برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

از نظر رشد تعداد شرکت‌ها هیچ شرکتی از فعالیت در این عرصه خارج نشده است، اما شرکت زیمنس واحد‌های تجاری پیل‌سوختی اکسید‌جامد خود را یکباره به فروش گذارد و شرکت HydroGen ، دو‌سوم نیروی کار خود را به‌حال تعلیق در‌آورد.
در خصوص توسعه‌های به‌وجود آمده در بازار باید گفت به‌موازات افزایش تعداد واحد‌های فروخته شده به مجتمع‌های اداری و مدارس، قانون‌گذاران و برنامه‌ریزان تجاری توجه بیشتری به تولید غیر‌متمرکز معطوف می‌کنند. مراکز داده و سرور (Server) نیز با توجه به برخی دلایل جدی و بالقوه ارائه شده از سوی شرکت‌های پیل‌سوختی، برای کاربرد‌های CCP خود نیم‌نگاهی به این فن‌آوری‌ دارند و در فکر به‌کارگیری این فن‌آوری‌ها می‌باشند.
رشد بازار:
بررسی‌های صورت گرفته در سال 2006 و 2007 حاکی از توسعه قابل‌توجه بازار نیرو‌گاهی بود اما این مسأله در سال 2008 به یک سناریوی business-as-usual تبدیل شده است. در سه سال اخیر، تعداد واحدهای پذیرفته شده نیروگاهی در حد 50 واحد در سال ثابت مانده است؛ این در حالیست که در این مدت، مگاوات نصب شده واحدهای پیل‌سوختی، دو برابر شده است (نموادر 1).

نمودار 1- تعداد واحدها و مگاوات نصب شده در سال

ضمن اینکه این بازار تاکنون از مدل boom-and-bust تعدادی از فن‌آوری‌های دیگر دوری کرده، نگرانی‌های آن بیش از نسبت منحنی یادگیری صنعت افزایش یافته است. اگر ما سیستم‌های فعال در زمینه استک‌های پیل‌سوختی و BoP را جداگانه در نظر بگیریم، مشاهده می‌کنیم شیب منحنی یادگیری برای استک‌ها بیشتر از BoP می‌باشد. با بزرگ‌تر شدن اندازه واحد‌ها، تعداد بیشتری استک برای ساخت یک واحد بزرگ به‌هم متصل می‌شوند؛ بنابراین 50 سیستم برای سال 2008 در نمودارهای فوق، توان بیش از دو برابر مقدار آن در سال 2007 را نشان می‌دهد.
مشکل اینجاست که کاهش هزینه موردنیاز، فقط تابعی از هزینه‌های استک نیست و هزینه‌های یکپارچه‌سازی سیستم را نیز شامل می‌شود. این مشکل وقتی شاخص‌تر می‌شود که بدانیم، تجربه نشان داده است نسبت کاهش هزینه در مورد اخیر یعنی یکپارچه‌سازی سیستم، بسیار کند‌تر از کاهش هزینه‌های استک است.
با نگاهی به منحنی مگاوات نصب شده، می‌توانیم تغییر پله‌ای ظرفیت نصب شده را در سال 2008 مشاهده کنیم. این تغییر به‌دلیل افزایش در متوسط اندازه هر واحد است. در حال حاضر، متوسط اندازه هر واحد، یک مگاوات است؛ بنابراین همان‌طور که در شکل 4 مشاهده می‌شود تعداد سیستم‌های فروخته شده، ثابت است اما مگاوات نصب شده روندی افزایش دارد.

