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松下电器RE100能源解决方案实验升级 能源利用率将达95%

2024-08-02

松下电器株式会社(下称“松下”)在依靠可再生能源提供燃料电池工厂生产所需电力的实证设施“H2 KIBOU FIELD”(滋贺县草津市)启动了将纯氢燃料电池发电时产生的热量用作溴化锂吸收式制冷机(空调机)热源的实证实验。

以前纯氢燃料电池可回收的热量(最高60℃)与溴化锂吸收式制冷机所需要的热源(最低80℃)存在20℃的差距,难以将纯氢燃料电池发电时产生的热量用作溴化锂吸收式制冷机的热源。此次通过改进,将纯氢燃料电池与溴化锂吸收式制冷机两者的温差各缩小10℃,利用70℃的热量将燃料电池与空调机连接在一起,实现了新的关联。在H2 KIBOU FIELD内,使用10台热水温度经过改进后的纯氢燃料电池,并新设1台新开发的低温废热利用型溴化锂吸收式制冷机,作为新的热利用实证实验,用于设施内部管理大楼的制冷制热。通过实证实验,旨在利用燃料电池的热电联产来提高能源效率,降低制冷制热设备的功耗,并对热联解决方案的市场性和有效性进行验证。

H2 KIBOU FIELD位于松下草津据点,使用99台5kW型纯氢燃料电池,将约570kW的太阳能电池与约1.1MWh的蓄电池组合在一起,通过三种电池的高度关联控制,利用可再生能源自发电为燃料电池工厂供电。从2022年度开始进行实证实验,旨在通过能顺应燃料电池生产工序中的电力需求变化和天气造成的太阳能电池输出功率急剧变化的能源管理,减少发电过剩和用电浪费,实现可再生能源高效稳定的供应。在此次新实施的热利用实证实验中,在纯氢燃料电池内的发电部搭载目前正在开发的新催化剂,并做了提高主体耐久性的改良,将可回收热量的温度从60℃升高10℃,升至70℃。此次实证实验通过同时利用电力与热量而实现了95%的能源效率。另外,以前的热利用以热水和制热为主,而此次通过溴化锂吸收式制冷机可用于制冷,将提高热电联产系统在工业用途中的实用性,追求热利用的新可能性。

另一方面,松下的溴化锂吸收式制冷机在日本国内拥有最高的市场份额(※1),是高效的空调系统。通过利用“水”这一自然冷媒,不使用特定氟利昂或替代氟利昂,是可减少臭氧层破坏和全球变暖影响的环保型系统,还有将工厂等的排放废热用于运行的“废热利用型”产品阵容。此次新设吸收液浓缩和吸收过程经过改进的溴化锂吸收式制冷机,与现有产品的尺寸相同,却能将最低热源温度从80℃降低10℃,降至70℃,让纯氢燃料电池发电时产生热量的利用成为可能。另外,溴化锂吸收式制冷机生成的冷水还将用于实证设施内部管理大楼进行制冷和制热的商用空调。将溴化锂吸收式制冷机的冷水用于商用空调的节能尝试,目标是降低50%的空调功耗。此外,在工厂等排放的工业废热中,低于80℃的热量占总体的70%左右,目前尚无有效利用的手段(※2),而通过降低溴化锂吸收式制冷机的最低热源温度,将有可能突破这一现状。

此次实证实验突破事业和组织的框架,通过将行业顶级的卓越产品的优势结合在一起,争取创造出仅凭单独事业或单独产品无法实现的松下独有的客户价值。松下今后将一如既往,将自家优势结合在一起,开发出最佳解决方案,为实现脱碳社会做出贡献。

※1:松下根据日本冷冻空调工业会“2022年度 溴化锂吸收式制冷机日本国内出货业绩(按冷冻吨计)”估算
※2:出处:松下根据《工业领域废热现状调查报告书》 (未利用热能革新性利用技术研究组合,2019年3月)估算

【 实证实验概述 】

总体概述

・该实证实验是通过利用纯氢燃料电池发电时产生的70℃热量的溴化锂吸收式制冷机生成冷水。通过冷水进行商用空调室外机的冷凝器辅助散热以降低冷凝温度,从而实现个别空调机的功耗降低。

