Размышления о некоторых проблемах энергетики
Совершенствование технологий производства электроэнергии. Развитие термодинамических циклов на основе повышения давления и температуры. Проблемы эффективного использования органического топлива, низкопотенциального тепла в сочетании с тепловыми насосами.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2017 |
| Размер файла | 43,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Основная трудность реализации ТЭ состоит в необходимости осуществить реакцию топлива с окислителем электрохимическим путем, для чего в общем случае оба компонента реакции должны быть вначале превращены в ионы. В ТЭ ионизация топлива и окислителя осуществляется при умеренных температурах за счет применения активных катализаторов, включающих металлы платиновой группы.
Сегодня для энергетических приложений рассматривается несколько типов ТЭ с КПД от 40% до 70%, различающихся прежде всего типом электролита - переносчика ионов, и наличием промежуточных реакций:
1. ТЭ со щелочным электролитом (ЩТЭ);
2. ТЭ с фосфорной кислотой (ФТЭ);
3. ТЭ с твердо-полимерными мембранами (ТПТЭ);
4. ТЭ с расплавом карбонатов (РКТЭ);
5. ТЭ с твердооксидным электролитом (ТОТЭ).
Топливом для этих ТЭ служит водород, а окислителем _ либо кислород, либо воздух. Принципиальная схема каждого из перечисленных ТЭ включает водородный (анод) и кислородный (катод) электроды и электролит, проводящий те или иные ионы. Теоретическая ЭДС ТЭ при стандартных условиях составляет 1,23 В.
Принцип действия ТЭ проще всего проиллюстрировать на примере ЩТЭ, который являлся первым типом ТЭ, примененным как источник энергии для космических аппаратов. На аноде такого ТЭ, к которому подводится газообразный молекулярный водород, происходят его диссоциация и ионизация:
В качестве электролита обычно используется раствор щелочи КОН с концентрацией 30-50% (масс.). ЩТЭ работает при температуре 100-250°С. При высоких температурах концентрацию щелочи доводят до 85% (масс.). Образовавшиеся ионы водорода за счет разности потенциалов анода и катода диффундируют через слой электролита к катоду. Электроны, образовавшиеся на аноде, при замыкании внешней электрической цепи перетекают к катоду, совершая полезную работу. На катоде происходит реакция: т.е. единственным продуктом при работе ЩТЭ является вода (водяной пар).
Эффективность реального ТЭ во многом зависит от каталитических свойств электродов, обеспечивающих ионизацию реагентов. Для ЩТЭ в качестве катализаторов используются никель, серебро, металлы платиновой группы и др. Раствор электролита в ЩТЭ обычно содержится в матрице из, например, асбеста, плотно прилегающего и смачивающего электроды. Водород для питания ЩТЭ должен быть весьма чистым и, в частности, не содержать даже малых количеств СО, отравляющего катализаторы, и СО2, образующего с электролитом карбонат калия К2СО3.
Для транспортной энергетики наибольший интерес представляет ТПТЭ, в котором проводником ионов водорода служит тонкая твердая полимерная мембрана (рис. 12). Рабочая температура ТПТЭ существенно ниже, чем для других ТЭ и составляет 60-80°С. Так же, как у ЩТЭ, примеси СО в газах отравляют катализаторы электродов. Одной из проблем для ТПТЭ является организация отвода воды, образующейся при реакции водорода с кислородом.
Для стационарной энергетики рассматривается высокотемпературный твердооксидный ТЭ, в котором перенос заряда осуществляется отрицательным ионом кислорода, а электролитом служит твердая двуокись циркония ZrO2, стабилизированная окисью иттрия Y2O3. Рабочая температура ТОТЭ лежит в интервале 800-1000°С, что позволяет рассматривать схемы с внутренним риформингом природного газа и комбинированные циклы. Электродом для анода служит цирконат кобальта Co-ZrO2 или никеля Ni-ZrO2, а для катода _ манганит лантана LaMnO3, легированный стронцием. В последние годы рядом фирм были созданы демонстрационные установки на базе ТОТЭ мощностью от 1 до 200 кВт.
Каждый из описанных выше типов ТЭ имеет свою предпочтительную нишу применения. Однако для широкого применения ТЭ требуется, во всяком случае, не меньше чем на порядок снизить их сегодняшнюю стоимость. Именно в этом направлении, по-видимому, будут развиваться в ближайшие годы научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области ТЭ.
В настоящее время водород-кислородные (воздушные) ТЭ применяются в качестве бортовых источников электроэнергии для космических аппаратов, разрабатываются опытные и демонстрационные образцы наземных транспортных средств с такими ТЭ и электродвигателями. Делаются попытки применить ТЭ в стационарной энергетике.
