El Bloom Energy Server o Bloom Box es un generador de energía de pila de combustible de óxido sólido (SOFC) fabricado por Bloom Energy , de Sunnyvale, California , que utiliza una variedad de combustibles de entrada, incluidos hidrocarburos líquidos o gaseosos [1] producidos a partir de fuentes biológicas, para producir electricidad en o cerca del sitio donde se utilizará. [2] [3] Soporta temperaturas de hasta 1.800 ° F (980 ° C). [4] Según la empresa, una sola celda (una placa de 100 mm × 100 mm que consta de tres capas de cerámica) genera 25 vatios. [5]
Las pilas de combustible tienen una esperanza de vida operativa de alrededor de 10 años; Según las predicciones sobre los costos de combustible, el punto de "equilibrio" para quienes compran el dispositivo es de alrededor de 8 años. La tecnología de la celda sigue dependiendo de fuentes de energía no renovables para producir electricidad y, dado que no es una celda de combustible de hidrógeno , todavía produce dióxido de carbono (un importante gas de efecto invernadero ) durante su funcionamiento.
En 2011, Bloom declaró que se habían implementado doscientos servidores en California para corporaciones como Google, Yahoo y Wal-Mart. [6]
Tecnología
Bloom Energy Server utiliza placas de cerámica blancas delgadas de tamaño 100 × 100 mm. [7] Cada placa está recubierta con una tinta verde a base de óxido de níquel en un lado, que forma el ánodo, y otra tinta negra (probablemente lantano estroncio manganita ) en el lado del cátodo. [8] [9] Wired informó que el ingrediente secreto puede ser zirconia estabilizada con itria según la patente de EE. UU.que le fue otorgada a Bloom en 2009; este material es también uno de los materiales electrolíticos más comunes en el campo. [10] Solicitud de patente de EE . UU. 20080261099, Asignado a Bloom Energy Corporation, dice que la "electrolito incluye itria zirconia estabilizada y una scandia estabilizada con óxido de circonio , tales como un óxido de circonio estabilizado con ceria scandia". ScSZ tiene una conductividad más alta que YSZ a temperaturas más bajas, lo que proporciona una mayor eficiencia y mayor confiabilidad cuando se usa como electrolito. Scandia es óxido de escandio ( Sc
2O
3) que es un óxido de metal de transición que cuesta entre 1.400 y 2.000 dólares el kilogramo en forma pura al 99,9%. La producción mundial anual actual de escandio es de menos de 2.000 kilogramos. La mayoría de los 5.000 kilogramos que se utilizan anualmente se obtienen de las existencias de la era soviética . [ cita requerida ]
Para ahorrar dinero, Bloom Energy Server utiliza placas de aleación de metal económicas para la conductancia eléctrica entre las dos placas conductoras de iones rápidos de cerámica . En la competencia de las celdas de combustible de temperatura más baja, se requiere platino en el cátodo. [8]
Costos
Instalación
La corriente [ ¿cuándo? ] El costo de cada servidor Bloom Energy de 100 kW hecho a mano es de $ 700,000 a $ 800,000. En 2010, la compañía anunció planes para un servidor Bloom más pequeño y de tamaño doméstico con un precio de menos de $ 3,000. [8] Bloom estimó el tamaño de un servidor doméstico en 1 kW, aunque otros recomendaron 5 kW. [11] El costo de capital es de $ 7-8 por vatio. [12]
