Systems, Battery Energy Storage, Photovoltaic och Superconducting Magnet 13

Energy Storage. Sedan 1992 har man i USA lyckats sälja mer än 16 AC/DCkonvertrar till bränslecellsanläggningar med mycket goda erfarenheter. Konvertrar har levererats till olika bränslecellstyper både PAFC, MCFC och PEMFC. Storlekarna har varierat från 85 kw till 1.5 MW. Framtida priser på konvertrar har diskuterats mellan olika tillverkare inom EPRI- DOE och deras "Handbook of Energy Storage for Transmission and Distribution Applications". Räknat i 2003 års $-värde har man bedömt att konverterkostnaderna år 2006 följer formeln: 13,500*V min -0.59 ($/kw) för typ I Power Conversion System, PCS, och formeln: 11,500*V min -0.59 ($/kw) för typ II PCS. Med V min menas den lägsta spänningen som nås vid en kontinuerlig uttag från bränslecellerna och svarar mot den maximala strömmen som ges ut från PCS. DCspänningen till PCS antas variera mellan 300 och 300V dc. Med typ I utrustning menas att svarstider ligger inom 20 ms och last skall kunna ges för längre tider än 30 s. För typ II PCS skall också last kunna levereras under längre tider men här får man en förvarning om förändringar minst 10 min innan. 7. General Motors, GM Bilindustrin gör stora satsningar på att få in PEMFC-kraftpaket som drivkälla till helt nya fordonskoncept. GM har under en lång tid bedrivit utveckling av tekniken via egna arbeten samt via allianser med många olika partner, tex. Hydrogenics som nämnts tidigare. Den allmänna föreställningen är att GM idag har den tekniskt mest avancerade PEMFC-tekniken i effektområdet 75 kw. I avvaktan på att acceptansen inom fordonssidan mognat gör GM en satsning även på stationära sidan. Tex planerar GM och Dow att 2006 testa 400 stycken 75kW s PEMFC i DOW s fabrik Oyster Creek i Texas. Med dessa i drift täcks 2% av fabrikens egna elbehov. Bränslecellerna drivs av ett vätgasöverskott från fabriken. GM får på detta sätt också en testplats för 400 bilmotorer på ett bräde. Erfarenheterna från denna kraftfulla demonstrationsanläggning kan mycket väl leda till ett kommersiellt genombrott för små, stationära, vätgasdrivna PEMFC-kraftverk. 8. Fortsatt marknadsbevakning Marknadsutvecklingen inom bränslecellsområdet borde de närmaste åren klarna ytterligare varför fortsatta, närmare studier av de konkreta resultaten från de många pågående demonstrationsanläggningarna rekommenderas. Närmare uppföljning av DOE/DOD s MCFC-program i USA, LIPA s PEMFC-satsning i New York samt GM/DOW s test i Freeport föreslås för ELFORSK-programmets tillämpade del under etapp 2, juli 2004 till december 2005. 14

9. Referenser Teknikområdet bevakas för närvarande av många aktörer världen över. Några allmänt tillgängliga rapporter som nyligen presenterats av Fuel Cell Today om stationära bränslecellsanläggningar är tex. Large Stationary Applications -2003 <http://www.fuelcelltoday.com/fuelcelltoday/fctfiles/fctarticlefiles/article_667_lgestatsurvey0903.pdf> Small Stationary Applications - 2003 <http://www.fuelcelltoday.com/fuelcelltoday/fctfiles/fctarticlefiles/article_640_smallstatsurvey0703.pdf > Military Applications - 2004 <http://www.fuelcelltoday.com/fuelcelltoday/fctfiles/fctarticlefiles/article_756_militarysurvey0404.pdf> 15

10. Bilaga 16

17

18

19

20

21