Polttokennot tulevaisuuden energiantuotannossa
Salminen, Pinja (2022)
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022060415367
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022060415367
Tiivistelmä
Tämän insinöörityön tarkoituksena on kartoittaa polttokennojen roolia tulevaisuuden energiantuotannossa. Tulevaisuuden energiantuotanto tulee pohjautumaan kasvamassa määrin muihin kuin fossiilisiin polttoaineisiin. Työn tavoitteena on tarkastella polttokennoja osana vaihtoehtoisia energiantuotantomenetelmiä. Työn tilaajana on Noatek Oy.
Polttokennoja hyödynnetään paikallisina ja kannettavina järjestelminä.
Paikallisia järjestelmiä ovat muun muassa mikroverkot, yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto ja varavoimajärjestelmät. Kannettavia järjestelmiä ovat esimerkiksi kuluttajaelektroniikan akkujen korvaavat mikropolttokennot. Tulevaisuudessa polttokennojen rooli energiantuotannossa tulee kasvamaan. Erityisesti kiinnostuksen kohteena on polttokennojen hyödyntäminen yhteistuotannossa sekä varavoimajärjestelmissä.
Noatek Oy:n pilotointikokeen tarkoituksena oli mallintaa polttokenno-akku-hybridijärjestelmää, joka toimisi siirreltävänä varavoimayksikkönä. Tässä vaiheessa pilotointia haluttiin keskittyä polttokennon kuormituksen testaamiseen käyttöaikansa ylittäneellä polttokennolla. Pilotointitestillä saatiin alustavat tulokset järjestelmän toimivuudesta ja sitä pystytään hyödyntämään teoreettisiin laskennallisiin tuloksiin. Testistä saatiin myös tietoa käyttöikänsä ylittäneen kennon toiminnasta.
Työssä esitellään yleisimmät polttokennot sekä niiden toimintaperiaatteet. Tämän jälkeen vertaillaan vety- ja metanolikennojen merkittävimpiä eroja ja haasteita sekä tarkastellaan Noatek Oy:n metanolipolttokennolle suorittamaa pilotointikoetta ja sen tuloksia. Vertailun jälkeen käsitellään eri tapoja hyödyntää polttokennotekniikkaa energiantuotannossa sekä niiden ympäristövaikutuksia. Lopuksi pohditaan polttokennojen nykytilannetta Suomessa ja maailmalla sekä polttokennojen tulevaisuuden käyttökohteita.
Polttokennoja hyödynnetään paikallisina ja kannettavina järjestelminä.
Paikallisia järjestelmiä ovat muun muassa mikroverkot, yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto ja varavoimajärjestelmät. Kannettavia järjestelmiä ovat esimerkiksi kuluttajaelektroniikan akkujen korvaavat mikropolttokennot. Tulevaisuudessa polttokennojen rooli energiantuotannossa tulee kasvamaan. Erityisesti kiinnostuksen kohteena on polttokennojen hyödyntäminen yhteistuotannossa sekä varavoimajärjestelmissä.
Noatek Oy:n pilotointikokeen tarkoituksena oli mallintaa polttokenno-akku-hybridijärjestelmää, joka toimisi siirreltävänä varavoimayksikkönä. Tässä vaiheessa pilotointia haluttiin keskittyä polttokennon kuormituksen testaamiseen käyttöaikansa ylittäneellä polttokennolla. Pilotointitestillä saatiin alustavat tulokset järjestelmän toimivuudesta ja sitä pystytään hyödyntämään teoreettisiin laskennallisiin tuloksiin. Testistä saatiin myös tietoa käyttöikänsä ylittäneen kennon toiminnasta.
Työssä esitellään yleisimmät polttokennot sekä niiden toimintaperiaatteet. Tämän jälkeen vertaillaan vety- ja metanolikennojen merkittävimpiä eroja ja haasteita sekä tarkastellaan Noatek Oy:n metanolipolttokennolle suorittamaa pilotointikoetta ja sen tuloksia. Vertailun jälkeen käsitellään eri tapoja hyödyntää polttokennotekniikkaa energiantuotannossa sekä niiden ympäristövaikutuksia. Lopuksi pohditaan polttokennojen nykytilannetta Suomessa ja maailmalla sekä polttokennojen tulevaisuuden käyttökohteita.