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固体氧化物燃料电池

分散式燃料电池系统将使互联网更具可持续性

PASM董事总经理Bernd Schulte-Sprenger在德国电信(Deutsche Telekom)的一个核心工地拍照。他一手拿着iPad,看着一个固定燃料电池的全息图,这代表了它的数字双胞胎。

全球电力需求继续有增无减。与此同时,人类正面临着气候变化带来的巨大挑战。因此,迫切需要的是与当今工业格局相适应的未来技术。在一个试点项目中,德国电信目前正在测试来自博世的两个固定固体氧化物燃料电池(SOFC)系统。raybet雷竞技ios下载这些可用于以高效、可持续和分散的方式为网络系统的操作中心提供所需的电力。

互联网:一个主要的能源消费者

德国电信(Deutsche Telekom)核心站点的绿色和蓝色电缆线束。
网络基础设施包括服务器,其运行需要大量的电力。

上网、流媒体、在社交媒体上闲逛——对于全球数十亿人来说,互联网已经成为日常生活的一部分。根据智库the Shift Project的一项研究,如果互联网是一个国家,它将在2019年世界上最大的能源消费国排名中排名第六。因此,为了变得更加可持续,许多互联网供应商正在转向使用风能和太阳能等可再生能源发电。然而,这两者都取决于天气,因此也会发生变化。“对于一家电信公司来说,拥有稳定的电源至关重要。德国电信子公司电力和空调解决方案管理有限公司(PASM)董事总经理Bernd Schulte-Sprenger说。他的140多名员工确保母公司的“核心站点”(用于操作网络系统的中心)得到持续的电力供应,从而能够为公司4850万移动客户提供持续的移动和互联网服务。

氢作为未来的能源

PASM总经理Bernd Schulte-Sprenger站在两个SOFC系统前,手里拿着一台iPad。
Bernd Schulte-Sprenger在两个SOFC单元前:固定燃料电池是更可持续的互联网的关键。

在寻找新型电力供应的过程中,PASM目前正在德国电信位于柏林的核心基地试验一项开创性技术。在这里,来自博世的两个固定固体氧化物燃料电池系统于2022年2月安装。raybet雷竞技ios下载它们利用电化学过程从天然气或生物甲烷中产生电能,可选择与氢的混合物。这个反应也会产生热量。未来,当SOFC使用绿色氢(即用可再生能源发电产生的氢)作为燃料时,产生的电力和热量将完全无碳。

像SOFC系统这样的创新为我们公司和整个社会指明了前进的方向。

Bernd Schulte-Sprenger, PASM董事总经理

反应产生的热能可用于加热或冷却

具有未来主义外观的SOFC单元容纳了数百个燃料电池。它们被堆成一堆,构成了电化学过程的引擎。每个SOFC单元产生大约10千瓦的电力和大约3千瓦的热量。在一年的时间里,这相当于大约80000千瓦时(kWh)的电力,足以满足20个或更多的四口之家一年的电力需求。这一过程还产生热能,可以用来为建筑物供暖,也可以通过吸收式冷水机产生冷却服务器的冷冻水。

高效且燃料灵活

德国电信核心站点的两个SOFC单元
德国电信柏林核心基地的固定固体氧化物燃料电池系统

燃料电池的电效率达到60%。相比之下,褐煤发电厂的平均发电效率约为40%,燃煤或燃气发电厂的平均发电效率约为45%。如果SOFC单元产生的热能也被使用,这可以将整体效率提高到85%以上。

此外,SOFC系统在选择能量载体时是非常通用的。在柏林试点项目中,PASM目前使用的是天然气,因为当地没有氢基础设施。然而,从长远来看,该公司打算将这两个试点机组转换为更可持续的能源载体。即使使用天然气发电,SOFC也比其他形式的发电更环保:碳排放量比德国燃煤发电低三分之二左右,而且几乎不产生氮氧化物或颗粒物排放。未来,当SOFC完全依靠可持续生产的氢来运行时,碳排放将完全消除。

固体氧化物燃料电池是如何发电的?

