Polttokennoihin perustuva mikro-CHP-järjestelmä

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää, onko polttokennojärjestelmän käyttäminen sähkön ja lämmön tuottamiseen mikrokokoluokassa teknisesti ja taloudellisesti järkevää. Työssä perehdytään polttokennojen rakenteeseen ja toimintaan sekä sähkön ja lämmön yhteistuotantoon kirjallisuuden avulla. Esimerkkinä käytännön sovelluskohteesta työssä tarkastellaan lappeenrantalaista kerrostaloa.

Esimerkkikohteen tarkastelussa selvisi, että kerrostalossa lämmöntarve on jopa kymmenkertainen sähköntarpeeseen verrattuna. Polttokennojen lämpöteho on suurimmillaan suunnilleen yhtä suuri kuin sähköteho. Polttokennojärjestelmä kannattaa kuitenkin mitoittaa sähköntarpeen mukaan, jottei kalliisti tuotettua sähköä jouduta myymään halvalla verkkoon. Näin ollen lisälämmön tarve on suuri.

Taloudellisessa tarkastelussa huomattiin, että esimerkkikohteen sähkön- ja lämmöntarpeen kattaminen polttokennoihin perustuvalla CHP-järjestelmällä ja kaukolämmöllä tulisi kalliimmaksi kuin taloyhtiön nykyinen ratkaisu. Suurimmat ongelmat ovat polttokennojen lyhyt käyttöikä ja korkea hankintahinta, maakaasun hinta suhteessa sähkön hintaan sekä suuri lisälämmön tarve.

Polttokennojen tekniset ominaisuudet ovat varsin hyvät. Sähköhyötysuhde vaihtelee välillä 30–60 % ja CHP-tuotannossa kokonaishyötysuhde voi olla jopa 85 %. Mikäli polttokennoihin vielä löydetään halvempia ja paremmin kuumuutta kestäviä materiaaleja, tulevaisuudessa ne voisivat olla kilpailukykyinen vaihtoehto.