химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

пользован для производства электроэнергии с КПД ^60%, эти стоимости будут близки. Вопрос о целесообразности применения того или иного вида транспорта энергии можно решить, только анализируя всю совокупность затрат от первичного энергоисточника до конечного потребителя энергии на приемном конце магистрали. Многие авторы отмечают, что в некоторых случаях транспорт энергии в виде водорода оказывается конкурентоспособным с другими методами.

Применение водорода в автономной энергетике с использованием ЭХГ

Электрохимический генератор, часто называемый топливным элементом, является одним из наиболее перспективных устройств для использования водорода в автономных энергетических установках. Электрохимический генератор представляет собой источник тока, в котором осуществляется прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую. Основными качествами ЭХГ являются: высокий КПД, достигающий 80%; продолжительная непрерывная работа, определяемая в основном запасом топлива; способность к значительным и продолжительным перегрузкам без заметного снижения напряжения; умеренные рабочие температуры и давления; бесшумность работы и отсутствие каких-либо вредных выделений в окружающую среду; возможность использования в качестве окислителя кислорода воздуха [133].

Основным типом ЭХГ, разработка которого наиболее продвинута во всех странах и для всех задач, является водородокислородный (во-дородовоздушный). Такой ЭХГ как источник электроэнергии длительного непрерывного действия является предпочтительным как по энергетическим характеристикам, так и по конструктивно-технологическому исполнению.

В настоящее время ЭХГ применяются в энергоснабжении автономных объектов, для которых главными являются не экономические показатели, а массогабаритиые, удельные энергетические и ресурсные характеристики. Сравнительно высокая стоимость таких ЭХГ определяется в основном единичным их выпуском, применением дорогостоящих катализаторов на основе драгоценных металлов (платины, палладия), материалов и комплектующих изделий, отвечающих исключительно жестким техническим и эксплуатационным требованиям объектов, на которых ЭХГ используются. Однако в настоящее время уже осуществляется переход к неплатиновым катализаторам, а технические и эксплуатационные требования к ЭХГ обычного народнохозяйственного назначения значительно проще. Все это в сочетании с серийным выпуском, вероятно, приведет к снижению стоимости ЭХГ.

В некоторых работах водородным энергосистемам с ЭХГ отводится заметная роль в электроснабжении городов и промышленных центров в связи с высоким КПД ЭХГ, а также возможностью децентрализованного производства электроэнергии вблизи мест ее потребления, экологической чистотой ЭХГ и малой зависимостью его КПД от но-

14* 211

мииальиой мощности. Перспективным направлением использования ЭХГ может явиться создание систем электролизер — ЭХГ для накопления энергии в периоды недогрузки базовых АЭС и последующего покрытия пнковых нагрузок. Та же система электролизер — ЭХГ может быть использована для выравнивания мощности электростанций на возобновляемых источниках энергии (ветер, солнце, приливы).

Одной нз важных задач создания энергоустановок с ЭХГ для любых областей применения является обеспечение их водородом. С автономными установками, особенно передвижными и транспортными, дело обстоит особенно сложно. Прн этом в зависимости от типа ЭХГ предъявляются определенные требования к составу питающих его газов. Они не должны содержать соединений фосфора, серы н мышьяка, отравляющих катализаторы. Для низкотемпературных и среднетемпера-турных ЭХГ с водно-щелочным электролитом недопустимы также вредные примеси СО и С02, образующие со щелочью карбонаты. При водно-кислотном электролите присутствие С02 и небольших количеств СО допускается. От подобных ограничений по составу рабочих газов свободны только высокотемпературные ЭХГ с расплавленным карбонатным и твердым окисным электролитом. Инертные примеси к рабочим газам допустимы, но они снижают мощность и отчасти экономичность ЭХГ.

В ряде случаев для ЭХГ могут оказаться применимыми системы с получением водорода на месте потребления. Разработка систем с получением водорода в энергоустановке ведется главным образом для случаев, когда требуется максимальная независимость от баз снабжения.

В опытных установках с ЭХГ на органическом топливе используются известные способы выработки водородсодержащих газов-— каталитическая конверсия с водяным паром (риформинг) и пиролиз. Конверсия помимо топлива требует второго исходного компонента — воды. Для этого способа технологически наиболее благоприятным сырьем является метанол. В различных странах разработано несколько опытных установок с ЭХГ на метаноле с КПД конверсии до 80% прн производительности 3—5 м3-ч-1 чистого водорода. Удельный расход метанола в таких установках 0,33—0,37 кг-(кВт-ч)-1. Серьезным недостатком метанола является высокая токсичность.

