Serwer Bloom Energy
Bloom Energy Server lub Bloom Box to generator prądu z ogniwami paliwowymi ze stałym tlenkiem (SOFC) wyprodukowany przez Bloom Energy z Sunnyvale w Kalifornii , który wykorzystuje różne paliwa wejściowe, w tym ciekłe lub gazowe węglowodory wytwarzane ze źródeł biologicznych, do produkcji energii elektrycznej o lub w pobliżu miejsca, w którym będzie używany. Wytrzymuje temperatury do 1800 ° F (980 ° C). Według firmy pojedyncze ogniwo (jedna płytka o wymiarach 100 mm × 100 mm składająca się z trzech warstw ceramicznych) generuje 25 watów.
Oczekiwana żywotność ogniw paliwowych wynosi około 10 lat; na podstawie przewidywań dotyczących kosztów paliwa, próg rentowności dla kupujących urządzenie wynosi około 8 lat. Technologia ogniw nadal opiera się na nieodnawialnych źródłach energii do produkcji energii elektrycznej, a ponieważ nie jest to wodorowe ogniwo paliwowe , nadal wytwarza ono dwutlenek węgla (ważny gaz cieplarniany ) podczas pracy.
W 2011 roku Bloom stwierdził, że w Kalifornii wdrożono dwieście serwerów dla korporacji, w tym Google, Yahoo i Wal-Mart.
Technologia
Bloom Energy Server wykorzystuje cienkie białe płytki ceramiczne o wymiarach 100 × 100 mm. Każda płytka jest pokryta zielonym atramentem na bazie tlenku niklu po jednej stronie, tworząc anodę, i innym czarnym (prawdopodobnie lantanowo-strontowo-manganowym ) atramentem po stronie katody. Wired poinformował, że tajnym składnikiem może być tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru, na podstawie patentu USA 7572530 , który został przyznany firmie Bloom w 2009 roku; materiał ten jest również jednym z najpowszechniejszych elektrolitycznych w tej dziedzinie. Zgłoszenie patentowe US 20080261099 , przyznane Bloom Energy Corporation, mówi, że „elektrolit obejmuje tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru i tlenek cyrkonu stabilizowany gazem scandia , taki jak tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem scandia ceru”. ScSZ ma wyższą przewodność niż YSZ w niższych temperaturach, co zapewnia większą wydajność i większą niezawodność, gdy jest stosowany jako elektrolit. Scandia to tlenek skandu ( Sc
2 O
3 ), który jest tlenkiem metalu przejściowego , który kosztuje od 1400 do 2000 USD za kilogram w 99,9% czystej postaci. Obecna roczna światowa produkcja skandu wynosi mniej niż 2000 kilogramów. Większość z 5000 kilogramów używanych rocznie pochodzi z zapasów z czasów sowieckich . [ potrzebne źródło ]
Aby zaoszczędzić pieniądze, Bloom Energy Server wykorzystuje niedrogie płytki ze stopów metali do przewodzenia elektrycznego między dwiema ceramicznymi płytkami przewodzącymi szybkie jony . W konkurencyjnych ogniwach paliwowych o niższej temperaturze platyna jest wymagana na katodzie.
Koszty
Instalacja
Obecny [ kiedy? ] koszt każdego ręcznie wykonanego serwera Bloom Energy o mocy 100 kW wynosi 700 000–800 000 USD. W 2010 roku firma ogłosiła plany dotyczące mniejszego, domowego serwera Bloom w cenie poniżej 3000 USD. Bloom oszacował rozmiar domowego serwera na 1 kW, chociaż inni zalecali 5 kW. Koszt kapitału wynosi 7–8 USD za wat.
Według The New York Times (Green Blog), na początku 2011 r. „… Bloom Energy… zaprezentował usługę umożliwiającą klientom zakup energii elektrycznej wytwarzanej przez jej ogniwa paliwowe bez ponoszenia kosztów kapitałowych zakupu sześciocyfrowych urządzeń .... W ramach usługi Bloom Electrons klienci podpisują 10-letnie umowy na zakup energii elektrycznej wytwarzanej przez Bloom Energy Servers, podczas gdy firma zachowuje własność ogniw paliwowych i odpowiedzialność za ich konserwację... „Jesteśmy w stanie powiedzieć klientów: „Nie musisz wpłacać żadnych pieniędzy z góry, płacisz tylko za zużyte elektrony, co jest dobre dla twojego portfela i dobre dla planety” – powiedział [CEO KR Sridhar]”.