نمودار 3- مگاوات نصب شده به‌صورت سالانه و تراکمی

در سال جاری تقسیم بازار این واحد‌ها به سه کلاس اندازه، واضح‌تر شده است. واحد‌های 10 کیلووات برای مراکز داده توسعه یافته‌ا‌ند، واحد‌های 250 الی 400 کیلووات برای مجتمع‌های اداری، بیمارستان‌ها، زندان‌ها و غیره توسعه داده شده‌اند و در نهایت واحد‌هایی با توان بیش از 2 مگاوات برای نیرو‌گاه‌ها و مزارع(farms) سِرور توسعه یافته‌اند. استثنای این امر، شرکت فوجی الکتریک است که واحد‌های پیل‌سوختی اسید‌فسفریک 100 کیلووات را به سوپر مارکت‌ها و مراکز اجتماعی متوسط فروخته است. در سال 2008، تعداد واحد‌های مربوط به کلاس 10 کیلووات، کمتر از 5 درصد کل واحد‌ها بوده است.
عطف توجه به مخلوط الکترولیت: امسال نیز ما تعادل همواری را در سیستم‌های ارسالی پیل‌سوختی از نوع کربنات مذاب و اسید‌فسفریک شاهد بودیم که بخش عمده‌ای را به خود اختصاص داده بودند. توجه داشته باشید که در نمودار (5) الکترولیت‌های سیستم‌های ارسالی نشان داده شده است نه مگاوات نصب شده بر حسب نوع الکترولیت.

نمودار 5- سبد سالانه فن‌آوری، درصد پذیرش سالانه هر فن‌آوری

نکته جالب توجه این است که ما در کاربرد نیرو‌گاهی می‌توانیم شاهد بازگشت پیل‌های‌سوختی قلیایی به چهارچوب باشیم. شرکت AFC Energy با Akzo Nobel جهت ارسال یک واحد 50 و یک واحد 200 کیلوواتی با شرط توسعه بیشتر، معامله می‌کند. در حال حاضر، فن‌آوری شرکت با یک تعداد سل مشخص برای 5000 ساعت آزمایش شده است. اگر ما به منطقه‌ای که استک پیل‌سوختی در آن ساخته می‌شود، توجه کنیم؛ درمی‌یابیم همان‌طور که در نمودار (6) نشان داده شده، منطقه امریکای شمالی با اختصاص حدود دو‌سوم کل استک‌ها در بازار 2008، بسیار قوی است. سهم این بازار در چند سال گذشته تقریباً ثابت بوده است و پیش‌بینی می‌شود این پایداری هم‌چنان باقی بماند. مگر آنکه شرکت‌های اروپایی مثل Rolls Royce و Nuvera تصمیم بگیرند استک‌هایشان را در اروپا و نه در واحدهای واقع در امریکای شمالی بسازند.
در حال حاضر، تنها یک فعال جدی دیگر در زمینه پیل‌‌های سوختی نیروگاهی د‌ر جهان وجود دارد که آن هم شرکت ElectroCell برزیل است. این شرکت، فن‌آوری پیل‌سوختی پلیمری را برای هر دو کاربرد کوچک و بزرگ توسعه می‌دهد. شرکت هندی BHEL نیز در زمینه توسعه فن‌آوری پیل‌سوختی پلیمری فعالیت می‌کند و اکنون در فاز تست قرار دارد.

