Энергетическое оборудование на основе PEMFC топливных элементов для использования на объектах железнодорожной инфраструктуры

Москва, 1-й Голутвинский д.6, Бизнес-центр «Голутвинская слобода»Телефон: +7 (495) 972 8173

E-mail: info@atenergy.prowww.atenergy.pro

Резюме проекта

Продукт: энергетическое оборудование на основе водород-воздушных топливных элементов для систем энергоснабжения вагона, вагона-энергостанции и источников резервного энргоснабжения

Технология позволяет сократить себестоимость батареи ТЭ на 30%, увеличить срок службы оборудования до 40000 часов, снизить стоимость используемого топлива в 2 раза

Мировой рынок 2012 год: энергетическое оборудование на основе топливных элементов $1,2 млрд. (CAGR = 25%)

37% - экономический эффект от внедрения топливных элементов в качестве замены аккумуляторам для системы стояночного электроснабжения пассажирского вагона

Ключевые преимущества

В рамках проекта разрабатывается технология модификации полимерной мембраны, которая позволяет снизить уровень влагозависимости протонпроводящей мембраны. Технология позволяет отказаться от системы водяного увлажнения и охлаждения, сокращая массогабариты и себестоимость решения. - Запуск устройства становится возможен при отрицательной температуре до -40С- Упразднение блока увлажнения

Технология создания эффективных Pt/C катализаторов на основе наноструктурированной платины и наноструктурированных оксидных и оксидно-углеродных носителей. Технология позволит:-        снизить стоимость катализатора за счет снижения уровня закладки платины до 300 мкг/см2

-        повысить срок службы ТЭ до 40000 часов за счёт большей устойчивостью носителя к окислению-        повысить толерантность ТЭ к наличию примесей СО в водороде, достичь допустимой чистоты водорода 99,9%, что позволит в 2 раза снизить стоимость используемого топлива

0"

1000"

2000"

3000"

4000"

5000"

6000"

DBX2000&&(Dantherm&Power)&&&&&&&&&&&&&

H42000&PEMFC&System&(Horizon)&&

ATFCell&(AT&Energy)&

CAPEX"FC"Stack"/"кВт""

0"

20"

40"

60"

80"

100"

Аккумуляторы+Li.ion+ DBX2000++(Dantherm+Power)+++++++++++++

ATFCell+(AT+Energy)+

Стоимость"кВт/ч"энергии,"руб.""

1

2

Батарея на основе водород-воздушных топливных элементов с твердым полимерным электролитом мощностью до 5 кВт (система батарей до 200 кВт) с высокими эксплуатационными характеристиками и толерантностью к микропримесям СО в топливе.

Срок службы: 40000 часов безотказной работыХарактеристики топлива: водород чистотой 99,8%-99,9% (до 100 ppm CO)Удельная мощность: 500 Вт/кгТемпературный диапазон запуска и работы: - 40 0С / +50 0ССтоимость генерируемой энергии: 8,7 - 40 кВт/ч руб.Габариты (2 кВт): 300x200x300 ммКПД: 60%

Продукт

0%#10%#20%#30%#40%#50%#60%#70%#80%#

AT#Energy# Аккумуляторы## Дизель#генераторы#

Энергоэффективность,#КПД##

0"2"4"6"8"10"

AT"Energy" Аккумуляторы"" Дизель"генераторы"

Техническое"обслуживание,"раз"в"год"

Аккумуляторные батареиЖивут менее 4 летЗа 1 год деградируют на 15%Время работы ограничено емкостью аккумулятораМедленная циклы зарядки и разрядкиМалое количество циклов работы

Дизельные/Бензиновые генераторыВысокий уровень шума (~70Дб)Выбросы CO2 500-1000 ppmНизкая степень автономностиМенее 30% КПДВысокий расход топлива (~ 43 литра диз.топлива/сутки)

Топливные элементыНа рынке существую решения на основе низкотемпературных твердополимерных ТЭ:- Высокая стоимость материалов для изготовления мембран и катализатора, что повышает стоимость энергоустановок

- Сложный процесс запуска при отрицательных температурах 

- В качестве топлива можно использовать только чистый или сильно очищенный от примесей водород

Проблема потребителя

А. Стоимость решенияПо стоимости жизненного цикла ТЭ выигрывают у аккумуляторных батарей от 10% до 40% на горизонте 8 лет.

B. Автономность, долговечность и надежностьСистемы на топливных элементах являются надежными т.к. не содержат движущиеся части, требующие обслуживания и смазки. Долговечность и качество работы (отсутствует падение напряжения) практически не снижается при экстремальных температурах. C. МасштабируемостьВремя работы резервных мощностей ТЭ прямо пропорциональна количеству имеющегося топлива.

D. Оптимизация операционных затратНеобходимости в однократном ежегодном обслуживании.  E. Экологические  преимуществаВ качестве топлива в ТЭ выступает водород, что создает нулевой уровень вредных выбросов. В отличии от аккумуляторных батарей, ТЭ не требуют дорогостоящей утилизации.

Преимущества Продукта для потребителя

0"2000"4000"6000"8000"10000"12000"14000"16000"18000"

2011" 2014" 2017"

Глобальный"рынок"оборудования"на"основе"ТЭ,"$"млн."""

Мировой рынок топливных элементов

68 %4 %4 %3 %

5 %

6 %

10 %

BallardHydrogenicsAltergy SystemsElectro Power SystemsNedstackReliOn Inc.Другие

Структура рынка

0"

500"

1000"

1500"

2000"

2500"

2011" 2014" 2017"

Объем"рынка"комплектующих"для"ТЭ,"$"млн."

