close

Enter

Log in using OpenID

Daðýtýk Uretým_2

embedDownload
21.10.2014
DAĞITILMIŞ ÜRETİM-2
Elektrik Üretiminin Dönüşümü



Giderek daha da büyüyen güç santralleri dönemi
sona ermektedir
İletim ve dağıtım şebekesinin daha ucuz, verimli ve
küçük ölçekli santrallere sahip bağımsız güç
üreticilerine açılması devam etmektedir.
Üreticiler arasında rekabet oluşturmak ve
müşterilerin kendi güç kaynaklarını seçmelerine
izin veren araçların düzenlenmesini yeniden
yapılandırma teşebbüsleri başlamıştır.
Dağıtık Üretim;
 Tüketime yakın dağıtım şebekelerinde
kurulur
 Genelde 50 MW’a kadar
 Küçük ölçekli
 Otoprodüktör veya satıcı olabilir
veya kojenerasyon ve
 Kombine
trijenerasyon olabilir
Alt ve Üst Isıl Değerler







Yakıtlar yandığında ortaya çıkan enerjinin bir
kısmı su buharında gizli enerji olarak kalır.
(1060 Btu/pound veya 2465 kj/kg veya 539
kcal/kg)
(1m ^3 doğalgaz yanında 1,5-1,7 kg su
oluşur)
Bu buhar bacadan diğer gazlarla atılır.
Kombilerde bunlar bacadan atılmadan
yoğunlaştırılır ve su enerjisini tekrar ısıtmaya
verir.
Su buharının içinde gizli ısı halen varsa Ü.I.D
Su buharının içinde gizli ısı yoksa A.I.D olur.
1
21.10.2014

Bu durumda ikisinin oranı önemlidir.
Tabloda bazı yakıt cinsleri için alt ve üst
ısıl değerler verilmiştir.







Örnek 1:
Bir mikrotürbine, üretilen her Kwh elektrik
için 13.700 Btu (DID) doğal gaz girişi vardır.
DID ve YID verimliliğini bulunuz.
(Bir önceki bölümde verimlilik ve ısı oranları arasındaki ilişki verilmişti.)

Geleneksel kombilerde baca çıkışı gaz sıcaklığı 130°C-150°C
arasıdır.
Bir eşanjör ile tesisatta dönen ısısı düşmüş suyu ısıtır ve
kendiside gaz halinden sıvı hale geçer, su buharı olur. Yaklaşık
50°C’ye kadar olur.
Bu sistem için ya alttan ısıtma yada büyük petekli sistemler
olmalı ki dönüş suyu düşük sıcaklığa sahip olsun ve yoğuşma
meydana gelebilsin. Bacadan atılan gazda hermetik(çift, iç içe
boru sistemi) ile gelen temiz havayı ısıtır.
Doğal gaz içerisinde %90 civarında metan olan bir gazdır. ÜID
ve AID değer arasındaki fark %10 civarındadır.
Büyük güç santrallerinde verim UID’ye göre,
Mikrotürbinler veya pistonlu motorlar gibi dağıtık sistemlerde
AID’ye göre hesaplanır.
TermalVerimlilik (YID)=Termal Verimlilik (DID)*(DID/YID)
Mikroyanmalı Türbinler
Önceden bahsedilen puant enerji
santrali olarak da kullanılan temel gaz
türbinleri 1MW-200 MW gibi değişken
aralıkta kullanılıyordu.
 Yaklaşık 500 watt-Birkaç yüz kw’a
kaadr
üretim
yapan
türbinler
Mikrotürbin adını almaktadır.

2
21.10.2014

Şekil kompresör,türbin ve sabit mıknatıslı jeneratörden oluşan temel konfigürasyonu
göstermektedir.

Bu durumda her şey tek bir mil üzerinde yer almaktadır.

Giren hava üç veya dört transfer atmosfer basıncı sıkıştırılmakta, recuperator denen ısı
esanjörüne gönderilmekte,burada ısısı sıcak egzoz gazları ile yükseltilmektedir.

Gelen sıkıştırılmış havanın önceden ısıtılması ısı esanjörünün verimliliğini artırmaktadır.

Sıcak, sıkıştırılmış hava yanma odasındaki yakıtla karıştırılır ve yakılır.

Sıcak gazların türbinlere doğru genişlemesi kompresör ve üreteci durdurur.

Egzozun ısısı ısı esanjörüne gelen havaya aktarıldıktan sonra egzozdan atmosfere salınır.

Enerji akışı ile kombine ısı ve güç modu
şekilde gösterilmiştir.
Bazı mikrotürbinlerin örnek özellikleri
tabloda verilmiştir.
 Mesala Capstone Turbine firması 30 kw ve
60 kw’a kadar güç üreten buzdolabı
büyüklüğünde mikrotürbinler üretir.

Örnek 2: Kombine ısı ve güç






Elliot TA 100 A üreteci 105 kW çıkışında 1,24*106 Btu/hr
doğal gaz yakmaktadır. Kayıp ısı apartmanda su ve saha
ısıtmada kullanılan kazanda kullanılmaktadır. Tasarım,
kazandaki su ısısının 120ºC’den 140ºC’ye kadar ısıtılması
ve kazana dönüşümü şeklindedir. Sistem bu şekilde 8000
saat çalışmaktadır.
A)Eğer yakıt enerjisinin %47’si kazan suyuna iletiliyorsa su
akış oranı ne olmalıdır?(gal/dk)
B)Eğer kazan %75 verimli ise ve her bir milyon Btu için 6$
maliyeti varsa kazan yakıtı yerine mikrotürbin kullanarak ne
kadar para tasarrufu sağlanmış olur?
C)Eğer kamu elektriği 0,08 $/kWsa maliyette ise mikrotürbin
kullanılması kamu elektriğinden ne kadar tasarruf sağlar?
D) Eğer Q&M(operasyon ve bakım) 1500 $/yıl ise
mikrotürbinin yıllık net tasarrufu ne kadardır?
E)Eğer mikrotürbin fiyatı 220.000$ ise yıllık tasarrufun ilk
yatırıma oranı nedir? (ilk yatırımın dönüş oranı=?)
3
21.10.2014
Çözüm:

A)
Spesifik ısısı c ve kütle akış oranı m olan bir maddenin
sıcaklığını Δt kadar artırmak için, gereken ısı
=
∆
1Ib suyu 1ºF artırmak için 1 Btu gerektiğinden ve bir galon
su 8,34 Ib gerektiğinden su akış oranı;
̇=
,
º ∗
∗ ,
∗
º ∗ ,
/
∗
=
/
/
Piston İçten Yanmalı Motorlar
 Sabit hızlı ac generatörler ve bunlara
bağlanmış
pistonlu-içten
yanmalı
motorlar dağıtık üretim sistemlerinin
büyük kısmını sağlamaktadır.
 %37-%40 civarında A.I.D verimleri vardır.
 0,5 kW-6,5 MW arası kapasiteleri
bulunmaktadır.
 Benzin,doğalgaz, gaz yağı, fuel oil, alkol,
atık
tesis
gazları
v.b
yakıtlarla
çalışmaktadır.
 En ucuz dağıtılmış üretim tesisleridir.

Şekilde gösteridiği gibi 4 zamanlı çevrim bir emme evresi, bir sıkıştırma
evresi, bir güç evresi ve bir atma/egzoz evresi içerir.

Emme evresinde piston aşağı hareket eder. Oluşturulan vakum
havayı/hava/yakıt buharını emme vanasıyla içeri çeker.

Sıkıştırma evresinde piston yukarı hareket eder ve emme ve egzoz
vanaları kapanır.

Sıcak ve genişleyen gazlar pistonu aşağı iter ve oluşan güç krank milini
dönmeye zorlar.
Son evrede yükselen piston sıcak egzoz gazlarını o an açılan egzoz
vanasından dışarı atar ve çevrimini tamamlar.

4
21.10.2014
4 zamanlı motorlar;
Kıvılcım ateşlemeli:
-Benzin,doğal gaz, propan
Sıkıştırma ateşlemeli:
Motorin, fuel-oil,
-daha güçlü ve dağa ağırlar
-Verimleri yüksek, ucuz.
-Bakımları çok ve emisyon değerleri
problem
Stirling Motorları
 İçten yanmalı motorların patlama
tehlikesine karşı dıştan yanmalı
motorlar geliştirilmiştir.
 Bir buhar çevrim güç santralleri
genelde dıştan yanmalı olup, Stirling
çevrim motorları dıştan yanmalı
pistonlu motorlara bir örnektir.
 Piston tahrikli çalışmaktadır.
 Temel stirling motorunun yanında
konsantre güneş enerjili sistemler
bulunmaktadır.





Hava-yakıt karışımını silindire girmeden
turbo charger ile sıkıştırıp verim artırılabilir.
Ayrıca NOX emisyonu düşürülebilir.
Kıvılcım ateşlemeli motorlarda AID verimi
%41, UID verimi %38
Sıkıştırma ateşlemeli (dizel) motorlarda AID
verimi %46 ve UID verimi %44’tür.
Motorlarda gelişim;
Çıkış net gücünün artışı
Sürtünme azalması
Egsoz gaz kayıplarının azaltılması ile
yapılmaktadır.

Stirling çevrimi 4 durumdan ve bu durumlar arası dört geçişten oluşmaktadır.