جالب است بدانیم که کاربرد نیروگاهی بالاترین حساسیت را به توسعه شرکتی و تجاری در همه بخش‌های مختلف پیل‌سوختی دارد. فعلاً در این کاربرد تنها 10 شرکت قادر به تولید استک برای محصولاتی هستند که اولین مرحله بعد از تحقیق و توسعه محسوب نمی‌شود. کمتر از نیمی از این ده شرکت، تجاری می‌باشند و در حدود سه‌چهارم آن‌ها، صرفاً بر بخش نیروگاهی متمرکز شده‌اند. پیش‌بینی شده است حدوداً ده شرکت دیگر در 5 سال آینده مشغول فعالیت در بازار شوند و بدین ترتیب تعداد شرکت‌های حاضر در این عرصه به حدود 20 شرکت می‌رسد.
با این تعداد کم شرکت‌های عامل در بخش نیرو‌گاهی هر افتی به لحاظ اتمام دوره فعالیت شرکت یا فروش یک‌جای آن، تغییرات قابل‌توجهی در رشد تمام بازار خواهد داشت. برای مثال HydroGen سال مثبتی را به لحاظ توسعه بازار آن با سامسونگ داشته است ولی با این حال با تعلیق دو‌سوم کارگران خود، در حال مذاکره با سامسونگ برای تضمین سرمایه‌گذاری کوتاه مدت است. با شروع سال مالی 2008، پیش‌بینی شده است شرکت HydroGen در این 12 ماه، 2 واحد 2 مگاواتی را برای استفاده در نیرو‌گاه برق کره به سامسونگ بفروشد. اگر‌چه در این فروش تنها دو سیستم معامله می‌شود، اما 4 مگاوات توان نصب شده همان‌طور که در شکل 1 و 3 نشان داده شده است، در حدود 8 درصد از کل ظرفیت نصب شده در سال 2008 را شامل می‌شود. واحد‌های پیل‌سوختی اکسید‌جامد با بر‌آورده شدن اهداف فاز 1 برنامه SECA به بازار نزدیکتر می‌شود.
در مقابل شركت زیمنس كه با سیستم‌های پیل‌سوختی در كلاس یك مگاوات كار می‌كرد به یكباره تصمیم به فروش واحد تجاری پیل‌سوختی اكسیدجامد گرفت و دلیل خود را نداشتن تطبیق واحدهای ساخته شده با اهداف تعیین شده برای سال 2010 عنوان نمود. همانطور كه می‌دانیم این زمان كوتاهی برای سودبخشی فن‌آوری است كه هنوز در اواخر مراحل تحقیق و توسعه قرار دارد و اصولاً توسط بودجه دولتی سرمایه‌گذاری شده است لذا این دلیل بسیار نامحتمل است و واضح است دلایلی دیگری وجود دارد كه شركت زیمنس از توسعه فن‌آوری پیل‌سوختی صرف‌نظر نموده است.

اقتصاد:
با نگاه به ساختار كمیتی پیل‌های سوختی نیروگاهی بزرگ متوجه می‌شویم درحال حاضر تنها شركت‌های FuelCell Energy و UTC Power هستند كه هزینه‌های نادری دارند.
در سال آینده ما شاهد آغاز واحدهای PureCell 400 كیلوواتی شركت UTC Power خواهیم بود. این شركت با اعلام هزینه نصب این واحد بازار روشنی از این محصول ایجاد كرده است. هزینه تمام شده نصب این واحد 1 میلیون دلار یا 2500 دلار به‌ازای هر كیلووات اعلام شده است. با توجه به محاسبات این شركت قیمت برق تولیدی از این واحد بدون احتساب یارانه، 12 سنت در هر كیلووات/ ساعت خواهد بود.
شركت FuelCell Energy قیمت برق از واحدهای DFC خود را 15 سنت در هر كیلووات/ ساعت اعلام نمود و اهداف آینده خود را نصب واحدها با هزینه نصب كمتر از 2000 دلار به‌ازای هر كیلووات عنوان نمود. نمودار زیر از شركت FuelCell Energy منتشر شده و در تاریخچه و اهداف آتی كاهش هزینه‌های این شركت را بیان می‌كند.


شكل 7- كاهش هزینه شركت FuelCell Energy

برای داشتن مرجع، هزینه یك موتور رفت و برگشتی 1800 تا 2000 دلار به‌ازای هر كیلووات نصب شده است و هزینه میكروتوربین‌ها 2000 تا 2400 دلار به‌ازای هر كیلووات نصب شده است.