Stosowanie
W dniu 24 lutego 2010 r. Sridhar twierdził, że jego urządzenia wytwarzają energię elektryczną za 0,08–0,10 USD / kWh przy użyciu gazu ziemnego , taniej niż ceny energii elektrycznej w niektórych częściach Stanów Zjednoczonych, takich jak Kalifornia . Dwadzieścia procent oszczędności kosztów zależy od uniknięcia strat przesyłowych, które wynikają z wykorzystania sieci energetycznej.
W 2010 roku firma Bloom Energy twierdziła, że opracowuje umowy zakupu energii w celu sprzedaży energii elektrycznej wytwarzanej przez skrzynki, zamiast sprzedawać same skrzynki, aby rozwiać obawy klientów dotyczące konserwacji skrzynek, niezawodności i kosztów serwisowania. W ramach 21-letniej umowy obejmującej okres od 2012 do 2033 roku Delmarva Power produkuje 123 skrzynki Bloom po 16 centów/kWh .
Od 2010 r. 15% energii zużywanej przez eBay pochodziło z serwerów Bloom Energy. W tamtym czasie, po uwzględnieniu zachęt podatkowych, które skutecznie obniżyły o połowę początkowy koszt, eBay spodziewał się trzyletniego okresu zwrotu w oparciu o ówczesny koszt 0,14 USD/kWh komercyjnej energii elektrycznej w Kalifornii.
Instalacje
Firma twierdzi, że jej pierwsze serwery Bloom Energy o mocy 100 kW zostały wysłane do Google w lipcu 2008 roku. Cztery takie serwery zostały zainstalowane w centrali Google, która stała się pierwszym klientem Bloom Energy. Kolejna instalacja pięciu skrzynek wytwarza do 500 kW w eBay w Kalifornii. Bloom Energy stwierdził, że ich klientami są Staples (300 kW - grudzień 2008), Walmart (800 kW - styczeń 2010), FedEx (500 kW), The Coca-Cola Company (500 kW) i Bank of America (500 kW). Każda z tych instalacji znajdowała się w Kalifornii.
System ogniw paliwowych Bloom Box o mocy 1 megawata zainstalowany w siedzibie Yahoo w Sunnyvale w Kalifornii w 2014 roku ma „zasilać jedną trzecią energii elektrycznej dla budynków kampusu Yahoo”.
Firma Stop & Shop Supermarket Company ogłosiła system o mocy 250 kW w 2015 r., Aw 2020 r. ogłosiła plany skonfigurowania 40 sklepów MA i NY w „mikrosieci” przy użyciu serwerów Bloom Energy.
Jednostki przenośne
Sridhar ogłosił plany instalacji serwerów Bloom Energy w krajach trzeciego świata. Były przewodniczący Kolegium Połączonych Szefów Sztabów , Colin Powell , obecnie członek zarządu Bloom Energy, powiedział, że generatory Bloom Energy mogą być przydatne dla wojska, ponieważ są lżejsze, bardziej wydajne i generują mniej ciepła niż tradycyjne generatory.