Temel çalışma prensibi ise;
Yalıtılmış hava, helyum veya hidrojen gibi gazların dıştan ısıtılması ve soğutulması ile
işlemin tekrarı ile çalışmaktadır.
Gaz ısıtıldığında, yalıtılmış olan hava içinde olduğundan basıncı yükselir ve güç pistonu
etkileyerek güç torku oluşturur.
Gaz soğutulduğunda ise basıncı düşer ve güç torku üretir. Bu arada gaz iki yalıtılmış oda
arasında
gidiş-geliş
yapar.
Burada
atık
egzoz
gazıda
yoktur
5
21.10.2014
Konsantre Güneş Enerjisi Teknolojileri
Isı motorlarında güneş ışığını termal
enerjiye çevirerek generatörü çalıştırma
temeline dayanmaktadır.
 Konsantrasyon olmadan güneş ışığı yeterli
termal verimi yakalayamaz.
 Güneş ışığının konsantrasyonu konusunda
üç yaklaşım bulunmaktadır.

1) Güneş çanağı/ Stirling Güç Sistemleri

Parabolik bir çanak içine aynalar yerleştirilmektedir.

Çanak güneşi
odaklamaktadır.


Termal alıcı bu ısıyı emip, stirling motoruna aktarmaktadır.
Soğutma araba radyatörü montajı ile su kullanılır.

Verimlikleri %30 civarındadır.

Megawatt başına 4 dönüm alan gibi büyük alana ihtiyaç vardır.

Arada çanaklar yıkanmalıdır. Bunun haricinde suya ihtiyaç duyulmaz.

Çöllerde kullanılabilir.
Tüketim merkezlerine yakın yerlere kurularak kayıplar azaltılabilir.


takip
etmektedir
ve
ışınları
termal
alıcıya
Stirling motoruyla parabolik çanak sistemleri
Lineer güneş-oluk sistemleri
Güneş ışığını bir güç kulesine yansıtan
heliostatlar
2) Lineer parabolik oluklar

Kuzey-güney ekseni boyunca güneşi takip ederek doğu-batı ekseninde
dönerek çalışmaktadır.

Güneş kaybolsa bile birkaç saat daha çalışabilecek termal depoları (yağ
depoları) bulunmaktadır.

Depo kullanılmayanlarda ise dizel yakıtlı hibrit sistemlerde kullanılır.

Isı transfer akışkanı, parabol merkezi boyunca uzanan alıcı tüplerde
400°C’ye ısıtılır. Seri ısı esanjöründen geçilerek buharın basıncı ve
sıcaklığı artırılır.
3) Heliostatlar
Aynalar bilgisiyarlar yardımıyla kontrol edilir.
Kule boyu 90 m’ye kadar çıkabilir.
100 MW’lık sistemler mümkündür.
Tanklar sıcaklığın depo edilebildiği tuz, kaya ve yağla doludur.
Depolanan enerji ile 12 saat üzerinde full kategoride çalışabilir.
6
21.10.2014
3 teknoloji birbiriylekarşılaştırıldığında,
Stirling sistemde;
%21 verim
1 güneş ışığı 3000’e (4 dönüm/MW)
Su açısından en iyisidir.
Gürültüleri en az
Kolay kurulumlu
Parobolik sistemde;
%14 verim
1 güneş ışığı 1000’e (5 dönüm/MW)
Güç kulelerinde;
% 16 verim
1 güneş ışığı 1000’e (8 dönüm/ MW)






Genelde buhar türbini yerine gaz
türbinlerinden oluşurlar. Ancak yakıt gaz
olmadığı için ara katman kullanılır. Aksi
halde türbinler parçalanabilir.
Önce
yakıt
gazlaştırılır,
yanma
işleminden önce temizlenir. Sonra gaz
türbinlerine verilir.
Biomassta sülfür oranı çok düşüktür.
Böylece kömürden daha kolay gazlaşır.
Ancak içeriğinde nitrojen çoktur ve Nox
kontrolünün yapılması gerekir.
5 cent/KWh ‘e elektrik üretilebilir.
Elektrik İçin Biyokütle (Biomass)







Biyokütle enerji sistemleri bitkilerde fotosentez sırasında
yakalanan ve depolanan güneş enerjisini kullanır.
Türkiye’deki yıllık yakıt (bitkisel/hayvansal/sanayi çöp)
potansiyeli 117 Milyon ton
Verimlilik düşük olduğu için güneşi toplamak ve
depolamak önemli hale gelmiştir.
Fotosentezden dolayı karbon emisyonunda problemi
bulunmaktadır.
Biomass santralleri geleneksel Rankine buhar çevrimine
göre çalışmaktadır.
Yakıtın olduğu kere kurulursa ekonomik olmaktadır.
Verimlilikleri %20’in altındadır. Ancak yakıtın ucuz olması
sebebi ile 9 cent/kWh ‘e elektrik elde edilebilir.

Gazlaştırma işlemi,

2 basamakta gerçekleşir.
İlk
kısmında işlenmemiş biomass yakıtı ısıtılır,piroliz ile
buharlaştırılıyor. Isıtılıp nemi alınıyor. 400 °C’de ‘’synges’’ denilen
ürün gazı (nitrojen) oluşuyor. İçinde çoğunlukla H2, CO, Ch4, CO2
ve N2 bulunmaktadır.
Char –sadece karbondur.
Piroliz: Cam ve metaller atındıktan sonra hava olmadan kalan
çöpün ısıtılarak gaza,sıvı yakıta veya kömüre dönüştürülmesi
işlemidir. Çıkan gazı külden kurtarmak için, gaz temizleme ünitesi
kullanılır.
Geri kalan mucurlar ise ayrışma tankından geçerek yüksek vasıflı
kok kömürü olarak kullanılır.
7
21.10.2014
Mikro-Hidro Güç Sistemleri







2. basamakta karbon 700 °C’ye ısıtılır ve 02, Buhar ve
hidrojenle reaksiyona girerek ek syngas üretir.
Eğer çıkış ‘’syngas’’ kondenserden geçirilirse ‘’Biocrude’’
denilen konsantre yakıt ortaya çıkar.
Biomass’te bir yöntemde bakteriler ve su atıklarının
birleştirilip
reaksiyona
sokulmasısonucunda
metan,karbondioksit, nitrat,sülfür ve birçok gazın elde
edilmesidir.
Birleştirme işlemi ‘’digester’’’denilen tanklarda yapılır.
Çıkışta %55-75 arası metan vardır.




Suyun taşıyıcı borulara yönlendirildiği ve bir güç istasyonuna aktarıldığı
bir
mikro-hidroelektrik
sistemi.
En basit mikro-hidro güç santralleri nehir-boyunca akan (run-ofthe-river)
sistemleridir,
yani
bir
baraj
gerektirmezler.
Bu nedenle, barajların ve rezervuar elemanlarının ekosistem
bozulmasına
hemen
hemen
hiç
neden
olmazlar.
Nehir-boyunca akan sisteme bir örnek şekilde gösterilmiştir.
Nehrin bir kısmı taşıyıcı boru denen, suyu basınç altında girişin
(intake) alt seviyesinde bulunan bir güç istasyonundaki bir hidrolik
türbin/jeneratöre
ileten
bir
boru
hattına
yönlendirilir.
Sistemin nasıl tasarlandığına bağlı olarak güç istasyonu ortalama
jeneratör çıkışını aşan pik taleplerde yardımcı olması için bir
batarya
bankası
içerir.
Hidroelektrik enerji küresel elektrik üretiminin
%19’unu sağlayan çok önemli bir kaynaktır.
Afrika ve Güney Amerika’daki bazı ülkelerde
hidroelektrik,
elektrik
gücünün
%90’dan
fazlasının kaynağıdır.
Hidroelektrik ABD elektriğinin %9’unu üretir,
mütevazi görünebilir fakat hala diğer yenilenebilir
kaynakların toplamının çıktısından daha fazladır.
Hidroelektriğin neredeyse tamamı bazen 30 MW
kapasitenin üzeri olarak tanımlanan büyük ölçekli
projelerde üretilir.
Küçük ölçekli hidroelektrik sistemleri 100 kW ile
30 MW arasında üretim yapanlar olarak kabul
edilirken, mikro-hidroelektrik santralleri 100
kW’dan az olanlardır.
Bizim burada ilgilendiğimiz mikro-hidroelektriktir.
Bir Mikro-hidro Santralinden Sağlanan Güç

Su ile ilgili enerji kendini üç yolla gösterir :
◦ potansiyel enerji,
◦ basınç enerjisi
◦ kinetik enerji.
Bir hidroelektrik sistemindeki enerji referans seviyesi üzerindeki yüksekliği
nedeniyle potansiyel enerji olarak başlar.
Taşıyıcı borudaki
yapabilmelidir,
basınç
altındaki
su
serbest
bırakıldığında
iş
öyleyse bu basınçla ilgili bir enerji de vardır. Son olarak, su aktıkça hareket
eden her kütle ile ilgili kinetik enerji de bulunur.
Şekilde su, havuzdan taşıyıcı boru boyunca ağız(nozzle) dışına doğru
aktıkça bu enerji formları arasında geçişleri gösterir.
Enerjinin potansiyelden basınca ve kinetik enerjiye dönüşümü;
8
21.10.2014


Bu üç enerji formunun her birini ağırlık başına olarak
ifade etmek uygundur, bu durumda enerji baş olarak
bilinir ve uzunluk ölçüleri cinsinden şu şekilde ifade
edilir; “brüt düşü (düşü feet)” veya “düşü metre”.
Toplam enerji potansiyel, basınç ve kinetik baş
toplamıdır ve aşağıdaki ifade ile verilir:
Mikro-hidrogüç sistemleri ile çalışırken,
özellikle
ABD’de,
farklı
birimlerle
kullanıldığından,
arasındaki
geçişler
için
 birimler
aşağıdaki tablodan yararlanılabilir.
 Su için dönüşüm faktörleri;

z bir referans noktası üzerindeki yükseklik (m veya ft),
p basınç (N/m2 veya lb/ft2),
γ spesifik ağırlık (N/m3 veya lb/ft3),
v ortalama hız (m/s veya ft/s),
g yerçekimi ivmesidir (9.81 m/s2 veya 32.2 ft/s2).
Çözüm:
Örnek 3: Amerikan sistemi üniteler

Aşağıdaki formül kullanılarak;
4-inch çapında bir taşıyıcı boru 150 gpm
suyu 100 feet yükseklik değişimiyle
sağlamaktadır.
 Borudaki suyun basıncı güç santraline
ulaştığında 27 psi dir.
düşünün ne kadarı boruda
 Mevcut
kaybolur?
 Türbin için ne kadar güç mevcuttur?