سایر كاهش‌های هزینه به‌واسطه یارانه‌ها و تشویق‌ها در مناطق مختلف ایجاد شده است. بیشتر تشویق‌ها در منطقه كالیفرنیا از طریق برنامه ابتكاری خود تولیدی (SGIP) صورت می‌پذیرد.
كالیفرنیا از سال 2000 برنامه ابتكاری خود تولیدی (SGIP) را آغاز نمود كه شامل فن‌آوری‌های تولید برق پیل‌سوختی و انرژی‌های تجدیدپذیر می‌شود. امروز این برنامه برای دومین بار تكرار شده است و برای انرژی خورشیدی برنامه‌ای مجزا و فن‌آوری‌های با د و پیل‌سوختی با هم درنظرگرفته شده است.
در برنامه SGIP، نصب‌های منفرد جدید با بیش از 5 مگاوات می‌توانند برای این یارانه اقدام كنند. با اولین 3 مگاوات واجد شرایط %100 بودجه موجود برای 1-0 مگاوات می‌شوند. %50 برای 2-1 مگاوات و %25 برای تا مگاوات است. سوخت‌های تجدیدپذیر گاز زیستی و سوخت‌های غیرتجدیدپذیر غیر از دیزل نظیر گاز طبیعی می‌توانند در پیل‌های سوختی به‌كار روند.

بودجه فعلی برای این برنامه تا سال 2012 است. با اجرای این برنامه كالیفرنیا سریع‌ترین رشد را در توسعه واحدهای نیروگاهی بزرگ نسبت به سایر نقاط جهان داشته است.

تقسیم‌بندی بازار
با توجه به آنچه پیشتر در این گزارش گفته شد، تعداد نواحی مربوط به این بازار محدود است:
بیش از 10 كیلووات= مراكز داده
350-400 كیلووات= مجتمع‌های اداری، بیمارستان‌ها، زندان
بیش از 2 مگاوات= نیروگاه‌ها، مزارع سرور
درحال حاضر، واحدهای اندازه متوسط 250 تا 400 كیلووات بالاترین نرخ‌ پذیرش را با اختصاص نیمی از واحدهای انتقال داده شده به واحدهای CHP به خود اختصاص دادند. دلیل این رشد جهشی، در توجه به این واحدها، افزایش قوانین شهری و منطقه‌ای بر روی آنچه ساختمان سبز نامیده می‌شود به همراه افزایش آگاهی از مزایای تولید برق غیرمتمركز است. دو نمونه از این بازارها در لندن و نیویورك در ذیل آورده شده است:
- در لندن، "برنامه لندن" الزاماتی برای همه ساختمان‌های تجاری جدید جهت كاهش آلایندگی كربنی تا %20 دارد كه براساس قوانین ساختمان‌های ملی فعلی (L Part) به سمت ساخت ساختمان‌های با كربن پایین و صفر می‌رود. تأثیر این برنامه خریداری 3 پیل‌سوختی برای مجتمع‌های اداری بوده است.
- كارشناسان در نیویورك متوجه شده‌اند كه تقاضای شبكه اشباع شده است و فعالانه در جستجوی به‌كارگیری برق غیرمتمركز جهت كاستن بار هستند. لذا اجازه می‌دهند توسعه جدی انرژی‌های جدید ادامه یابد. بخشی از تشویق‌ها و سیاست‌های جدی نیویورك برای ارتقا پذیرش فن‌آوری‌های تولید غیرمتمركز شامل پیل‌سوختی در ذیل آمده است:
1- دستورالعمل اجرایی 111- این دستورالعمل الزام می‌كند تا سال 2010، %20 از برق مصرفی در ساختمان‌های شخصی و اجاره‌ای از طریق آژانس‌های ایالتی بایستی از باد، گرمایی خورشیدی، فتوولتائیك، زیست‌توده، موج، زمین‌گرمایی، زباله متان و پیل‌های سوختی تولید شود.
2- برنامه كاهش پیك بار- از اهداف این برنامه كاهش تقاضای پیك برق در ایالت نیویورك، با تأكید ویژه در شهر نیویورك است. بخشی از این برنامه با هدف افزایش پذیرش فن‌آوری‌های پاك صورت گرفته است و هم‌چنین با تأمین بار پایه تقاضای برق را در اوج مصرف كاهش می‌دهند. انرژی‌های تجدیدپذیر و پیل‌های سوختی واجد شرایط این بودجه هستند.
یكی از بزرگترین نصب‌های پیل‌سوختی در جهان پیل‌های سوختی اسیدفسفریكی UTC با توان مجموع 8/4 (KW 400×12) مگاوات است. این نصب در برج Freedom و 3 برج جدید تحت ساخت در سایت مركز تجارت جهانی در منهاتن نیویورك می‌باشد.
مالك برج Freedom شركت Port Authority نیویورك است و برج 2 و 3 و 4 متعلق به بخش خصوصی می‌باشد. واحدهای پیل‌سوختی به‌عنوان مولد 3 منظوره، گرمایش و سرمایش را نیز برای این برج‌ها تأمین می‌كند. تحویل سیستم‌های پیل‌سوختی PuerCell در ژانویه سال 2009 صورت می‌گیرد.