Según The New York Times (Green Blog), a principios de 2011 "... Bloom Energy ... dio a conocer un servicio que permite a los clientes comprar la electricidad generada por sus celdas de combustible sin incurrir en los costos de capital de la compra de dispositivos de seis cifras .... Bajo el servicio Bloom Electrons, los clientes firman contratos de 10 años para comprar la electricidad generada por los servidores Bloom Energy mientras la compañía retiene la propiedad de las celdas de combustible y la responsabilidad de su mantenimiento ... '. clientes, 'No tienes que poner dinero por adelantado, solo pagas por los electrones que usas y es bueno para tu bolsillo y bueno para el planeta' ”, dijo [el CEO KR Sridhar]”. [13]
Uso
El 24 de febrero de 2010, Sridhar afirmó que sus dispositivos producían electricidad por $ 0.08 – .10 / kWh usando gas natural , más barato que los precios actuales de la electricidad en algunas partes de los Estados Unidos, como California . [14] [15] El veinte por ciento de los ahorros de costos dependen de evitar las pérdidas de transferencia que resultan del uso de la red de energía. [11]
En 2010, Bloom Energy afirmó estar desarrollando acuerdos de compra de energía para vender la electricidad producida por las cajas, en lugar de vender las cajas en sí mismas, con el fin de abordar los temores de los clientes sobre el mantenimiento, la confiabilidad y los costos de servicio de las cajas. [16] Hay 123 cajas Bloom que producen a 16 centavos / kWh para Delmarva Power en un acuerdo de 21 años que va de 2012 a 2033. [17]
A partir de 2010, el 15% de la energía consumida por eBay se generó mediante el uso de Bloom Energy Servers. En ese momento, después de tener en cuenta los incentivos fiscales que efectivamente redujeron a la mitad el costo inicial, eBay esperaba un período de recuperación de tres años basado en el costo de la electricidad comercial de California en ese entonces de $ 0,14 / kWh. [18]
Instalaciones
La compañía dice que sus primeros servidores Bloom Energy de 100 kW se enviaron a Google en julio de 2008. [19] Se instalaron cuatro de estos servidores en la sede de Google, que se convirtió en el primer cliente de Bloom Energy. [16] Otra instalación de cinco cajas [1] produce hasta 500 kW en la sede de eBay en California. [16] Bloom Energy declaró que sus clientes incluyen Staples (300 kW - diciembre de 2008), [20] Walmart (800 kW - enero de 2010), [21] FedEx (500 kW), [22] The Coca-Cola Company (500 kW) [23] y Bank of America (500 kW). [24] [25] Cada una de estas instalaciones estaba ubicada en California.
Un sistema de celda de combustible Bloom Box de 1 megavatio instalado en la sede de Yahoo en Sunnyvale, California en 2014 está diseñado para "alimentar un tercio de la electricidad a los edificios en el campus de Yahoo". [26]
Stop & Shop Supermarket Company anunció un sistema de 250 kW en 2015, y 2020 anunció planes para configurar 40 tiendas MA y NY en "microrredes" usando Bloom Energy Servers. "Stop & Shop convertirá 40 de sus tiendas en microrredes en preparación para el clima severo y cortes de energía" . 2020-01-16 . Consultado el 20 de enero de 2020 .
Unidades portátiles
Sridhar anunció planes para instalar Bloom Energy Servers en países del tercer mundo. [27] El ex presidente del Estado Mayor Conjunto , Colin Powell , ahora miembro de la junta de Bloom Energy, dijo que los generadores de Bloom Energy podrían ser útiles para los militares porque son más livianos, más eficientes y generan menos calor que los generadores tradicionales. [28]
Factibilidad
La reacción química utilizada para crear energía en los productos Bloom Energy.