9
21.10.2014
Bir yerden teorik olarak elde edilebilir güç,
kaynak ile türbin arasındaki düşü, (H, denen
yükseklik farkı) ile birinden diğerine akan
suyun akış oranı, Q,’nun çarpımı ile doğru
orantılıdır..
 Basit bir boyut analizi kullanarak;


Türbin için gereken ulaşılabilir gücü azaltan boru kayıplarını
içermediği için eşitlikte verilen düşü, H’a brüt düşü, HG denir.

Net düşü, HN, brüt düşü (gerçek yükseklik farkı) ile borudaki
düşü kaybı arasındaki fark olacaktır.
Bu kayıplar boru çapının, akış oranının, boru uzunluğunun,
boru düzgünlüğünün ve suyun türbine doğru giderken geçmek
zorunda olduğu viraj, vanaların ve dirseklerin bir
fonksiyonudur.
Eşitliklere göre, yüksek düşü ve düşük akışlı bir
yer ile tam tersi karakteristikte bir yer arasında
fark yokken, fiziksel tesisler arasındaki farklar
dikkate değerdir.
 Yüksek düşü yer ile düşük akış oranı; kolayca
erişilebilir ve çalışması kolay olan daha küçük
çaplı borulama ile daha küçük ve daha ucuz
türbinler gerektirir.
 Ortalama akışların olduğu uygun düşü ev
ölçeğindeki projeler hızlı, basit, maliyet etkin
sistemlere öncülük eder.

Boru kayıpları





Şekilde çeşitli çaplardaki PVC ve polietilen (poly) borular için 100
feet boru başına düşü feet olarak ifade edilen sürtünme kayıplarını
gösterir.
PVC borunun sürtünme kayıpları daha düşüktür ve polietilenden
daha ucuzdur, fakat küçük çaplı polietilen esnek olduğundan
montajı daha kolaydır ve 100 feet ile 300 feet arası uzunluklarda
satın alınabilir.
Daha büyük çaplı polietilen borular daha kısa boylarda satılır ve
yerinde alın kaynağı yapılabilir. Her ikisini de güneş ışığından
korumak gerekir, çünkü ultraviyoleye maruz kalmaları bu
malzemeleri gevrek ve kırılması kolay yapar.
Şekilde brüt ve net düşü arasındaki farkı gösterilmiştir.
10
21.10.2014
Bir mikro-hidro sistemine iletilen enerji;
Örnek 4: Küçük bir kaynağın gücü

150 gpm suyun bir dereden alındığını ve 3 in. çapında 1000 ft
polietilen boruyla kaynaktan 100 ft aşağıdaki bir türbine
iletilmektedir.
Pratik kuralı kullanarak türbin/üretece iletilen gücü bulun.

30 günlü bir ayda ne kadar elektrik enerjisi üretilir?

Çözüm:

Örnekteki sonuç;

elde edilebilir potansiyel gücün yarısı borulama yüzünden
kaybolduğu için kötü bir tasarımdır.
Daha büyük çaplı boru kayıpları azaltırken iletilen gücü artıracaktır,
bu nedenle daha büyük enerji açısından kesinlikle daha iyidir.
Fakat büyük boruların maliyeti de fazladır, özellikle büyük vana ve
diğer bağlantı elemanları hesaba katıldığında, ve onlarla çalışmak
daha zordur.
Borulama maliyeti genellikle bir mikro-hidro projenin toplam
maliyetinin önemli bir oranı olduğundan en uygun boru çapına karar
vermek için bir ekonomik analiz yapılmalıdır.



11
21.10.2014

Bir nedenle boru çapının belirlendiğini farz edelim.

Belki bu rahat bulunabilen en büyük çapta, belki maliyeti karşılanabilecek çaptadır veya
zaten satın alınmıştır.

Boru içinden geçen optimum akış oranı olup olmadığı sorusu akla gelir. Eğer akış çok
yüksekse sürtünme gücün çoğunu götürür ve çıkış azalır. Akış oranını yavaşlatarak
sürtünme kayıpları azaltılır fakat iletilen güç de azalır.

Öyleyse bu iki rekabetçi fenomeni dengeleyen ve verilen bir boru çapı için maksimum
güç üreten bir ideal akış oranı olmalıdır.

Bir boru hattının ilettiği maksimum gücün teorik olarak türetilmesi oldukça basittir.
Şekildeki eğriler şu eşitlik ile yaklaşık olarak oldukça doğru hesaplanabilir:
Örnek 5:Optimum akış oranı:

Bir önceki örnekte;1000 ft uzunluğundaki 3 in. çapındaki polietilen borunun optimum
akış oranını bulunuz.

Çözüm; Eşitliğe göre;
sürtünmenin 100 ft brüt düşünün üçte biri olması, 1000 ft boruda 33,3 ft boru kayıpları
olması demektir.

3 in. polietilen için ;yaklaşık 120 gpm’in optimum olacağını gösterir.
:
Akış ölçümü





Örneklerde akışın yavaşlamasının boru hattının
ilettiği gücü nasıl arttırdığını gösterdiği halde bu,
hatta bir vana yerleştirilip bir parça kapatılmasının
işe yarayacağı anlamına gelmez.
Bu kazanılan güçten daha fazlasını harcayacaktır.
Bu, fazla güç kaybetmeden akışı kontrol eden
uygun tasarlanmış bir ağızın (nozzle) işidir.
Ve bir kez daha vurgulamak gerekir ki, iletilen
gücün artırılması için ilk yaklaşım daha büyük çaplı
bir boru kullanmaktır.
Akış oranını 5 ft/saniye’nin altında ve sürtünme
kayıplarını %20’nin altında tutmak iyi bir tasarım
olacaktır.



Elde edilebilecek su akışı bir sistemin
planlanması
ve
tasarlanması
için
gereklidir.
Bazı durumlarda kaynak çok bol ve talep
çok az olabilir ki bu durumda kaba bir
değerlendirme yeterli olabilir.
Eğer, kaynak mütevazi bir dere veya
sadece bir pınar ise, özellikle de akışı
mevsimlik ise bir hidro-güç yatırımı
yapmadan önce daha dikkatli gözlemler
ve ölçümler gerekebilir. Bu durumda en
az bir yıllık düzenli ölçüm yapılmalıdır.
12
21.10.2014

Akarsu akış tahmini, bir pervane-veyafincan-tahrikli akış ölçer kullanılarak derenin
tüm kesiti boyunca yapılan akım hız
ölçümlerini de içeren bir yöntem olmak
üzere
en
basit
kova-kronometre
yaklaşımından daha karmaşık yaklaşımlara
kadar değişir.
 Mikro-hidro sistemler için sıklıkla en iyi
yaklaşım dere boyunca savak denen geçici
bir kontraplak, beton veya metal duvar inşa
etmektir.
 Savak üzerindeki bir delikten akan suyun
yüksekliği akışa karar vermek için
kullanılabilir.



Savaktaki delik çeşitli şekillerde olabilir, dikdörtgen, üçgen
veya yamuk şeklinde. Keskin bir kenarı olmalıdır ki su
damlaları deliği aşar aşmaz hemen düşsün.
Kesin doğruluk için bu savak ardında çok yavaş hareket
eden su havuzu oluşturmalıdır ki savağa yaklaştıkça yüzeyi
tamamen düz olmalı ve suyun üst akıntısının yüksekliğinin
ölçülebilmesi için bir çeşit cetvel yerleştirilmelidir.
Şekil’deki dikdörtgen savak için geometrik eşitlikler
kullanılarak ve yükseklik, h, yaklaşık 5 cm veya 2 in.’den
fazla tutularak akış şu eşitlikten çıkarılabilir:
Örnek 6: Bir savak hazırlamak

Şekil‘de verilen kısıtlamaları kullanarak en
az 100 gpm olması beklenen akışı ölçmek
için bir savak tasarlayın.
13
21.10.2014
Türbinler








Enerjinin kendisi gösterdiği üç form –
potansiyel, basınç ve kinetik düşügibi su gücünü de bir elektrik üretecinin milini döndürmek için
gereken mekanik enerjiye dönüştürmenin de üç farklı yöntemi
vardır.
Darbe türbinleri bir tekerin etrafındaki kovalara püsküren
yüksek hızlı su jetlerinin kinetik enerjisini yakalar.
Tersine olarak, bir reaksiyon türbininde su hızı mütevazi bir rol
oynar ve onun yerine istenen torku oluşturan bu türbinlerin
çarkları veya pervaneleri arasındaki basınç farkıdır.
Genel olarak, darbe türbinleri yüksek düşülerde en uygun
iken, düşük akışlı durumlarda reaksiyon türbini uygundur.
Ve son olarak, yavaş hareket eden, fakat güçlü, geleneksel
hedefi şaşmayan su çarkları potansiyel enerjiyi mekani
enerjiye çevirir.
Su çarklarının yavaş dönme oranı jeneratör için gereken
yüksek hızlar için zayıf kalır ve bu nedenle elektrik gücü için
kullanılmazlar.