Современные тенденции рынка топливных элементов

Годовой объем рынка: $1,2 млрд. в 20012 году

CAGR: 25%

Технологический сектор - PEMFC (ТЭ на основе протонобменных мембран) - мировой лидер по объему поставок оборудования, занимая на 2011 год 82% рынка. В 2011 году поставлено 81 МВт в мощностном выражении.Направления использования технологии: стационарные (в том числе ИБП) и портативные энергетические установки - занимают более 95% рынка по количественному объему поставок.

1. Снижение стоимости оборудования

2. Снижение стоимости потребляемой и генерируемой энергии. Потребляемый водород должен стать более дешевым т.е. более «грязным», а стоимость извлечения водорода из водородосодержащих газов должна сокращаться.

3. Долговечность и надежность.  Мировые лидеры в индустрии ТЭ работают над долговечностью PEMFC, DMFC и SOFC. Для стационарных ТЭ необходимо более 40000 часов безотказной работы в температурном диапазоне от -35 °C до 40 °C для признания оборудования на рынке.

4. Оптимизация массогабаритных характеристик. Поскольку PEMFC используется в гражданской авиации, на беспилотниках, подводных лодках, электротранспорте, то снижение массогабаритных характеристик имеет большое значение для части применений энергетического оборудования.

Технологические тренды отрасли

Конкурентный анализ

*Данные Pike Research 2011 год

Применение ТЭ на ЖД транспорте 1/2

Создания системы стояночного электроснабжения пассажирского железнодорожного вагона на базе водород-воздушных топливных элементов

1. Система электропитания пассажирского вагона на стоянках (при неработающих генераторах и отсутствии централизованного электроснабжения);

2. Мощность 20 - 40 кВт;3. Система использует энергию топлива – химически связанного водорода, находящегося в безопасных металл-гидридных баллонах низкого давления.

1

Преимущество использование ТЭ на ЖД транспорте

Время энергоснабжения 48 часовВремя энергоснабжения 48 часов

Литий-ионные батареи (срок годности 4 года -

3 закупки)

Энергетическое оборудование на основе топливных элементов

NPV* капитальных затрат (тыс. руб) 18600 8000

NPV операционных затрат (тыс. руб) 6700 7800

Общие затраты (тыс. руб) 25300 15800

*NPV (Net present value) - чистая приведенная стоимость

Время энергоснабрения, час

Мощность, кВт Сравнение Прочие предпосылки

48 33 Батареи Лиатех сроком годности 4 лет, ТЭ AT Energy - 10 лет

Горизонт расчетов: 10 летСтавка дисконтирования: 14%

0

7500

15000

22500

30000

1 3 5 8 10

Li-on Fuel Cell (ТЭ)

Горизонт расчетов, годы

NPV, тыс. руб.

Экономический эффект от внедрения ТЭ - 37%

Применение ТЭ на ЖД транспорте 2/2

Создание экологически чистого вагона-энергостанции мощностью до 200 кВт.

Проект: создание пилотного экологически чистого вагона-энергостанции, предназначенного для обеспечения энергией ремонтной и строительной техники, на безе топливных элементов.

Преимуществами энергоустановок на топливных элементах по сравнению с тепловыми машинами являются более высокие КПД и полное отсутствие вредных выбросов в окружающую среду, что особенно актуально при проведении ремонтных и строительных работ в замкнутых пространствах, например, в тоннелях, где велика вероятность отравления продуктами горения.

Переход к технологиям водородной энергетики позволит существенно улучшить условия труда и безопасность при проведении работ.

2

3 Использование на объектах ЖД инфраструктуры источников резервоного энергоснабжения на основе топливных элементов.

Системы резервного и аварийного энергоснабжения обладают длительным сроком службы (10 лет), требуют минимального технического обслуживания (ежегодно), не требуют дорогостоящей утилизации. При сравнении стоимости жизненного цикла аккумуляторных батарей и топливных элементов, последние обладают высоким экономическим эффектом.

Опыт использование ТЭ на ЖД транспорте (Китай)

Поезд работает на электродвигателе и топливных элементах, которые используются для питания синхронных двигателей и преобразователя частоты

Шапошников Данила Юрьевич Руководитель

Более 6 лет в управлении высокотехнологичными проектами. В послужном списке «Лаборатория АВК» (продажи $3+ млн. в год), Пирохимика (самые маленькие в мире огнетушители).

Добровольский Юрий Анатольевич, д.х.н. Руководитель R&DБолее 30 лет в электрохимии, более 20 лет управляет R&D группами. Член международного электрохимического общества. Профессор МГУ. Член экспертных советов ОАК, НИЦ Курчатовский институт, Сколтех. Автор монографий по топливным элементам и их компонентам. Публикуется в «Catalysis today», «Chemical communication», «Solid state electrochemistry» и др.

Более 30 лет в электрохимии и энергетике. Профессор  кафедры Химии и электрохимической энергетики НИУ «МЭИ». Директор федерального ЦКП МЭИ «Водородная энергетика и электрохимические технологии». Руководит отделом разработок и исследований катализаторов топливных элементов.

Нефедкин Сергей Иванович, д.т.н. Руководитель отдела R&D

Старший научный сотрудник Комплекса Лабораторий ионики твёрдого тела Института проблем химической физики РАН. Руководит отделом создания каталитических электродов. Отработка технологии получения каталитических электродов.

Укше Александр Евгеньевич, к.ф-м.н. Руководитель отдела R&D

Команда

Офис: Москва,1-й Голутвинский д.6, Бизнес-центр «Голутвинская слобода»Телефон: +7 (495) 972 8173

E-mail: info@atenergy.prowww.atenergy.pro