تمركز بر مراكز داده و مزارع سرور:
این گزارش مراكز داده و مزارع سرورها را كه بازار بالقوه برای پیل‌های سوختی نیروگاهی هستند یادآوری می‌كند. ما معتقدیم، این زمینه مانند یك غول بزرگ خوابیده است كه اگر به‌وسیله پیل‌های سوختی بیدار شود می‌توانند به علت حجم تقاضای بالا در این بخش، بازار بزرگی را خلق كند. در این قسمت گزارش به صورت ‌ویژه، سابقه‌ای از این بازار و دلیل تمركز بر آن جهت كاهش تقاضای انرژی نشان داده می‌شود.
نیاز به برق از طریق تكثیر وسیع كامپیوترهای شخصی همه جا وجود دارد. كامپیوترها، نوت‌بوك‌ها و سایر تجهیزات الكترونیك شخصی نظیر Blackberry ها و هر آنچه ذخیره‌سازی الكترونیكی داده می‌كند از این نمونه هستند. در اتاق‌های سرور بسته به اندازه اداره و نیازمندی‌های داده، سرور با دانسیته بالاتر شامل پهنای باد بیشتر وجود دارد و به همراه آن تهویه مطبوع نیز نیاز است.
مزارع سرور دارای پمپ‌های استروئید هستند و هركدام شامل هزارها و یا میلیون‌ها سرور می‌باشند كه با یكدیگر جمع شده‌اند. مزارع سرور كه توسط google عمل می‌كنند محتملاً شامل بیش از یك میلیون سرور می‌باشد.
غالب افراد در مورد میزان تقاضای انرژی این مراكز داده نمی‌دانند. در تعدادی از مطالعات اخیر كه از سوی دولت امریكا صورت گرفته است تقاضای برق بخش‌های گروه‌های سیلكون‌ولی (Silicon Valley) و آزمایشگاه ملی لارنس‌بركلی در امریكا محاسبه شده است. نمودار 9 و 10 از آزمایشگاه لارنس‌بركلی، مدل تقاضای جهانی این بخش را نشان می‌دهد.
در سال 2005 میزان برق مصرفی در مراكز داده 130 تراوات ساعت در سال محاسبه شد كه 8/0 درصد فروش برق جهانی در یك سال است. تنها در امریكا این میزان 40 تراوات ساعت بوده است.