Darbe türbinleri mikro-hidro sistemlerinde en çok kullanılan
türbinlerdir.

Orijinal darbe türbini 1880’de Lester Pelton tarafından geliştirilmiş ve
patenti alınmıştır, ve modern benzerleri onun adını taşımayı sürdürür.
Bir Pelton çarkında su ağızlardan dönen tekere bağlı ikiz kovalara
püskürür.
Kovalar, suyun kinetik enerjisinin mümkün olduğunca çoğunu alıp,
kovadan çıkan suyun gelen suyu etkilemeden ayrılması için suya
yeterince enerji bırakacak şekilde dikkatlice tasarlanırlar.


Dört ağızlı bir Pelton çarkı şekil de gösterilmiştir.

Bu türbinlerin verimliliği genellikle %70 – 90 arasındadır.
Bir Pelton çarkının akış oranı basit sistemler
için
sıradan
sulama
sistemlerindeki
püskürtücüye benzeyen ağızlar tarafından
kontrol edilir.
 Su bir ağızdan çıktığında basıncı kinetik
enerjiye dönüştürülür,


Eşitliğini akış hızını bulmak için kullanabiliriz.
14
21.10.2014
Örnek 4.7.Bir pelton türbini için ağızlar
Ağız çapı aşağıdaki gibi bulunur.
Bir taşıyıcı boru 150 gpm (0.334 cfs) suyu
50 ft düşü ile 4 ağızlı bir Pelton türbinine
iletir.
 Jet ve ağız çaplarının aynı olduğunu farz
ederek bir ağız çapı bulun.
 Çözüm:
 Eşitlik kullanılarak;




Orijinal Pelton tasarımlarının verimliliği yüksek akış oranlarından kötü
etkilenir çünkü kovalardan ayrılmaya çalışan su gelen jet ile
etkileşime girme eğilimindedir.
Turgo çarkı denen başka bir darbe türbini Pelton’a benzer, fakat çark
başka bir şekildedir ve gelen su jeti bir yönden pervanelere
çarparken diğer yönden çıkan suya izin vererek etkileşim problemini
büyük ölçüde azaltır.
Turbo tasarım aynı zamanda jetin birkaç kovaya aynı anda
püskürmesine imkan sağlar; bu türbini Pelton’dan daha hızlı
döndürür ve jeneratör hızları ile daha uyumlu hale getirir.

Çapraz akış denen, özellikle düşük-orta düşü (5 – 20 m) santrallerde
faydalı olan başka bir darbe türbini daha vardır.

Mucit, ana geliştirici ve halihazırdaki üreticiyi yansıtan bu türbin
Banki, Mitchell veya Ossberger türbini olarak da bilinir. Bu türbinlerin
üretilmesi kolaydır ki bu onları yerel inşa edilebildikleri gelişen
ülkelerde popüler kılmaktadır.

Yüksek akış oranı ile düşük düşü montajlar için reaksiyon türbinleri en sık
kullanılanlardır.

Darbe türbinlerindeki gibi çarkın bir su akıntısı tarafından vurulması yerine,
reaksiyon türbin çarkları tamamen su içine daldırılır ve güç hız yerine çarklar
arasından hareket eden suyun ağırlığından elde edilir.

Mikro-hidro montajlarda kullanılan reaksiyon türbinlerinin çoğunun dışarı takılan
motor pervanelerine benzeten çarkları vardır.

Çarklar 3 ile 6 pervane arasında olabilir ki genelde küçük sistemler için sabit
aralıklıdır.

Değişken aralıklı pervaneler içeren daha büyük üniteler ve diğer ayarlanabilir
özellikler Kaplan türbinleri olarak bilinir. Şekilde, türbin ve dışarıya monte edilmiş
üreteç arasında dişlileri içeren bir mekanizma bulunan dik açılı sürücü sistemi
.
örneği verilmiştir
15
21.10.2014

Tek bir mikro-hidro sistemin batarya deposu; borular, vanalar, türbin
ve üreteç içeren hidro sistemin pik değer yerine herşeyin daha küçük
ve ucuz olabildiği sadece ortalama günlük güç talebini karşılayacak
şekilde tasarlanmasına imkan sağlar.

Şüphesiz uygulamalar açılıp kapandıkça yükler gün boyunca
değişebilir; fakat talepteki gerçek pik değerleri, önemli uygulama ve
güç aletlerindeki motorları başlatmak için gereken akım
dalgalanmaları ile ilgilidir.
Bataryalar bunu kolaylıkla halleder. Su akışındaki günlük değişimler
mütevazi olduğundan mikro-hidro batarya depolama sistemleri
havaya bağımlı PY sistemlerinin halledebileceğinden daha kısa
kesintileri kapsayacak şekilde boyutlandırılabilir.
Mikro-hidronun elektriksel özellikleri






Daha büyük mikro-hidro sistemleri ac güç kaynağı olarak
kullanılabilir, yani geleneksel senkronize üreteç ve şebeke
arayüzleri kullanılarak kamu hatları beslenebilir.
Çıkış frekansı üretecin rpm değeri tarafından belirlendiğinden,
çok kesin hız kontrolleri gereklidir.
Mekanik governors ve elle kumanda edilen kontrol vanaları
geleneksel olarak kullanılırken, modern sistemlerde
mikroişlemciler tarafından kontrol edilen elektronik governors
vardır.
Ölçeğin diğer tarafında, ev-boyutlu mikro-hidro sistemler
batarya doldurmak için kullanılan genellikle dc üretirler.
Kamusal gücün erişilebilir olduğu durum bir istisnadır.
Bu durumda şebekeye bağlı bir sistem, ki talep hidro sistemin
sağladığından daha az olduğunda metre bir yönde döner ve
daha fazla olduğunda diğer yönde döner, batarya depolama
yaklaşımından daha basit ve ucuz olacaktır.
Batarya bazlı mikro-hidro sistemi elektrik blok şeması


İki günlük depolamanın makul olduğu düşünülür.
Yakıt Hücreleri
İnanıyorum ki bir gün hidrojen ve
oksijenden oluşan suyun, tek bileşeni
veya ikisi beraber bir yakıt olarak
kullanılacak, tükenmez bir ısı ve ışık
kaynağı olacaktır.
 —Jules Verne, Gizemli ada, 1874





Tipik bir bataryaya dayalı mikro-hidro sistemindeki ana elektriksel bileşenlerin
bir şeması şekilde verilmiştir.
Bataryaların aşırı yüklemeden zarar görmesini önlemek için gösterilen
sistem, aşırı gücü üreteçten -mesela elektrikli su ısıtıcı tanktaki ısıtma
elemanı gibi- şönt yüke yönlendiren bir yük kontrolörü içerir.
(a) Türbinlere olan su akışını ayarlayan (b) akıntıyı akıntı alan sarmallarına
ayarlayarak jeneratör çıktısını düzenleyen diğer kontrol şemaları da
mümkündür.
Görüldüğü gibi, diğer yükler ac’yi bir dönüştürücüden alırken, bataryalar bazı
yüklere direk dc güç sağlayabilirler.
16
21.10.2014







suyu hidrojen ve oksijene dönüştürmek için gereken enerji, elde
edilebilecek enerjiden daha fazla olduğundan, suyun kendisi bir yakıt
olarak düşünülemez.
Yakıt hücreleri (hidrojen, doğal gaz, metanol, gazolin, vs…) bir
yakıttaki kimyasal enerjiyi direk olarak elektrik güce çevirir.
Yakıt enerjisini ilk olarak ısıya çevirme ara adımından –sonra mekanik
hareket ve son olarak elektriksel güce çevrilir- kaçınıldığında yakıt
hücreleri verimliliği ısı motorlarının Carnot limitleriyle (şekil 4.25)
kısıtlanmaz.
Yakıttan elektriğe güç çevrim verimliliğinin %65 gibi yüksek olması
olağandır ve yakıt hücrelerinin potansiyel veriminin bugün çalışan
merkezi güç santrallerinin potansiyelinin kabaca ortalama iki misli
olduğunu gösterir.
Yakıt hücrelerinin yüksek verimlilik dışında onları çekici kılan diğer
özellikleri de vardır. yakıt hücreleri yüksek sıcaklıklarda çalışırken bazı
termal NOx emisyonu olabileceği halde, genel yanma ürünleri (SOx,
particulates, CO ve çeşitli yanmamış veya kısmi yanmış
hidrokarbonlar) salınmaz.
Yakıt hücreleri titreşimden etkilenmez ve neredeyse sessizdirler ve
emisyonsuz olmalarıyla birlikte yüklere çok yakın yerleştirilebilirler –
mesela, bir binanın bodrumuna. Yüklere yakın olması nedeniyle iletim
ve dağıtım sistem kayıpları olmadığı gibi kayıp ısı elektrik
kojenerasyonu ile saha ısıtma, havalandırma ve sıcak su gibi
uygulamalar için kullanılabilir.
Yakıt hücresi kojenerasyon sistemleri yakıttan elektrik ve ısıya
dönüşümde % 80 üzerinde toplam verimliliğe ulaşabilir
Kimyasal enerjinin bir yakıt hücresi içinde elektriğe
çevrilmesi
.
Yakıt hücrelerinin çalışmasının temelleri

Toplam verimliliğin yüksekliği sadece yakıt kazancı
sağlamaz fakat aynı zamanda, eğer bu yakıt doğal gaz gibi
bir hidrokarbon ise ana sera gazı, CO2, emisyonunu da
azaltır.

