Bränsleceller i stamnätet? Resultat av provning

Stamnätet

Station

Station, forts

Stamnätets stationer 135 stationer Övervägande luftisolerade ställverk Nio seriekondensatorstationer Tre HVDC stationer Tre SVC stationer

Elnäten i Sverige Stamnätet (400 220 kv) Svenska Kraftnät (undantag Fortum äger 220 kv ringen runt Stockholm) Regionnät (130 70 kv) Vattenfall, Sydkraft, Fortum, Jämtkraft med flera) Distributionsnät (40 10 kv) Lokalnät (< 10 kv)

Elfakta för Sverige Elfakta 2007, elenergiförbrukning 146,3 TWh, inhemsk produktion 145,0 TWh, import 1,3 TWh Elproduktion 2007, kärnkraft 64,3 TWh, vattenkraft 65,5 TWh, värmekraft 13,8 TWh, vindkraft 1,4 TWh Effektförbrukning upp till 29 000 MW Produktionseffekt vattenkraft 14 100 MW, kärnkraft 9 540 MW, värmekraft 6 100 MW, import 2 200 MW Stamnätet överför motsvarande 80% av all förbrukad el Stamnätets verkningsgrad är 98%

Bränsleceller för hjälpkraft prov fas1 och fas 2 2007-2010

Bakgrund SvK har beslutat att öka tiden som hjälpkraftsystem i sina anläggningar skall klara vid bortfall av ordinarie nät från 3 till 12 timmar. Inför detta provar man en ny teknik baserad på bränslecell och superkondensator som alternativ till traditionella blybatterier. Som ett led i detta önskar man utföra ett långtidsprov under ca 1 år på ett komplett system med ca 2 kw effekt.

Teknik

Data Cellkraft S-1000

Mål fas1 Att fastställa om systemet med bränslecell och superkondensator klarar att hålla spänningen uppe vid ett bortfall av ordinarie matningsspänning under 12 timmar vid olika omgivningstemperaturer. Vidare skall systemet utsättas för olika omkopplings- och belastningscykler som motsvarar de krav som motsvarar de krav som ställs på denna typ av utrustning. Under hela provet skall relevanta strömmar, spänningar, temperatur och luftfuktighet registreras och kontinuerligt utvärderas.

Testsekvens Testprogrammet består av två testsekvenser. Testsekvens 1 kopplar bort matningsspänningen var 3:e timme och låter bränslecellen starta. Den körs då under minst 2 minuter. Vid var fjärde bortkoppling av matningsspänningen blockerar vi start av bränslecellen för att vi ska kunna testa energilagringskomponenten, superkondensatorn. Den här sekvensen repeteras 224 ggr under ca 30 dagar. Vid sekvens 112 blockerar vi start av bränslecellen och man låter superkondensatorn laddas ur till ca 20 V innan AC-spänningen åter inkopplas. Testsekvens 2 kör en cykel där man belastar bränslecellen under 12 timmar med intermittenta inkopplingar av höga laster. Detta ska simulera manövrering av högspänningsbrytare (20 A/10 s samt 100 A/10 s).

Mätning och övervakning

Systemets elschema

Bränslecellstack i Cellkraft S-1000

Rack med superkondensatorer Rack med två S-1000 BC

Styrsystem (vänster i bild) med intermittenta belastningar (höger i bild)

Gasbyte, 12 stycken vätgastuber i rack

Prov data fas1 Provstart: 2007-02-21 Antal starter (2008-01-21): 1385 st Antal 12 timmar körningar: 5 st Gasbyten: 3 st Total drifttid: ca 150 h

Fel och brister AC/DC 220 VAC/110 V DC komponentfel Automatsäkring 25 A snabb>trög Otillräcklig kylning vid +40 C Kontaktor överbelastad Galvanisk korrosion i ändplattor - kylvattenläcka Degradering av cellpaket glykol i membran Flödning ackumulering av vatten

Slutsats och rekommendationer fas1(1 + 0,5år) Provstart: 2007-02-21 Provslut: 2008-03-04 Ej verifierat mot uppställda krav i specifikation Konstruktionsändringar Modifiering av styrsystem Fortsatt utvärdering i 6 månader

Ombyggnader efter fas 1 Förändring av kylare Ombyggnad pga korrosion i ändplattor (samt byte av ena bränslecellen som degenererat 10-20%) Ombyggnad av spänningsstyrningen (samt ombyggnad av

Mål fas2 Att som komplement till Fas 1 testa de funktioner som ej fungerar tillfyllest under fas1. Värmeprov (drift vid 40 grader) Förbättrad startrutin Start efter stillestånd (två veckor)

Slutsats och rekommendationer fas2(1 år) Provstart: 2008-11-19 Provslut: 2010-01-10 Uppställda krav i specifikation verifierade Viktigt med rätt effekt, varför marginaler på ca 20% behövs Osäkerhet i organisationen om vätgas Placering i anläggning efter provslut Många stationer har högre effektbehov (3-10kW)