在固体氧化物燃料电池中,燃料与氧气发生反应,从而产生电能。燃料被送入SOFC的阳极一侧,空气被送入阴极一侧。空气中的氧被电离,然后通过膜迁移-电解质。当氢被用作燃料时,它与氧气结合,在一个极其有效的电化学过程中形成水。
在固体氧化物燃料电池中,燃料与氧气发生反应,从而产生电能。燃料被送入SOFC的阳极一侧,空气被送入阴极一侧。空气中的氧被电离,然后通过膜迁移-电解质。当氢被用作燃料时,它与氧气结合,在一个极其有效的电化学过程中形成水。
SOFC系统效率(无热提取)与其他形式的发电相比。(来源:《常规发电厂平均总效率》德国环境署)
SOFC系统效率(无热提取)与其他形式的发电相比。(来源:德国环境署《常规发电厂的平均总效率》)*生命的开始
系统灵活:SOFC系统可使用各种气体进行操作。如果产生的热量也被利用,整体效率将提高到85%。能量输出可以根据不同的领域进行调整。其中包括数据中心、建筑物、城区或工业。
系统灵活:SOFC系统可使用各种气体进行操作。如果产生的热量也被利用,整体效率将提高到85%。能源输出可以针对不同的应用进行定制,例如数据中心、工业设施、单个建筑物和整个城区。*生命的开始
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避免电网损耗

这绝不是德国电信第一次涉足可持续能源领域。事实上,该公司在德国的数百个核心站点已经完全使用可再生能源。此外,该公司还在一些风能和太阳能园区持有股份。然而,德国电信计划在这方面走得更远——而像SOFC这样的创新很可能提供关键。当电力通过电缆和公共电网的架空电线传输时,不可避免地会有一些损失。然而,通过使用博世分散式燃料电池系统,PASM可以精确地在需要的地方发电。raybet雷竞技ios下载“SOFC技术使我们能够消除电网损耗,”Schulte-Sprenger解释道。“通过利用产生的热量,我们可以提高单个地点的整体能源效率。”更重要的是,通过自己发电,德国电信还避免了支付电网费用,从而降低了成本。

PASM董事总经理Bernd Schulte-Sprenger站在两个SOFC单元前。他直视着摄像机。
固定式燃料电池系统为Bernd Schulte-Sprenger提供了在需要的地方精确发电的选择。

85%

当分散的燃料电池系统产生的能量和热量同时使用时,整体效率可以达到

每个SOFC单元都有一个数字双胞胎

若干SOFC单元的全息图;后面是两个固定的固体氧化物燃料电池。
数字孪生可以实时监控每个SOFC系统。

在数字连接方面,SOFC单元也是游戏规则的改变者。从一开始,它就被设计成一个连接到云端的物联网设备。在固定燃料电池系统的整个生命周期中,数据被收集起来,然后在语义上链接起来创建一个虚拟图像——数字双胞胎——能够实时监控每个SOFC单元,并为服务和维护人员提供重要信息。此外,所有连接单元的数据都可以通过人工智能进行分析,从而进一步提高效率、产品开发和制造。同样,分散式燃料电池系统也有可能融入客户自己的生态系统——包括能源和建筑管理平台。增强现实和虚拟现实应用程序的工作也在进行中,这些应用程序将提供增强的远程诊断和维护功能。换句话说,除了收集数据以持续改进产品外,数字双胞胎还为SOFC运营商带来了直接利益。

未来潜力巨大

PASM董事总经理Bernd Schulte-Sprenger在柏林屋顶上的照片。他直视着摄像机。
在一个成功的试点阶段之后,Bernd Schulte-Sprenger可以很容易地想象在核心站点安装SOFC系统作为一项关键技术。

分散式燃料电池系统提供可持续的能源,这种能源是通过一种技术在当地产生的,这种技术提供了数字连接的好处。舒尔特-斯普林格解释说:“无论是对我们公司还是对整个社会来说,这样的创新都指明了前进的方向。”博世是我们有价值的raybet雷竞技ios下载合作伙伴,将继续长期开发燃料电池技术,从而帮助确保IT和电信系统的安全。”目前,位于柏林核心基地的两个SOFC单元只提供那里所需能源的一小部分。Schulte-Sprenger补充道:“但是,在成功的试点阶段之后,我们可以很容易地想象在我们的核心工厂安装SOFC系统作为一项关键技术。”“理想情况下,它们应该使用绿色氢气。”这将标志着互联网朝着可持续发展的方向又迈出了重要一步。随着固定燃料电池系统的大规模生产将在2024年加速,博世将在满足这一需求方面处于有利地位。raybet雷竞技ios下载

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