Gerçekte, eğer yakıt hücrelerinde, suyun rüzgar,
hidroelektrik veya fotovoltaik gibi yenilenebilir bir enerji
kaynağı ile elektrolizi ile elde edilen hidrojen kullanılıyor ise
hiçbir gazı emisyonu olmaz.

Yakıt hücreleri elektrik talebindeki kısa dönemli değişiklikleri
izlemek için verimlilikte mütevazi tavizler verilerek kolaylıkla
ayarlanabilir.

Son olarak doğaları gereği modülerdirler ve yük artışı
beklentisiyle geleneksel büyük, merkezi güç santralleri inşa
etme yaklaşımı yerine yükler arttıkça bunlara küçük
kapasiteli üreteçler eklenerek kullanılabilirler.

Temel yakıt hücresi kavramında birçok varyasyon vardır, fakat ortak bir konfigürasyon
şekildeki gibidir.

Gösterildiği gibi, basit bir hücre bir elektrolit tarafından ayrılan iki gözenekli gaz difüzyon
elektrodu içerir. Bir yakıt hücresi tipini diğerinden ayıran elektrolit seçimidir.
Şekildeki elektrolit pozitif iyonları ileten, elektron veya nötr gazları iletme yeteneğine sahip
ince bir zar içerir.
Akış alanı plakaları rehberliğindeki yakıt (hidrojen) hücrenin bir tarafına getirilirken, bir
oksitleyici (oksijen) karşı taraftan girer.
Giren hidrojen gazı aşağıdaki gibi zayıf da olsa proton ve elektronlara ayrılma
eğilimindedir:



17
21.10.2014
Yakıt hücresi termodinamiği : Entalpi




Bu ayrışma, reaksiyonun sağa doğru gitmesine yardımcı olmak
amacıyla elektrotları veya zarları katalistlerle kaplayarak teşvik
edilebilir.
Hidrojen gazı sol tarafta elektrot yakınlarında (anot) proton
saldığından, iki elektrot arasındaki zar boyunca bir konsantrasyon
farkı olacaktır.
Bu fark, protonların elektronları geride bırakarak zardan geçmesine
neden olacaktır. Sonuç olarak, katot anoda göre pozitif yük alır.
Geride bırakılan elektronlar pozitif yüklü katota doğru çekilir, fakat
zarı geçemediklerinden başka bir yol bulmaları gerekir.
Şekilde gösterilen yakıt hücresi şu yarı hücre
çifti ile tarif edilir:
Eğer elektrotlar arasında bir dış devre oluşturulmuşsa elektronlar
katoda gitmek için o yolu izleyecektir. Dış devredeki bu elektron
akışı enerjiyi yüke iletir (geleneksel akımın elektronların hareket
yönünün tersi yönde olduğunu hatırlayın, böylece I akımı katottan
anoda “akar”).




Hidrojen ve oksijenin birleşme için isteği, yakıt
hücresinin elektrik enerjisini yüke iletirken
kullandığı enerjiyi sağlar.
Önemli olan bu reaksiyon ile ne kadar enerji
salınacağı ve bunun ne kadarının elektrik
enerjisine dönüştürüleceğidir.
Bu soruları cevaplamak için, termodinamikten üç
terimi tarif etmemiz gerekir: entalpi, serbest
enerji ve entropi.
Maalesef, kendilerini kolay belli etmediklerinden
bu terimlerin her birinin doğru tanımlanması
ancak sezgisel yorumla olur.



Entalpi birimleri olarak genellikle maddenin her molü başına kJ’dür.

Bir sistemdeki moleküller sıcaklık ve duruma (katı, sıvı, gaz) bağlı
hissedilebilir ve gizli enerji, (moleküler yapıyla ilgili) kimyasal enerji,
(atomik yapıyla ilgili) nükleer enerji gibi çeşitli formlarda enerji içerirler
Yakıt hücreleri ile ilgili olan kimyasal enerjideki değişimdir ve bu
değişimler en iyi eltalpi değişimleri cinsinden tarif edilir.
Mesela, bir nesnenin potansiyel enerjisinden onun ağırlığı çarpı
referans noktadan olan yüksekliği olarak bahsedilebilir.
Referans noktası seçimi, bir nesne bir yükseklikten diğerine
kaldırıldıkça değişen potansiyel enerji ile ilgilendiğimiz için önemli
değildir.
Aynı kavram entalpiye de uygulanır. Bunu rastgele bir referans
koşuluna göre tarif ederiz.

Bir maddenin entalpisi onun iç enerjisi U ile hacmi
V ile basıncının P çarpımının toplamıdır:

Entalpi
H = U + PV
Bir maddenin iç enerjisi U; onun moleküllerinin kinetik enerjisini ve
moleküller, moleküller içindeki atomlar ve atomlar içindeki parçacıklar
arasında rol alan kuvvetlerle ilgili enerjileri içeren mikroskobik
özelliklerine işaret eder.
Bu maddenin toplam enerjisi onun iç enerjisi ile kinetik ve potansiyel
enerjiler gibi gözlenebilir, makroskobik formların toplamıdır.


18
21.10.2014

Entalpi için 25ºC referans sıcaklık ve 1 atmosfer referans
basınç (standart sıcaklık ve basınç - Standard
Temperature and Pressure, STP) kabul edilir.
Bir elemanın 1 atmosfer ve 25ºC’de kimyasal olarak
kararlı formu için referans durumu sıfır kabul edilir.
Mesela, oksijenin STP’de kararlı formu gazdır, öyleyse
O2(g) için entalpi sıfırdır, burada (g) gaz anlamına gelir.
Diğer taraftan atomik oksijen kararlı olmadığından
entalpisi sıfır değildir (gerçekte, 247,5 kJ/mol). STP’de bir
maddenin durumunun önemli olduğuna dikkat edin.
Mesela civa, 1 atmosfer ve 25ºC’de sıvıdır. Öyleyse Hg(l)
için standart entalpi sıfırdır, burada (l) sıvı anlamındadır.
Entalpinin bir yönü onun maddenin kendisini
bileşenlerinden oluşturmak için aldığı bir enerji ölçümü
olmasıdır.
Bir maddenin entalpisi ile onun elementlerinin entalpileri
arasındaki farkına oluşum entalpisi denir.















Tablo incelendiğinde diğer iki terim ;
mutlak entropi, S ve Gibbs serbest enerjisi, G, dikkat
çekmektedir.
ki bunlar maksimum olası yakıt hücresi verimliliğini
belirlemeye çalıştığımızda işe yarayacaktır.
Bir maddenin oluşum entalpisi negatif olduğunda bunun,
maddedeki kimyasal enerjinin onu oluşturan bileşenlerin
enerjisinden az olduğu anlamına geldiğine dikkat edin.
Yani, oluşum sırasında reaksiyona girenlerin enerjilerinin
bir kısmı oluşan nesnede kimyasal enerji olarak son
bulmaz.
Kimyasal reaksiyonlarda, ürünlerin entalpisi ile reaksiyona
girenlerin entalpisi arasındaki fark bize reaksiyonda ne
kadar enerji verildiğini veya alındığını gösterir.
Nihai üründe reaksiyona girenlerden daha az entalpi
bulunduğunda,
ısı verilir–yani, reaksiyon ekzotermiktir.
Diğer durumda ısı emilir ve reaksiyon endotermiktir.


Gerçekte bu, kimyasalın bileşeni nedeniyle o maddede
depolanan enerjidir.
STP koşullarında kısa bir oluşum entalpileri listesi
tabloda verilmiştir.
Entalpinin STP koşullarında özel bir değerini (veya
entropi ve serbest enerji gibi diğer termodinamik
özellikleri) bize hatırlatması için bir superscript “º”
kullanılır (mesela Hº).
Madde
Durumu
Sº (kJ/mol-K)
Gº (kJ/mol)
H
Gas
217.9
0.114
203.3
H2
Gas
Hº (kJ/mol)
0
0.130
0
O
Gas
247.5
0.161
231.8
O2
Gas
0
0.205
0
H2O
Liquid
−285.8
0.0699
237.2
H2O
Gas
−241.8
0.1888
228.6
C
Solid
0
0.006
0
CH4
Gas
−74.9
0.186
−50.8
CO
Gas
−110.5
0.197
137.2
CO2
Gas
−393.5
0.213
394.4
CH3OH
Liquid
−238.7
0.1268
166.4
H2 + ½O2 → H2O
 reaksiyonu analiz edersek, H2 ve O2
entalpileri sıfırdır
 öyleyse oluşum entalpisi basitçe nihai
ürün olan H2O’nun entalpisidir.
 H2O’nun entalpisinin su buharının sıvı
veya gaz olmasına bağlı olduğuna dikkat
edin.

19
21.10.2014




Entalpi değişiklikleri için negatif işaretler
bize
bu
reaksiyonların
ekzotermik
olduğunu, yani ısı verildiğini gösterir.
Su ile su buharı arasındaki entalpi farkı
44.0 kJ/mol’dür.
Bu
nedenle,
bu
değer
suyun
buharlaşmasının bilinen gizli ısısıdır.
Gizli ısının hidrojen içeren bir yakıtın
yüksek ısıtma değeri (YID) ile düşük ısıtma
değerini (DID) birbirinden ayıran olduğunu
hatırlayın. Yanma esnasında oluşan su
buharında YID 44,0 kJ/mol gizli ısı içerirken
DID içermez.
4.8. Metan için yüksek Isıtma Değeri (YID).
Metanın CH4, CO2 ve su (H2O)
oluşturmak için oksitlendiğinde
 kJ/mol ve kJ/kg olarak
 YID değerini bulun.