Ввиду присутствия в продуктах конверсии углеводородов, СО и С02 для ЭХГ со щелочным электролитом водород должен быть выделен нз конвертированного газа в чистом виде. Почти идеально чистый водород получается при его очистке диффузией через мембраны из сплавов палладия и некоторых других металлов. В отдельных случаях целесообразна комбинация этой системы с предварительной сорб-цнониой очисткой газа от С02. Однако любые системы очистки водорода от газообразных примесей сильно усложняют энергоустановку и снижают КПД системы. Поэтому становятся очень важными работы по созданию ЭХГ с кислым электролитом, для которых системы газоочистки могут быть значительно упрощены [133].

Второй из отмеченных способов получения водорода из органических топлнв — пиролиз. Преимущество этого способа применительно к передвижным установкам заключается в отсутствии второго компонента — воды, что должно существенно упростить эксплуатацию. Получаемый в результате пиролиза газ по пути в ЭХГ проходит сероочистку и метанатор для снижения до минимума содержания СО.

К носителям водорода, используемым в автономных энергоустановках, относится также аммиак. Его термокаталитическое разложение при 773—973 К дает смесь азота и водорода в объемном соотношении 1 :3. Эта смесь после сорбционной очистки от остатков не-

212

разложившегося аммиака может без разделения направляться в ЭХГ. Опытные энергоустановки с ЭХГ иа аммиаке разработаны в ряде стран. Преимуществом аммиачной системы питания водородом является ее простота. Недостатки аммиака — химическая агрессивность н повышенные требования к тех«ике безопасности при хранении.

В зависимости от задач, решаемых с помощью автономной энергоустановки с ЭХГ, могут применяться и другие системы их питания водородом, например гндридные системы хранения.

В настоящее время капитальные затраты в энергоустановки с ЭХГ весьма велики, и поэтому их применение ограничивается специальными автономными системами. Точные оценки масштабов их применения как в крупной, так и в малой энергетике затруднительны. Однако следует ожидать, что потребление водорода электрохимическими генераторами вплоть до 2000 г. будет невелико. При этом значительная часть водорода для автономных ЭХГ будет вырабатываться из его химических соединений непосредственно в составе энергоустановки.

Системы аккумулирования и дальнего транспорта теплоты

Расширение использования капиталоемких энергоисточников (ядерных, угольных, солнечных и т. д.) с относительно низкими топливными и эксплуатационными расходами делает весьма актуальными задачи крупномасштабного аккумулирования теплоты, ее последующего использования для покрытия неравномерной части графика потребления энергии и увеличения радиуса эффективной передачи потребителям. Принципиально возможно решение некоторых из этих задач с использованием систем производства водорода и других жидких и газообразных энергоносителей на его основе. При этом могут использоваться как замкнутые, так и разомкнутые схемы транспорта энергоносителя. При использовании разомкнутых схем (транспорт в одну сторону) полученный за счет энергии первичного источника энергоноситель (например, метанол, аммиак, смесь газообразных Н2 и СО и т. д.) у потребителя используется полностью в процессах производства энергии (тепловой и электрической) и химического синтеза. В замкнутых схемах после передачи потребителю энергии отработанный энергоноситель возвращается к источнику энергии для повторного использования.

Одним из наиболее эффективных путей решения задачи аккумулирования и дальнего транспорта теплоты является использование хемотермических систем [10, 135, 137]. В таких системах аккумулирование теплоты осуществляется путем проведения эндотермической химической реакции с большим тепловым эффектом, а ее передача потребителю — путем проведения обратной реакции с выделением теплоты. Во многих случаях и прямая, и обратная реак-

15-12 21»

Цин проводятся на катализаторах. В таких системах хранение и транспорт энергии осуществляются путем хранения и транспцрта продуктов прямой реакции. В настоящее время предложено большое количество различных хемо-термических систем (ХТС) для решения разнообразных задач: передачи теплоты, преобразования теплоты низкого потенциала в теплоту высокого потенциала, регенерации теплоты и ее аккумулирования и т. д.

Одной из наиболее перспективных для крупномасштабных процессов аккумулирования и транспорта тепла является ХТС, основанная на процессах конверсии и синтеза метана на катализаторах

СН4 + Н20 2 СО -4- ЗН2 (Ш°т = 250 кДж · моль—);

СН4 4- СО, ?? 2С0 -4- 2Н2 (Д/У2°98 = 248 кДж · моль"'),

реализуемых при температурах 700—1200 К. В качестве высокотемпературного источника теплоты для таких систем могут быть использованы ВТЯР или уголь. Важными достоинствами этой ХТС являются высокая энергоемкость и скорость протекания прямой и обратной реакций на катализаторах, отсутствие необходимости разделения компонентов при хранении и транспортировке, практически полное отсутствие вредных побочных реакций, относительно низкая стоимость исходного сырья, возможность использования недефицитных

страница 42
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы корел фотошоп москва
Jacques Lemans Sports 1-1795B
Газовые котлы Kiturami TWIN ALPHA NEW COAXIAL 25
евро шашка такси

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)