使用机器

・纯氢燃料电池(5kW型、热水温度70℃):10台
・低温废热利用型溴化锂吸收式制冷机(8RT):1台
・商用空调(冷水辅助)(6HP):1台

开始时间

2024年7月

松下电器RE100能源解决方案实验升级 能源利用率将达95%

【 特 点 】

1.将溴化锂吸收式制冷机的最低热源温度降低10℃
溴化锂吸收式制冷机是使用水这一自然冷媒的空调机,利用水蒸发时的气化热来生成冷水。吸收液将水蒸发时产生的水蒸汽吸收,浓度变低的吸收液通过废热利用的加热效果进行浓缩以再生吸收液,将再生时产生的水蒸汽冷凝变回水,通过利用水特性的冷冻循环反复执行蒸发、吸收、再生、冷凝这四个阶段。以前低于80℃的废热难以进行吸收液的高浓度浓缩再生,存在吸收量减少和冷冻能力不足的问题。此次引进了分步浓缩吸收液的滴下式再生器,开发了70℃废热也能提高吸收液浓度的技术。另外,作为吸收液吸收量减少问题的对策,采用可提高压力的二段式蒸发吸收新技术实现了吸收量的增加。

2.氢燃料电池的热水温度升高10℃并用于溴化锂吸收式制冷机,实现95%的能源效率 
纯氢燃料电池通过高纯度氢气与空气中氧气的化学反应来产生“电能”。可将多台5kW输出功率的机器连接在一起,满足所需电力和设置场所的要求。还支持将发电产生的热量转变成热水的热电联产。此次的10台实证机将热水温度提高10℃,升至70℃。为了解决高温导致催化材料老化的问题,正在新开发催化活性是原有产品两倍的介孔碳(MPC)催化剂,通过搭载该催化剂提高发电性能,同时,为了解决高温导致催化材料老化的问题而提高加湿器性能,通过干燥来防止老化,提高了电堆的高温性能。另外,还通过增加热交换器来提高热回收效率,实现了70℃的热水温度。如此,利用燃料电池产出的电力和热量,实现95%的能源效率。另外,在10台关联的过程中,通过从各纯氢燃料电池发送发电或停止状态的信号,与外部电磁阀进行关联控制。防止低温水从停止中的纯氢燃料电池流入,可向溴化锂吸收式制冷机实时供应70℃的热水。

3.将溴化锂吸收式制冷机的冷水用于个别空调的运行,降低空调功耗50%
此次实证实验不是直接将溴化锂吸收式制冷机的冷水用于制冷,而是辅助用于降低现有个别空调机(商用空调)的功耗。溴化锂吸收式制冷机生成的冷水无法通过个别空调机的冷媒管道进行输送,因此,将以室外机内的外部空气作为冷却介质带走热量的空冷式冷凝器变更为水冷式冷凝器,将冷水用于个别空调的冷媒冷却。使用该冷水辅助室外机,利用溴化锂吸收式制冷机生成的冷水来大幅降低冷媒的冷凝温度,通过这样的冷冻循环,降低室外机的压缩机所需要的电力输入,以降低包括商用空调室内机和室外机在内的个别空调机整体的50%功耗。

<松下集团的环保举措> 
松下集团兼顾“更美好的生活”和“可持续的地球环境”,制定了长期环境愿景“Panasonic GREEN IMPACT”。致力在2030年之前实现全部事业公司CO₂净零排放、到2050年创造出目前全世界总排放量约317亿吨(※1)的“约1%”即3亿吨(※2)以上的减排贡献影响力、为实现循环经济而开展事业活动。

※1:2020年 来自能源的CO₂排放量 317 亿吨(出处:IEA)
※2:CO₂排放系数以2020年为基准  

Panasonic GREEN IMPACT - 企业信息 - 松下控股 (holdings.panasonic)

【 图 片 】

H2 KIBOU FIELD

H2 KIBOU FIELD

实证实验现场(整体图)

实证实验现场(整体图)

溴化锂吸收式制冷机(实证机)

溴化锂吸收式制冷机(实证机)

纯氢燃料电池(实证机)

纯氢燃料电池(实证机)

纯氢燃料电池(实证机

冷水辅助机(实证机)

上述商品照片可从“Panasonic Newsroom Japan”(URL:https://news.panasonic.com/jp/press/)的各发布网页下载。