Yakıt Hücrelerinin Entropi ve Teorik Verimliliği







Başlangıç
olarak,
tüm
enerjinin
eşit
olarak
oluşturulmadığını belirtelim.
Yani, mesela, 1 joule elektrik veya mekanik enerji bir joule
ısı enerjisinden daha kullanışlıdır.
1 Joule Elektrik veya iş enerjisini %100 verimlilikle ısıya
dönüştürebiliriz fakat 1 Joule ısıdan 1 joule elektrik veya
ısıyı elde edemeyiz.
Bu, enerji formları arasında bazılarının diğerlerinden “daha
iyi” olduğu bir hiyerarşi olduğunu gösterir.
Elektrik ve mekanik enerji (iş yapma) en yüksek
kalitededir.
Teoride elektrik ve mekanik iş arasında %100 dönüşüm
verimliliği ile geçiş yapabiliriz.
Isı enerjisi daha düşük kalitededir, düşük sıcaklıktaki ısı
yüksek sıcaklıktaki ısıdan daha düşük kapasitededir. Peki
kimyasal enerji bu şemada nereye düşer? Termalden daha
iyi fakat mekanik ve elektrikselden daha kötü.
20
21.10.2014


Entropi bize tam olarak nereye düşeceğini bulmaya
yardım edecektir.
Süreç esnasında sıcaklığı, T değişmeyecek kadar
büyük bir rezervuardan Q miktarında ısı alındığında
rezervuardaki entropi kaybı ∆S şu şekilde tanımlanır:



Şimdi bu fikirleri bir yakıt hücresine uygulayalım.
Kimyasal enerjiyi elektrik ve kayıp ısıya dönüştüren
bir yakıt hücresini gösteren şekilde dikkat edelim.
∆S = Q / T
Q kilojoule (kJ), ve T kelvin (K = ºC 273,15)
olduğundan entropi birimi kJ/K’dır.
 Hatırlanmalıdır ki entropi sadece ısı transferi ile
alakalıdır ve elektrik veya mekanik iş mükemmel
olduklarından entropileri sıfırdır.
 Son olarak, her gerçek sistemde tüm entropi
değişiklikleri dikkatlice toplandığında
termodinamiğin ikinci kuralına göre toplam
entropide bir artış olacağını hatırlanmalıdır








Hücre bir miktar elektrik We, üretir ve bir miktar termal enerjiyi, Q,
etrafa yansıtır.
Isı transferi ve bir gerçek sistem olduğundan entropide bir artış
olmalıdır.
Bu gereksinimi yansıyan ısının minimum miktarını ve dolayısıyla
yakıt hücresinin üreteceği maksimum elektrik güç miktarını
belirlemek için kullanabiliriz.
Bunun için, hücredeki entropi değişikliklerini dikkatlice
listelememiz gerekir.
H2 + ½O2 → H2O + Q
burada ısının (Q) salınacağı gerçeği görünmektedir. Reaksiyona
girecek H2 ve O2’nin entropisi kaybolacak fakat yeni entropi,
oluşan H2O’da görünecek entropi ile ısı (Q) formunda görünecek
entropinin toplamı olacaktır.
Süreç izotermal olduğu sürece –ki bir yakıt hücresi için makul bir
yaklaşımdır, yansıyan ısıda görünen entropiyi şu şekilde
yazabiliriz:

∆S = Q / T


Yakıt hücre reaksiyonları ekzotermiktir, yani entalpi
değişiklikleri ∆H sıfırdır.
Negatif miktarlarla uğraşmak tuhaf bir terminolojiye
yönlendirir ki bundan, bu reaksiyonların şekilde
gösterildiği gibi ısı ve işe çevrilebilen bir entalpi
kaynağı olarak çalıştıklarını söyleyerek kaçınabiliriz.

Gerekli listeleme için reaksiyona girenlerin ve ürünlerin entropi
değerlerine ihtiyaç vardır.

Ve her zamanki gibi referans koşulların tanımlanması gerekir.

Bir saf kristalize maddenin entropisinin mutlak sıcaklığın sıfır olduğu
noktada sıfır olduğu ilan etmek genel bir uygulamadır (“termodinamiğin
3. Kuralı”).

Diğer koşullarda bir maddenin entropisine, sıfır baz koşullarına referans
verilerek, o maddenin mutlak entropi değeri denir ve bu değerler birkaç
yerde listelenir.

Termodinamiğin ikinci kuralı gerçek bir yakıt hücresinde entropide net bir
artış olması gerektiğini söyler (bir ideal hücre sadece entropideki artışı
sıfır yapacak kadar ısı verecektir).

Bu nedenle yansıyan ısı ve üründeki (su) entropinin, reaksiyona
girenlerdekinden (H2 ve O2) daha fazla olması gerektiğini yazabiliriz:

Entropi kazancı ≥ Entropi kaybı

Q / T + ΣSürünler ≥ ΣSgirenler
Veya;

Q ≥ T ( ΣSürünler - ΣSgirenler )
21
21.10.2014



Eşitlik, bir yakıt hücresinde bulunması gereken
minimum ısı miktarını belirtir. Y
ani, yakıt enerjisinin tümünü elektriğe çeviremeyiz –bazı
termal kayıplara takılmış durumdayız.
En azından termal kayıplarımız bir ısı motoru ile
elektrik üretmekten daha az olacaktır.

Şimdi bir yakıt hücresinin maksimum verimliliğine
kolaylıkla karar verebiliriz. Şekil 4.28’den, bir kimyasal
reaksiyonun sağladığı entalpi, H, üretilen elektrik We ve
yansıyan ısının, Q, toplamına eşittir:

H = We + Q
Bizim istediğimiz elektriksel çıktı olduğundan yakıt
hücresinin verimliliğini şu şekilde yazabiliriz:



η = We/H = (H–Q)/H = 1–(Q/H)
Maksimum verimliliği bulmak için yapmamız gereken
tek şey eşitlikten teorik minimum ısı miktarını, Q
çekmektir.
Örnek 9:Bir yakıt hücresinin verdiği minimum ısı
25ºC (298 K) ve 1 atmosferde çalışan bir
yakıt hücresinin su ürettiğini varsayalım
 (yani, hidrojen yakıtının YID değeri )
 H2 + ½O2 → H2O (l)
∆H = -285,8
kJ/mol H2
 a. Her mol H2 için yansıyan minimum ısı
miktarını bulun.
 b. Yakıt hücresinin maksimum verimliliği
nedir?

Gibbs Serbest Enerjisi ve Yakıt Hücresi Verimliliği


Bir reaksiyonda verilen kimyasal enerjinin iki parçadan oluştuğu
düşünülebilir.
Serbest enerji, ∆G, isimli entropi olmayan kısım ki direk elektriksel veya
mekaniksel işe çevrilebilir, ve ısı, Q, olarak görünen kısım.

Termodinamiğin ikinci kanununu sağlayan serbest enerji, kimyasal
reaksiyonun oluşturduğu entalpiden serbest kalan ısının çıkarılmasıyla
bulunur.

Gibbs serbest eneji ∆G, bir reaksiyondan mümkün olan entropisiz,
maksimum elektriksel (veya mekaniksel) çıktıya karşılık gelir.
G, STP’de kullanılarak, reaksiyona girenlerin ve ürünlerin Gibbs
enerjilerinin toplamlarının farkı alınarak bulunabilir.


∆G = ΣGürünler - ΣGgirenler


Buna göre, olası maksimum verim, Gibbs serbest enerjisinin kimyasal
reaksiyondaki entalpi değişimine, ∆H, oranıdır.

η = ∆G / ∆H
22
21.10.2014
Örnek: Gibbs Serbest Enerjisi Kullanarak Maksimum Yakıt Hücresi
Verimliliği

STP’de bir proton dönüşüm zarının (protonexchange-membrane - PEM) hidrojenin yüksek
ısıtma değerine (YID) dayalı maksimum verimliliği
nedir?

Çözüm:
Bir ideal hücrenin elektriksel çıktısı
Gibbs serbest enerjisi; bir yakıt hücresinin verebileceği maksimum olası iş
veya elektrik miktarıdır.
 İş ve elektrik kayıp olmadan birbirlerine dönüştürülebildiklerinden bunlara
dönüştürülebilir enerji formları denir.
 Bir ideal hidrojen yakıt hücresi için maksimum olası elektriksel güç bu
nedenle ∆G’nin büyüklüğüne bağlıdır.
 Su üreten bir yakıt hücresi için STP koşullarında maksimum elektriksel
çıktı:
 We = |∆G| = 237,2 kJ/mol-H2
Bunun için
birimleri ayarlamalıyız, böylece elektriksel çıktı, We, geleneksel elektriksel
birimlerde (volts, amps ve watts) olacaktır.
Bunun için, aşağıdaki terminolojiyi uygun fiziksel sabitlerle birlikte ortaya
koyalım:
 q = bir elektronun yükü = 1,602 × 10−19 coulombs
 N = Avogadro sayısı = 6,022 × 1023 molekül/mol
 v = bir mol ideal gazın STP’de hacmi = 22,4 litre/mol
 n = hidrojenin hücreye akış oranı (mol/s)
 I = akım (A), 1 A = 1 coulomb/s
 VR = iki elektrod arasında ideal (geri dönüşlü) voltaj (volts)
 P = elektriksel güç (W)

Voltajın hidrojen giriş oranına bağlı
olmadığına dikkat edin.
 Artan sıcaklıkla birlikte ideal voltaj
düşüşlerine de dikkat edilmelidir,
 böylece bir PEM hücresinin en gerçekçi
çalışma sıcaklığında, yaklaşık 80ºC’de,
VR 1,18 Volta yakındır.
 Şimdi her üretilecek kWh elektrik başına
bu ideal yakıt hücresine verilmesi
gereken hidrojeni kolayca bulabiliriz.