مشابه میزان برقی كه برای سرورها مصرف می‌‌شود، برای سرد كردن آن‌ها نیز نیاز است. در مقاله جدیدی بر روی مزارع سرور در مجله Fortune، این گفته برجسته شده است كه قفسه‌های سرور می‌تواند به داغی برج 7 فوتی از آون‌های تستر باشد. آن‌ها بقدری گرم هستند كه یك شركت معادل دلاری كه برای تأمین برق یك سرور هزینه می‌كند، بایستی برای تهویه مطبوع نیز هزینه كند تا آن را سرد نگه دارد.
این خیلی غیرمنتظره نیست كه بدانید توسعه مزارع سرور جدید برخلاف ادارات مراكز اطلاعات پایه كه تا حدی مستقل از مكان هستد، تعدادی معیارهای كلیدی هستند از جمله دسترسی به الكتریسیته ارزان و سرمایش افزایش و یا در نهایت تغییرات دمایی بیشتر می‌باشد.
به دنبال این تقاضای زیاد و درحال رشد برای برق برخی شركت‌ها سراغ پیل‌های سوختی رفتند. درحال حاضر كارهای انجام شده در این زمینه در واحدهای rack mountable UPS هستند كه توسط APC، هیدروژنیك، FuturE و Rittal توسعه می‌یابند. این واحدها برای جایگزینی بانك‌های باتری‌ها با برق UPS در فضاهای بسته اماكنی كه شرایط آلاینده سخت‌گیرانه دارد طراحی شده‌اند. واحدهایی كه هم‌اكنون در بازار وجود دارند از نوع پلیمری بوده و با هیدروژن فشرده كار می‌كنند و كاركرد UPS را زمانی كه برق شبكه قطع است، تأمین می‌كنند. پول بیشتر، چالش‌های بیشتر و فرصت‌های بیشتر از تأمین برق و سرمایش تركیبی (CCP) برای اتاق‌های سرور حاصل می‌شود.
سیستم‌های سرمایش متداول سوخت‌هایی مثل گاز طبیعی را می‌سوزانند و یا برق را به‌عنوان رانشگر موتور الكتریكی برای كمپرسور مورد استفاده در افزایش فشار بخار ماده سرد كننده به‌كار می‌برند. چیلرهای جذبی گرما را برای تأمین سرمایش به‌كار می‌برند. در واقع گرما به‌عنوان محصول ارزان و مازاد وارد چیلرهای جذبی شده و آن‌ها به‌عنوان راه‌حلی مؤثر وارد بازار می‌شوند. لذا دیگر سیستم‌های متداول مؤثر نیستند و برای این دلیل است كه پیل‌های سوختی به‌عنوان واحدهای CHP امروزه به جستجوی واحدهای CCP و اتصال چیلرهای جذبی به واحد هستند. تا به امروزه شركت‌های CFC Solution و UTC Power نصب‌های نمایشی از این تكنولوژی‌ها داشته‌اند.
پیل‌های سوختی نیروگاهی بزرگ پتانسیل عظیمی را در این بخش ارائه می‌دهند زیرا آن‌ها مدولار هستند. بنابراین هر افزایش تقاضا را می‌توانند جوابگو باشند. می‌توانند شبكه گاز طبیعی را اشغال كنند، از اشباع شبكه جلوگیری می‌كنند. مستقل دمایی هستند و می‌توانند گرمای مازاد با درجه بالا و یا پایین تولید كنند. اما دو واقعیت در مورد آن‌ها وجود دارد. اولین كه به لحاظ فنی باید ضریب اطمینان حاصل كنند و دوم آنكه فعالان بایستی واقعاً قادر به مواجه با تقاضای بازار باشند:
1- ضریب اطمینان- دسترسی برق برای مراكز اطلاعاتی به‌ویژه مزارع سرور بایستی بسیار مطمئن باشد. دسترسی برق آن‌ها برای این مراكز باید 99999/99 درصد در زمان باشند. هر قطعی برق می‌تواند میلیون‌ها دلار به این شركت‌ها ضرر بزند و این دلیلی است كه سیستم‌های UPS و مولدها پیش پا افتاده شده‌اند.
2- قابلیت تولید: مورد دوم در مورد بازار، قابلیت تولید است. هركدام از مزارع سرور جدید می‌توانند تقاضای برق تا 125 مگاوات داشته باشند اما در حال حاضر تولید برق در بخش پیل‌سوختی چنین قابلیتی را نمی‌دهد.

منبع : کمیته راهبردی پیل های سوختی


صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :