Американская многоотраслевая корпорация General Electric (GE) планирует увеличить период полезной эксплуатации и плотность мощности топливных элементов, сделав их дешевле в производстве. Для этого вендор строит новый завод в штате Нью-Йорк (США). Новые производственные мощности будут использоваться для коммерциализации ряда перспективных технологий.

Следует отметить, что в настоящее время небольшое количество центров обработки данных по всему миру уже запитываются с помощью подобных генерирующих мощностей. Причем в подавляющем большинстве случаев операторами ЦОД применяются топливные элементы BloomBox от калифорнийской Bloom Energy, которые были представлены еще в феврале 2010 года. Вполне вероятно, что благодаря своим новым продуктам GE сможет значительно потеснить Bloom Energy в сегменте вспомогательного оборудования для серверных ферм.

Представители General Electric заявили, что в рамках нового проекта корпорация планирует работать совместно со своим партнером по исследованиям, коим является Институт керамических технологий и систем им. Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems; IKTS). Конечной целью вендора является нарождение способа, который позволит сделать покупку топливных элементов более целесообразной с экономической точки зрения. Американские инженеры утверждают, что в распоряжении вендора уже имеется ряд перспективных технологий, которые позволяю осуществить данную задумку.

Дешевые компоненты

Следует отметить, что еще в марте этого года информагентство Blomberg, ссылаясь на инсайдеров, сообщило о начале секретного проекта GE по минимизации стоимости топливных элементов. Тогда речь шла об удешевлении генерирующих мощностей путем удаления из них компонентов, при производстве которых активно используется дорогостоящая платина. Последняя выступает катализатором для протон-обменных процессов. Платина является одним из наиболее редких химических элементов на Земле. В случае топливных элементов этот металл используется для ускорения хода химической реакции между водородом в природном газе и кислорода из воздуха, в результате которой создается относительно экологически чистая электроэнергия и вода. Вместо этого ценного металла инженеры GE намерены использовать нержавеющую сталь, что, по мнению экспертов корпорации, значительно снизит затраты на приобретение и изготовление генерирующих мощностей.

“Топливный элемент не имеет движущихся частей. Начинка одной из его ячеек похожа на стопку печенья. В качестве отдельных печенок выступают металлические пластины с лабиринтами проточных каналов, выходящих ко дну, и квадратом черной “глазури” на вершине. Эта “глазурь”, собственно, и является ключевым элементом нашей новой прорывной технологии изготовления твердооксидных топливных элементов. Она содержит три слоя, сделанные из специальных керамических материалов: катодных сверху, анодных на дне и плотный слой твердооксидного электролита в середине “, говорится в пресс-релизе GE.

При разработке своих новых топливных элементов инженеры GE также решили использовать наработки концерна для аэрокосмической отрасли. В частности, они планируют применять для повышения стойкости анода и электролита внутри ячеек специальное аддитивное газотермическое покрытие (наносится путем напылением металла при высокой температуре), разработанное для защиты рабочих частей в реактивных двигателях. Специалист GE в области материаловедения Кристен Броснан сказала, что это необходимо для упрощения процесса производства генерирующих мощностей. По ее словам, использование легконаносимого покрытия, которое позволит компонентам топливного элемента выдерживать большие колебания температуры, обернется не только удешевлением конечного продукта и повышением его надежности, но и даст ему дополнительную эффективность.

Высокий КПД

Для достижения дальнейшего роста КПД электрогенерирующей системы команда инженеров собирается дополнять блоки топливных элементов модифицированными двигателями Jenbacher Engine, которые будут использовать синтез-газ (смесь водорода и углерода) вместо биогаза. Синтез-газ будет выступать побочным продуктом, вырабатываемым в ходе процесса эксплуатации топливных элементов. Это может повысить эффективность всей системы на 65 процентов.

Маркетологи Bloom Energy, которая также производит твердооксидные топливные элементы, утверждают, что КПД продуктов этой компании составляет около 60 процентов. Но специалисты GE готовы добиться дальнейшего повышения эффективности использования энергии путем применения отработанного тепла, возникающего при работе двигателей и генерирующих мощностей. По их мнению, общий КПД в подобном случае можно будет довести до 95 процентов.

Финансовые сложности производителей

Стационарные топливные элементы уже используются на различных инфраструктурных объектах вроде станций очистки сточных вод, а также в коммерческих зданиях, владельцы которые хотят получить в свое распоряжение надежный источник электроэнергии. Компании eBay, CenturyLink и Apple установили блоки топливных элементов от Bloom Energy на несколько десятков мегаватт возле своих передовых дата-центров. К числу других вендоров, создающих подобные источники электроэнергии для дата-центров, относится и компания Hydrogenics, чьи водородные топливные элементы продает CommScope, позиционируя их в качестве альтернативы дизельным электро-генераторам (ДГУ).

Некоторые коммунальщики также экспериментируют с использованием распределенных генерирующих мощностей на базе топливных элементов для выработки электроэнергии на местном уровне – без использования центральной сети. Однако многие производители подобных генерирующих мощностей часто сталкиваются со сложностями финансового плана при коммерциализации и организации сбыта топливных элементов. Например, в начале месяца производитель топливных элементов ClearEdge Power, который объявил о своем банкротстве в начале этого года, был куплен южнокорейским конгломератом, так и не сумев привлечь достаточное количество клиентов.

По мнению аналитиков, GE столкнется с теми же финансовыми препятствиями, что и другие производители топливных элементов, но благодаря своей гибридной концепции вендор все же сможет заручиться поддержкой потенциальных клиентов. При этом обширные финансовые ресурсы вполне позволяют GE продолжать совершенствование технологии и производственных процессов в течение долгого времени.

Перспективы

Ключевые игроки индустрии ЦОД в последние годы ведут активные дебаты по поводу пригодности топливных элементов для запитки критически важных вычислительных мощностей и вспомогательного оборудования. В большинстве дискуссий ключевыми факторами, препятствующими массовому переводу серверных ферм на запитку от топливных элементов, выступали высокая стоимость последних и значительное пространство, занимаемое ими. Но теперь благодаря стремлению GE свести к минимуму стоимость генерирующих мощностей, как минимум, одна из частей уравнения может быть решена. Так или иначе, нам пока еще только предстоит узнать, как именно эти устройств поведут себя в реальных дата-центрах – коммерциализация новых продуктов американцев состоится еще не скоро.