Los servidores Bloom Energy apilan pequeñas celdas de combustible para operar en conjunto. [7] [29] El enfoque de Bloom Energy de ensamblar pilas de pilas de combustible que permite que las placas individuales se expandan y contraigan al mismo ritmo a altas temperaturas. [7] Sin embargo, otros productores de pilas de combustible de óxido sólido han resuelto el problema de las diferentes velocidades de expansión de las pilas en el pasado. [9] Scott Samuelsen de la Universidad de California, Centro Nacional de Investigación de Celdas de Combustible de Irvine cuestionó la vida operativa de los servidores Bloom. "En este punto, Bloom tiene un potencial excelente, pero aún tienen que demostrar que han cumplido con los estándares de confiabilidad". [29] El experto del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Michael Tucker, afirmó: "Debido a que operan a altas temperaturas, pueden aceptar otros combustibles como el gas natural y el metano, y eso es una enorme ventaja ... La desventaja es que pueden romperse mientras se calientan o enfriamiento ". [29]
El capitalista de riesgo John Doerr afirmó que Bloom Energy Server es más barato y más limpio que la red. [1] [15] Un experto de Gerson Lehrman Group escribió que, dadas las pérdidas actuales de transmisión de electricidad de aproximadamente el 7% y la eficiencia de las centrales eléctricas de gas del tamaño de la empresa de servicios públicos del 33-48%, el servidor de energía Bloom es hasta dos veces más eficiente como una central eléctrica de gas. [2] Fortune declaró que "Bloom aún no ha publicado cifras sobre cuánto cuesta operar el Bloom Box por kilovatio hora" y estima que el gas natural en lugar del biogás será su principal fuente de combustible. [30] El reportero de AP Jonathan Fahey en Forbes escribió: "¿Realmente estamos cayendo en esto de nuevo? Todas las empresas de tecnología limpia del planeta dicen que pueden producir energía limpia a bajo precio, pero ni una sola puede hacerlo. Los subsidios o mandatos gubernamentales mantienen a todo el mundo industria a flote. Dáselo a Bloom, la compañía ha logrado aprovechar la máquina exagerada como ninguna otra compañía de tecnología limpia en la memoria ". [31]
Eficiencia
Bloom afirma una eficiencia de conversión de alrededor del 50%, [32] o hasta el 65% cuando es nuevo. [17] Una central eléctrica de turbina de gas de ciclo combinado (CCGT) moderna puede alcanzar una eficiencia total del 60%, mientras que la cogeneración (electricidad y calefacción urbana ) puede alcanzar una eficiencia superior al 95%. Sridhar declaró que los productos de Bloom convierten la energía química en energía eléctrica en un solo paso, son más eficientes en combustible que las centrales eléctricas de gas actuales y reducen las pérdidas de transmisión / distribución al producir energía donde se usa. [33]
Se dice que cada Bloom Energy Server ES5700 proporciona 200 kW de potencia, similar a las necesidades de carga base de 160 hogares promedio o un edificio de oficinas. [34] El consumo medio mensual de electricidad de un cliente de servicios públicos residencial de EE. UU. En 2012 fue de 903 kWh por mes (o 1,24 kW de carga media). [35]
Sridhar dijo que las cajas tienen una vida útil de 10 años, [15] aunque eso podría incluir reemplazar las celdas durante ese período. [ cita requerida ] [17] El CEO de eBay dice que los servidores Bloom Energy le han ahorrado a la compañía $ 100,000 en facturas de electricidad desde que se instalaron a mediados de 2009, [8] Paul Keegan, colaborador de la revista Fortune, dice que esa cifra "no tiene sentido sin los detalles para ver cómo llegó allí ". [30]
La mayor desventaja es la alta temperatura de funcionamiento que resulta en tiempos de puesta en marcha más largos y problemas de compatibilidad mecánica y química.
Caso de negocio a largo plazo
Suponiendo una reducción de costos futura del 50%, se podría argumentar que el mejor escenario para la unidad de 200 kW sería un costo de capital (instalado) comparable a las unidades de 100 kW actuales, es decir, alrededor de $ 800,000. Usando el precio promedio de la electricidad de $ 100 / MWh y el precio del gas natural de $ 3 por millón de unidades térmicas británicas ($ 10 / MWh) y asumiendo un costo de mantenimiento / operación del 6% anual aparte del combustible, el período de equilibrio para el dispositivo llega a más de 8 años, según las cifras de rendimiento publicadas. [36]
La consideración del costo a largo plazo varía porque los generadores de respaldo ya no son necesarios ya que la red eléctrica actúa como respaldo de emergencia. Ya no tener que mantener y reemplazar los generadores reduciría el período de equilibrio.
Nombre del parámetro | Valor | Unidad / descripción |
---|---|---|
Caudal de combustible (gas natural) para el servidor Bloom Energy de 200 kW | 1,32 | millones de Btu por hora |
Energía de combustible en tasa en kW (1 millón de Btu por hora CH 4 = 293 kW) | 386,76 | kW |
Coste del combustible | $ 3.96 | por hora |
Tasa de salida eléctrica | 200 | kW |
Eficiencia del sistema gas natural -> electricidad | 52% | porcentaje de conversión de energía de gas natural en energía eléctrica |
Costo de electricidad | $ 0.10 | por kWh |
Ingresos producidos por electricidad | 20,00 $ | por hora |
CO 2 producido | 773 | lb / MWh |
Ejecute ahorros de costos por caja de floración (ingresos por electricidad menos costo de combustible) | $ 16.04 | por hora |
Ahorro de costos por año suponiendo un funcionamiento a plena carga 24x7 | $ 140.510,40 | por año |
Costo de capital (costo mínimo estimado después de las reducciones proyectadas) | $ 800.000,00 | por cada unidad de 200 kW |
Costo anual de mantenimiento / operación | 6% | como una fracción del costo de capital, por año |
Ahorro de costes después de los costes de mantenimiento | $ 92,510.40 | por año |
Período de equilibrio | 8,6 | años |
Competencia
Un analista de Gerson Lehrman Group escribió que GE desmanteló su grupo de celdas de combustible hace cinco años y Siemens casi desmanteló el suyo. [2] GE Power Conversion está investigando un híbrido de energía SOFC. [37] United Technologies es el único gran conglomerado que tiene una tecnología de pila de combustible competitiva. [2] Toshiba tiene tecnología para proporcionar energía a un dispositivo pequeño, no a un vecindario. [2]
Sprint posee 15 patentes sobre celdas de combustible de hidrógeno y está utilizando 250 celdas de combustible para proporcionar energía de respaldo para sus operaciones. Sprint ha estado usando energía de celda de combustible desde 2005. En 2009, el programa de celda de combustible de Sprint recibió una subvención de $ 7.3 millones del Departamento de Energía de los Estados Unidos para expandir la capacidad de hidrógeno de sus tanques de celda de combustible de proporcionar hasta 15 horas de energía de respaldo. a 72 horas. [38] Sprint se asoció con ReliOn y Altergy para la fabricación de pilas de combustible, y con Air Products como proveedor de hidrógeno. La empresa alemana de celdas de combustible P21 ha estado trabajando en proyectos similares para suministrar energía de respaldo para operaciones celulares. [39] United Technologies fabrica pilas de combustible que cuestan $ 4.500 por kilovatio.
En octubre de 2009, el Departamento de Energía otorgó casi US $ 25 millones en subvenciones para investigación y desarrollo de combustibles solares. [10] [40]
En octubre de 2012, el gobierno de EE. UU. Otorgó a Bloom Energy $ 70,710,959 en el marco de su programa de premios de energía de la sección 1603. [41]
Un competidor afirmó que el Bloom Box utiliza un "electrolito espeso" que requiere temperaturas de 900 ° C para superar la resistencia eléctrica. En su lugar, Topsoe Fuel Cell [42] y Ceres Power emplean tecnología de "ánodo grueso" que permite el funcionamiento a temperaturas más frías. Ceres tiene un programa de cuatro años para instalar 37.500 unidades en los hogares de los clientes de la británica British Gas . [43]
Los productos de escala comparable de Ballard Power se basan en celdas de combustible de membrana de intercambio de protones . Las unidades de 150 kW de Ballard están diseñadas para aplicaciones móviles como autobuses municipales, [44] mientras que sus sistemas estacionarios más grandes de 1 MW están configurados a partir de bancos de bloques de construcción de 11 kW. [45]
Otro competidor en Europa y Australia es Ceramic Fuel Cells . Afirma una eficiencia del 60% para las unidades de solo potencia; estas pilas de combustible se basan en tecnología derivada de CSIRO de Australia . [46]
Ver también
- Celda de combustible casera
Referencias
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enlaces externos
- Servidor Bloom Energy