Wykonalność
Reakcja chemiczna wykorzystywana do wytwarzania energii w produktach Bloom Energy
Serwery Bloom Energy układają w stos małe ogniwa paliwowe, aby działać wspólnie. Podejście Bloom Energy do montażu stosów ogniw paliwowych , które umożliwia poszczególnym płytom rozszerzanie się i kurczenie w tym samym tempie w wysokich temperaturach. Jednak inni ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem rozwiązali w przeszłości problem różnych szybkości rozszerzania się ogniw. Scott Samuelsen z University of California, Irvine National Fuel Cell Research Center zakwestionował żywotność serwerów Bloom. „W tym momencie Bloom ma doskonały potencjał, ale muszą jeszcze wykazać, że osiągnęli poprzeczkę niezawodności”. Lawrence Berkeley National Laboratory, Michael Tucker, stwierdził: „Ponieważ działają w wysokich temperaturach, mogą przyjmować inne paliwa, takie jak gaz ziemny i metan, a to ogromna zaleta… Wadą jest to, że mogą się rozbić podczas ogrzewania lub chłodzenia. "
Inwestor venture capital, John Doerr, zapewnił, że Bloom Energy Server jest tańszy i czystszy niż sieć. Ekspert z Gerson Lehrman Group napisał, że biorąc pod uwagę dzisiejsze straty przesyłu energii elektrycznej wynoszące około 7% i wydajność elektrowni gazowych o wielkości 33–48%, Bloom Energy Server jest nawet dwukrotnie wydajniejszy niż elektrownia zasilana gazem stacja. Fortune stwierdził, że „Bloom nadal nie opublikował danych dotyczących kosztów eksploatacji Bloom Box za kilowatogodzinę” i szacuje, że głównym źródłem paliwa będzie gaz ziemny, a nie biogaz. Reporter AP, Jonathan Fahey, napisał w Forbes : „Czy naprawdę znowu się na to nabieramy? Każda firma zajmująca się czystymi technologiami na świecie twierdzi, że może tanio produkować czystą energię, ale żadna nie jest w stanie. Dotacje lub mandaty rządowe utrzymują cały światowy przemysł na powierzchni. Dajcie to Bloomowi, firmie udało się wykorzystać maszynę szumu, jak żadna inna firma zajmująca się czystymi technologiami w pamięci”.
Efektywność
Bloom twierdzi, że wydajność konwersji wynosi około 50% lub do 65%, gdy jest nowa. Nowoczesna o cyklu kombinowanym (CCGT) może osiągnąć ogólną sprawność 60%, podczas gdy kogeneracja (elektryczność i ciepłownictwo ) może osiągnąć sprawność większą niż 95%. Sridhar stwierdził, że produkty Blooma przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną w jednym kroku, są bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa niż obecne elektrownie opalane gazem i zmniejszają straty przesyłu/dystrybucji poprzez wytwarzanie energii tam, gdzie jest ona wykorzystywana.
Mówi się, że każdy serwer Bloom Energy Server ES5700 zapewnia 200 kW mocy, co odpowiada podstawowemu zapotrzebowaniu 160 przeciętnych domów lub jednego budynku biurowego. Średnie miesięczne zużycie energii elektrycznej dla klienta domowego w USA w 2012 r. wyniosło 903 kWh miesięcznie (lub średnie obciążenie 1,24 kW).
Sridhar powiedział, że pudełka mają 10-letnią żywotność, chociaż może to obejmować wymianę ogniw w tym okresie. Dyrektor generalny eBay mówi, że serwery Bloom Energy zaoszczędziły firmie 100 000 dolarów na rachunkach za energię elektryczną od czasu ich zainstalowania w połowie 2009 r. Współpracownik magazynu Fortune, Paul Keegan, nazywa tę liczbę „bez znaczenia bez szczegółów, aby zobaczyć, jak się tam dostał”.
Największą wadą jest wysoka temperatura pracy, która skutkuje dłuższymi czasami rozruchu oraz problemami z kompatybilnością mechaniczną i chemiczną.
Długoterminowe uzasadnienie biznesowe
Zakładając 50% redukcję kosztów w przyszłości, można argumentować, że najlepszym scenariuszem dla jednostki 200 kW byłby kapitał (zainstalowany) koszt porównywalny z dzisiejszymi jednostkami 100 kW, tj. około 800 000 USD. Przy średniej cenie energii elektrycznej 100 USD/MWh i cenie gazu ziemnego 3 USD/ MMBtu (10 USD/MWh) oraz przy założeniu 6% rocznych kosztów utrzymania/eksploatacji poza paliwem, okres rentowności urządzenia wynosi ponad 8 lat, na podstawie opublikowanych wyników.