23
21.10.2014
Gerçek Yakıt Hücrelerinin Elektriksel
Karakteristikleri







Gerçek ısı motorlarının mükemmel bir Carnot motoru
performansına erişemeyeceği gibi, gerçek yakıt hücreleri de tam
Gibbs serbest enerjisini vermez.
Aktivasyon kayıpları reaksiyonları başlatmak için katalistler
tarafından gereken enerjiden kaynaklanır.
Oksijenin su oluşturmak için proton ve elektronlarla birleştiği,
katottaki reaksiyonların göreceli yavaş hızı yakıt hücre gücünü
sınırlamaktadır.
Ohmik kayıplar elektrolit zarı, elektrotlar ve çeşitli ara bağlantıların
oluşturduğu iç dirençten geçen akımlardan kaynaklanır.
Çapraz yakıt (fuel crossover) olarak bilinen diğer kayıp dış
devreye elektron vermeden elektrolitten geçen yakıttan
kaynaklanır.
Ve son olarak, hidrojen ile oksijenin elektrodlara erişmekte
zorlandıkları zaman oluşan kütle nakliye kayıplarıdır.
Bu, özellikle eğer katotta katalisti tıkayan su oluşmaya başlamışsa
doğrudur. Bunlar ve diğer sebeplerden dolayı gerçek yakıt
hücreleri, genelde, teorik maksimum değerin sadece % 60 – 70’ini
oluşturur.






Yakıt hücresi I – V grafiğinin çoğunda,
akım arttıkça voltaj düşüşü lineerdir.
Bu, bazı iç dirençlerle seri olan gerilim
kaynağı içeren basit bir eşdeğer devre
akla getirir.
 Şekilde gösterilen yakıt hücresi için
ohmic
bölgeye
I–V
eğrisini
yerleştirmek şu yaklaşık ilişkiyi verir:

Şekil tipik bir yakıt hücresi için akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi
gösterir
(fotovoltaik I – V eğrileri bir yakıt hücresininkilere çarpıcı şekilde
benzerlik gösterir).
Akım sıfır iken gerilimin (açık devre gerilimi) 1 V’dan az
olduğuna, teorik 1,229 V değerinden yaklaşık %25 düşük
olduğuna dikkat edin.
Gerilim ile akımın çarpımı, güç, de gösterilmiştir. Akım sıfırken
veya gerilim sıfırken güç sıfır olduğundan arada gücün
maksimum olduğu bir nokta olmalıdır. Ş
ekilde gösterildiği gibi bu maksimum, yakıt hücresinin hücre
başına 0,4 ve 0,5 V arasında çalışmasına karşılık gelir.
Grafikte gösterilen üç nokta aktivasyon, ohmik ve kütle-nakliye
kayıplarının her birinin ayrı ayrı en önemli oldukları aralıkları
Örnek 11: Bir Ev Ölçeğindeki Yakıt Hücresi
Yığınının Kaba Parametreleri.

Sürekli çalışan bir 1-kW yakıt hücresi
tipik bir ABD’linin evinin tüm elektrik
ihtiyaçlarını sağlayacaktır. Eğer her biri
0,6 V’da çalışan bu yakıt hücresi yığını
48 V DC üretiyorsa,

eşitliğinin tanımladığı kaç hücreye ihtiyaç
duyulacaktır ve her hücrenin zar alanı ne
olmalıdır?
24
21.10.2014
Yakıt hücre tipleri
Proton Değişim Zar Yakıt Hücreleri (Proton Exchange Membrane Fuel Cells PEMFC)

Esasen Katı Polimer Elektrolit - Solid Polymer Electrolyte (SPE) yakıt hücreleri olarak
bilinir, ve şimdilerde bazen polimer elektrolit zar yakıt hücresi denir.
Verimlilikleri erişilebilir rakamlar arasında %45 (YID) ile en yüksektir. Şu anda çalışan
üniteler 30 W ‘dan 250 kW’a değişir.

Direk Metanol Yakıt Hücreleri (Direct Methanol Fuel Cells - DMFC)

Bu hücreler PEM hücreleri ile aynı polimer elektrotları
kullanır fakat gaz hidrojen yerine bir likit yakıt,
metanol (CH3OH) kullanmanın önemli avantajlarını
sunarlar.
Likit yakıtlar; motorlu araçlar gibi taşınabilir
uygulamalar ile cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar
gibi her şeye lazım küçük, taşınabilir güç kaynakları
ve dizel motor üreteçlerinde kullanılacak kaynaklar
olarak çok daha uygundurlar.

PEM hücreler, hücre başına 0,65 V’de ve 1 A/cm 2 akım yoğunluğunda 0,5 W/cm2’nin
üzerinde güç üretirler.

Zarlardan su buharlaşmasını kontrol etmek amacıyla bu hücreler sıcaklığın istenen
50ºC ile 80ºC arasında tutulması için aktif soğutma gerektirir.

Bu düşük sıcaklıklarda kayıp ısı kojenerasyonu konut güç sistemleri için yeterli olan
basit su veya saha ısıtma uygulamalarıyla sınırlıdır.

PEM hücreleri için bir kısıtlama yakıt kaynağı olarak çok saf hidrojene ihtiyaç
duymalarıdır.

Metanol (CH3OH) veya Metan (CH4) gibi hidrokarbon yakıtlarından üretilen hidrojen sık
sık karbon monoksit (CO) içerir ki bu katalistin CO ile zehirlenmesine sebep olabilir.

Anot katalistin zarına CO emildiğinde hidrojen reaksiyonlarının gerçekleşeceği yerler
azalır.

CO zehirlenmesini azaltmak, hücre yığınlarında su ile ısıyı yönetmek, düşük maliyetli
malzemeler geliştirmek ve üretim teknikleri PEM hücrelerinin şu anki sorunlarıdır.

Anot ve katotta yer alan kimyasal reaksiyonlar
şunlardır:


CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e− (Anot)
½ O2 + 2H+ + 2e− → H2O
(Katot)

toplam reaksiyon

CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2H2O
(Toplam)
Geriye metanol zehirlenmesine neden olan zardan aşırı yakıt geçişi ile
CO ve diğer metanol reaksiyon ürünleri nedeniyle katalist
zehirlenmesinin azaltılması gibi küçük teknik sorunlar kalır.
Taşınabilirlik ile basitlendirilmiş yakıt kullanımının avantajları bu
hücrelerin çok yakın bir gelecekte ticari ürün olacağını neredeyse
garanti etmektedir.

25
21.10.2014

Fosforik Asit Yakıt Hücreleri (Phosphoric Acid Fuel Cells - PAFC)
Alkalin Yakıt Hücreleri (Alkaline Fuel Cells - AFC)

Bu yakıt hücreleri piyasaya 1990’larda sunulmuştur ve
IFC’nin ONSI biriminin inşa ettiği 200 kW güçte ünitelerden
şu anda çalışan binlercesi vardır.
Bunların çalışma sıcaklıkları PEMFC’lerinkinden daha
yüksektir (200 ºC’ye yakındır), bu da kayıp ısıyı
havalandırma ile binalarda su ve saha ısıtma için daha
kullanışlı kılar.
PAFC’de gerçekleşen elektrokimyasal reaksiyonlar PEM
hücresinde olanlarla aynıdır fakat bu durumda elektrolit bir
proton dönüşüm zarı yerine fosforik asittir.
Bu hücreler CO’e PEM hücrelerden daha iyi dayanırken,
H2S’e karşı daha duyarlıdırlar.
Zaten kullanımda olan birçok PAFC olduğu halde, bunların
geleceği, yüksek üretim düzeylerinin üretim maliyetlerini
diğer kojenerasyon teknolojileri ile rekabet edebilecekleri
seviyeye çekebilmelerine bağlıdır.
Bu yüksek verimli ve güvenilir yakıt hücreleri Apollo
ve Uzay Mekiği programları için geliştirilmiştir.
Bunların elektrolitleri potasyum hidroksittir (KOH) ve
yük taşıyıcı H+ yerine OH- iyonlarıdır.
Elektrokimyasal reaksiyonlar şu şekildedir.





H2 + 2OH- → 2H2O + 2e-
(Anot)

½O2 + H2O + 2e- → 2OH-
(Katot)

Alkalin yakıt hücreleriyle ilgili asıl problem
atmosferdeki düşük seviyelerde bile olsa
CO2’ye maruz kalmaya dayanamamalarıdır.
Katodik reaksiyonlar için hava O2 kaynağı
olduğundan bunların dünyadaki uygulamalar
için kullanılmaları pek mümkün değildir

Bir MCFC’de iletken iyon hidrojen, H+, yerine karbonattır, CO32ve elektrolit erimiş lityum, potasyum veya sodyum karbonattır.
Katotta, CO2 ve O2 karbonat iyonları oluşturmak için birleşir;
karbonat iyonları aşağıdaki elektrokimyasal reaksiyonlarda
gösterildiği gibi elektrolit vasıtasıyla su ve karbondioksit
oluşturmak için hidrojen ile birleşecekleri anoda iletilir.