Koszty długoterminowe są różne, ponieważ generatory rezerwowe nie są już potrzebne, ponieważ sieć energetyczna działa jako rezerwa awaryjna. Brak konieczności konserwacji i wymiany generatorów skróciłby okres rentowności.
| Nazwa parametru | Wartość | Jednostka / opis |
|---|---|---|
| Natężenie przepływu paliwa (gazu ziemnego) dla Bloom Energy Server 200 kW | 1.32 | milionów Btu na godzinę |
| Energia paliwa wyrażona w kW (1 milion Btu na godzinę CH 4 = 293 kW) | 386,76 | kW |
| Koszt paliwa | 3,96 $ | na godzinę |
| Wskaźnik mocy elektrycznej | 200 | kW |
| Sprawność systemu gaz ziemny -> energia elektryczna | 52% | procent konwersji energii gazu ziemnego na energię elektryczną |
| Koszt energii elektrycznej | 0,10 $ | za kWh |
| Przychody z produkcji energii elektrycznej | 20,00 $ | na godzinę |
| wytwarzany CO2 _ | 773 | funt/MWh |
| Oszczędności kosztów eksploatacji na skrzynkę rozkwitającą (przychody z energii elektrycznej pomniejszone o koszty paliwa) | 16,04 $ | na godzinę |
| Oszczędności kosztów rocznie przy założeniu pracy z pełnym obciążeniem 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu | 140 510,40 USD | na rok |
| Koszt kapitału (szacowany koszt minimalny po przewidywanych redukcjach) | 800 000,00 $ | za każdą jednostkę 200 kW |
| Roczny koszt konserwacji / eksploatacji | 6% | jako ułamek kosztu kapitału rocznie |
| Oszczędności po kosztach konserwacji | 92 510,40 USD | na rok |
| Okres rentowności | 8.6 | lata |
Konkurs
Analityk Gerson Lehrman Group napisał, że GE zlikwidowało swoją grupę ogniw paliwowych pięć lat temu, a Siemens prawie zdemontował swoją. GE Power Conversion bada hybrydę mocy SOFC. United Technologies jest jedynym dużym koncernem , który posiada konkurencyjną technologię ogniw paliwowych. Toshiba ma technologię dostarczania energii dla małego urządzenia, a nie dla sąsiedztwa.
Sprint jest właścicielem 15 patentów na wodorowe ogniwa paliwowe i wykorzystuje 250 ogniw paliwowych jako zapasowe źródło zasilania dla swoich operacji. Sprint wykorzystuje energię z ogniw paliwowych od 2005 r. W 2009 r. program ogniw paliwowych firmy Sprint otrzymał dotację w wysokości 7,3 mln USD od Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych na zwiększenie pojemności zbiorników ogniw paliwowych na wodór z zapewniania do 15 godzin zasilania rezerwowego, do 72 godzin. Sprint nawiązał współpracę z ReliOn i Altergy w zakresie produkcji ogniw paliwowych oraz z Air Products and Chemicals jako dostawca wodoru. Niemiecka firma P21 zajmująca się ogniwami paliwowymi pracuje nad podobnymi projektami, aby zapewnić zasilanie awaryjne dla operacji komórkowych. United Technologies produkuje ogniwa paliwowe kosztujące 4500 dolarów za kilowat.
W październiku 2009 r. Departament Energii przyznał blisko 25 mln USD dotacji na badania i rozwój paliw słonecznych.
W październiku 2012 r. rząd USA przyznał Bloom Energy 70 710 959 USD w ramach programu nagród energetycznych w sekcji 1603.
Konkurent twierdził, że Bloom Box wykorzystuje „gęsty elektrolit”, który wymaga temperatury 900 ° C, aby pokonać opór elektryczny. Topsoe Fuel Cell i Ceres Power zamiast tego wykorzystują technologię „grubej anody”, która umożliwia pracę w niższych temperaturach. Ceres ma czteroletni program instalacji 37 500 jednostek w domach klientów brytyjskiego British Gas .
Ballard Power o porównywalnej skali oparte są na ogniwach paliwowych z membraną do wymiany protonów . Jednostki Ballard o mocy 150 kW są przeznaczone do zastosowań mobilnych, takich jak autobusy miejskie, podczas gdy ich większe systemy stacjonarne o mocy 1 MW są konfigurowane z banków bloków konstrukcyjnych o mocy 11 kW.
Innym konkurentem w Europie i Australii są ceramiczne ogniwa paliwowe . Twierdzi, że wydajność tylko dla jednostek zasilających wynosi 60%; te ogniwa paliwowe są oparte na technologii wydzielonej z australijskiego CSIRO .