Erimiş-Karbonat Yakıt Hücreleri (Molten-Carbonate Fuel Cells
- MCFC)
Bu yakıt hücreleri 650ºC civarındaki yüksek
sıcaklıklarda çalışırlar ki bu, kayıp ısının buhar veya
gaz türbinlerinde ek güç üretmede kullanılabilecek
kadar yüksek kalitede olduğu anlamına gelir.
Bu yüksek sıcaklıkta, yakıt hücresi kayıp ısısının yakıt
hücresinin kendisi tarafından metan gibi bir
hidrokarbon yakıtını direk olarak hidrojene çevirmede
kullanılması potansiyeli vardır.
Daha da ötesi, yakıt oluşturma esnasında ortaya çıkan
CO katalisti zehirlemez fakat yakıtın bir parçası olur.
MCFC’ler için %50 - %55 verimlilik öngörülmektedir.
Kombine döngü çalışmada %65 elektriksel verim
öngörülmektedir ve kojenerasyon verimliliklerinin
%80’in üzerinde olması mümkündür.




H2 + CO32- → 2H2O + CO2 + 2e- (Anot)
½O2 + CO2 + 2e- → CO32(Katot)
Toplam reaksiyonun daha önce “genel” bir yakıt hücresi için tarif
edilenle aynı olduğuna dikkat edin.
H2 + ½O2 → H2O
(Toplam)
MCFC’ler çok aşındırıcı bir ortamda çalışırlar. Uzun ömürle
çalışacak uygun malzemelerin tasarlanmasıyla ilgili önemli
sorunlar vardır.
26
21.10.2014





Katı Oksit Yakıt Hücreleri (Solid Oxide Fuel Cells
- SOFC)
SOFC ve MCFC’ler gelecekteki yüksek güç
santralleri pazarı için rekabet halindedirler.
Her ikisi de yüksek sıcaklıklarda çalıştıklarından
(MCFC, 650ºC; SOFC, 750–1000ºC) kayıp ısıları
kombine döngü buhar veya gaz türbinleri için
kullanılabilir, ve her ikisi de yakıt hücresi içinde
tekrar yakıt oluşturma için bu sıcaklık avantajından
faydalanabilirler.
Aynı güçteki SOFC MCFC’den fiziksel olarak daha
küçüktür ve sonuçta daha uzun ömürlü olabilir.
Bir SOFC’deki elektrolit, diğer tip yakıt hücrelerinde
kullanılan sıvılara ve katı polimerlere hiç
benzemeyen zirkonya ve yttria’dan yapılmış bir
seramik malzemedir.
SOFC’ler için elektrik gücü verimliliği
%60’dır ve kojenerasyon ile %80’in
üzerindedir.
 Şekilde gösterilen bir gaz türbini ile
birleştirildiğinde %70 elektriksel verimliliğe
(DID) ulaşılabilir.

Elektrolit üzerinden taşınan yük taşıyıcısı,
oksijen anottan gelen elektronlar ile
birleştiğinde katotta oluşan oksit, O2iyonudur.
 Anotta oksit iyonu hidrojen ile suyu ve
elektronları oluşturmak için aşağıda
gösterildiği gibi birleşir.


H2 + O2- → H2O + 2e-
(Anot)

(½O2 + 2e- → O2-
(Katot)

Bu çeşitli yakıt hücre sınıflarının ana
karakteristiklerinin bir özeti Tabloda
verilmiştir.
27
21.10.2014
Hidrojen Üretimi








DMFC’ler haricinde, yakıt hücreleri anot reaksiyonları için bir hidrojen
kaynağına ihtiyaç duyarlar.
Daha yüksek sıcaklıklarda çalışanlarda (MCFC’ler ve SOFC’ler) hücre
yakıt sisteminin bir parçası olarak hidrojeni yıkmak için metan tekrar
oluşabilir, fakat genelde yeterli saflıkta ve makul maliyetlerle hidrojen
tedariği sağlamak yakıt hücrelerinin büyük ölçekli ticarileşmesi öncesinde
halledilmesi gereken büyük bir engeldir.
Bir yakıt olarak hidrojenin arzu edilen birçok özelliği vardır.
Yandığında, yanma sıcaklığı havadaki nitrojen ve oksijenin birleşmesine
yol açacak kadar yüksek olduğunda az miktarda
NOx oluşur ve yakıt hücrelerinde kullanıldığında tek yan ürün sudur.
Düşük yoğunluğu nedeniyle kapalı ortamlardan kolaylıkla kaçar ve bu
nedenle gazolin buharları gibi maddelerin aksine tehlikeli havuzlarda
birikmezler.
Bununla birlikte hidrojen bir enerji kaynağı değildir. Elektirik gibi hidrojen
de ortamda doğal olarak bulunmayan yüksek kaliteli bir enerji taşıyıcısıdır.
Üretilmesi gerekir, yani istenen hidrojen yakıtını oluşturmak için bir enerji
yatırımı yapılmalıdır.
Şu anda hidrojen üretimi için kullanılan ana teknolojiler metan buharı
oluşturma (steam reforming of methane - SMR), kısmi oksidasyon (partial
oxidation - POX) ve suyun elektrolizidir.
Gelecekteki daha egzotik üretim yöntemleri enerji kaynağı olarak güneş
ışığının kullanıldığı fotokatalitik, fotoelektrokimyasal veya biyolojik üretimi
içerebilir.
Kısmi Oksidasyon (Partial Oxidation - POX)
Bu sistemler aşağıdaki ekzotermik
reaksiyonlarla metanın (veya diğer
hidrokarbon
yakıtların)
kısmi
oksidasyonuna dayalıdır.
CH4 + ½O2 → CO + 2H2

Kısmi oksidasyon aşamasından sonra
bir geleneksel geçiş reaksiyonu oluşan
singazdaki H2’nin konsantre edilmesi
için kullanılabilir.
Metan buharı Oluşturma (Methane Steam
Reforming - MSR)







ABD doğalgazının yaklaşık %5i amonyum üretimi, benzin rafinerisi ve diğer
çeşitli kimyasal süreçlerde kullanılması için şimdiden hidrojene çevrilmiştir.
Bunun hemen hemen tamamı metan buharı oluşturucular ile yapılmıştır.
Gaz temizlemeden sonra, özellikle de sülfürü temizledikten sonra bir doğal gaz
ve buhar karışımı çok yüksek sıcaklıkta (700–850ºC) bir katalist üzerinden
geçirilirken, CO ve H2 içeren bir sentez gazı, veya singaz, oluşur.
CH4 + H2O → CO + 3H2
Yukardaki reaksiyon endotermiktir; yani ısı alır, ki metanın bir kısmı yakıt olarak
kullanılarak elde edilebilir.
Singazdaki hidrojen konsantrasyonu bir su-gaz reaksiyonu kullanılarak
artırılabilir:
CO + H2O → CO2 + H2



Bu reaksiyon ekzotermiktir, yani çıkan ısının bir kısmı (4.50)’deki reaksiyonu
tahrik için kullanılabilir. Ortaya çıkan singaz (4.51) %70-80 H2’dir, kalan kısım ise
çoğu CO2 olmak üzere CO, H2O ve CH4 içerir.
Son süreç ise CO2’nin ortadan kaldırılması ve kalan CO’nun (4.50)’nin ters
yönde işletilmesi ile metana dönüştürülmesidir. SMR hidrojen üretiminin toplam
enerji verimliliği genelde %75-80’dir, fakat yüksek düzeylere erişilebilir
 Biyokütle, Kömür veya Atıkların Gazlaştırılması
biyokütle veya kömür, belediye atıkları gibi katı yakıtların
gazlaştırılması yüksek basınçta piroliz ile hidrojen üretmek
için kullanılabilir.
Gerçekte, doğal gaz son derece yaygın hale gelmeden önce
bu hidrojen üretiminde ağırlıklı yöntemdi.
Hidrojen üretimi için kömür gazlaştırmaya; oluşan singazdan
CO2’nin çıkarılması ve derin tuzlu su tabakası yada
tükenmiş petrol alanlarında yakalanıp tutulması için nisbeten
ucuz bir teknoloji kullanılması olasılığı nedeniyle artan bir ilgi
vardır.
Bazı araştırmacılar karbonun bu şekilde tutulmasının,
minimum karbon emisyonu ile dünyanın en büyük kömür
kaynaklarından faydalanmanın bir yolu olduğunu umut
etmektedir.

28
21.10.2014
Suyun elektrolizi
 Geleneksel yakıt hücrelerinin ters
reaksiyonlarında, bir elektrolitten geçen
akım su moleküllerini parçalayarak hidrojen
ve oksijen gazlarını serbest bırakmak için
kullanılabilir:




2H2O → 2H2 + O2


Bir proton dönüştürücü zar kullanan elektroliz hücresi
çizimi şekil’de gösterilmiştir.
Hücrenin oksijen tarafına giren iyonize olmayan su
proton, elektron ve oksijene ayrılır.
Oksijen serbest kalır, protonlar zardan geçer ve
elektronlar katoda ulaşmak için güç kaynağından geçen
dış yolu izlerken protonlarla tekrar birleşerek hidrojen
gazını oluşturur.
Toplam verimlilik %85 kadar yüksek olabilir.
Gerçekte, PEM hücrelerinde kullanılan aynı
zarlar düşük sıcaklık elektrolizlerinde
kullanılabilir. Aynı şekilde, katı-oksit
elektrolitler yüksek sıcaklık elektrolizi için
kullanılabilir.
29
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
2 360 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content