Водородсжигающие установки
Многими исследованиями показано, что при уровне мощностей энергоустановок более 1-10 МВт термодинамическая эффективность водородсжигающих установок паротурбинного и парогазового циклов близка к эффективности топливных элементов, а их удельная мощность (на единицу реакционного объема) превышает таковую в топливных элементах, что приводит к более низким удельным капиталовложениям. В этой связи ожидаемая экономическая эффективность водородных энергоустановок различных типов в значительной степени будет определяться уровнем их мощностей. При относительно низких мощностях до 0,1-1,0 МВт для автономных потребителей более эффективными могут оказаться топливные элементы, при более высоких - водородсжигающие: паротурбинного, газотурбинного и парогазового циклов, а также водородные дизель-генераторы. электроэнергия топливо термодинамический температура
Как показал технико-экономический анализ различных вариантов использования водорода в стационарных и мобильных энергоустановках, наиболее оправданным, в том числе и с точки зрения безопасности, является регулируемое производство водорода в одном агрегате с электрохимическим генератором, что исключает большие затраты на его аккумулирование и транспортировку и существенно улучшает массово-габаритные характеристики ЭХГ. В этом случае в качестве источника для производства водорода можно использовать такие промежуточные энергоносители, как алюминий и его сплавы, боро-, алюмогидриды и т.д., которые при химическом и электрохимическом окислении имеют наибольший выход водорода.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Преимущества использования вечных, возобновляемых источников энергии – текущей воды и ветра, океанских приливов, тепла земных недр, Солнца. Получение электроэнергии из мусора. Будущее водородной энергетики, минусы использования ее в качестве топлива.
реферат [28,3 K], добавлен 10.11.2014Экономический аспект энергетики. Изучение ее воздействия на природу и окружающую человека среду. Разработка новых альтернативных и энергосберегающих технологий для выработки тепла и электроэнергии. Комбинированное производство технологической продукции.
презентация [3,2 M], добавлен 12.03.2015Проблемы современной российской энергетики, перспективы использование возобновляемых источников энергии и местных видов топлива. Развитие в России рынка биотоплива. Главные преимущества использования биоресурсов на территории Свердловской области.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 01.08.2012Основные источники топлива и современные проблемы энергетики. Способы использования биомассы. Оборудование для производства биогаза. Биоконверсия растительного сырья. Методы газификации и типы газификаторов. Производственные схемы получения биогаза.
реферат [692,6 K], добавлен 25.04.2012Совершенствование термодинамических циклов, схемной и элементной базы и сжигания топлива. Определение эффективности тепловых энергетических и парогазовых установок. Газотурбинная надстройка действующих энергоблоков. Способы организации топочных процессов.
презентация [7,7 M], добавлен 08.02.2014Расчет экономических показателей котельной. Установленная мощность котельной. Годовой отпуск тепла на котельной и годовая выработка тепла. Число часов использования установленной мощности котельной в году. Удельный расход топлива, электроэнергии, воды.
курсовая работа [128,8 K], добавлен 24.12.2011Определение параметров характерных точек цикла. Расчет давления, температуры и удельного объёма. Полезная работа за цикл. Вычисление параметров дополнительных точек для цикла, осуществляемого при заданных постоянных. Построение графика по точкам.
контрольная работа [244,4 K], добавлен 30.03.2015Рассмотрение основных видов вторичных энергоресурсов и их использования в производстве. Изучение схем применяемых при утилизации абсорбционных машин. Расчет термодинамических циклов бромистолитиевой холодильной машины (понижающего термотрансформатора).
дипломная работа [1,2 M], добавлен 26.03.2015Передача электроэнергии от электростанции к потребителям как одна из задач энергетики. Эффективность передачи электроэнергии на расстояние. Тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности линии электропередач.
реферат [21,3 K], добавлен 19.01.2014Солнечная энергетика. История развития солнечной энергетики. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Достоинства и недостатки использования солнечной энергетики. Типы фотоэлектрических элементов. Технологии солнечной энергетики.
реферат [19,4 K], добавлен 30.07.2008Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.
реферат [62,3 K], добавлен 10.02.2012Проблемы, состав и принцип работы АСКУЭ бытовых потребителей. Особенности организации коммерческого учета электроэнергии в распределительных устройствах. Преимущество использования оборудования PLC II. АСКУЭ бытовых потребителей в России и за рубежом.
реферат [223,1 K], добавлен 19.12.2011Место ядерной энергетики среди других источников энергии. Характеристика последовательности производственных процессов ядерного цикла, добыча топлива, производство электроэнергии, удаление радиоактивных отходов. Обогащение урана и изготовление топлива.
реферат [42,3 K], добавлен 09.12.2010Генерация электроэнергии как ее производство посредством преобразования из других видов энергии, с помощью специальных технических устройств. Отличительные признаки, приемы и эффективность промышленной и альтернативной энергетики. Типы электростанций.
презентация [2,0 M], добавлен 11.11.2013Определение сметной стоимости строительства ТЭЦ. Сметно-финансовый расчет капитальных вложений в сооружение тепловой электростанции. Режим работы ТЭЦ, расчет выработки электроэнергии и потребности в топливе. Расход электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ.
курсовая работа [85,5 K], добавлен 09.02.2010История рождения энергетики. Виды электростанций и их характеристика: тепловая и гидроэлектрическая. Альтернативные источники энергии. Передача электроэнергии и трансформаторы. Особенности использования электроэнергетики в производстве, науке и быту.
презентация [51,7 K], добавлен 18.01.2011Разработка концепции развития топливно-энергетического комплекса Украины. Производство электроэнергии в 2012 году. Основные типы электростанций. Структура суточного энергопотребления промышленного энергорайона. Специфика использования атомной энергетики.
контрольная работа [169,3 K], добавлен 20.02.2015Органическое и ядерное топливо, виды, классификация по агрегатному состоянию. Состав газообразного топлива. Добыча органического топлива, проблемы правового и экологического характера. Современная ситуация на мировом газовом рынке, роль сланцевого газа.
реферат [20,3 K], добавлен 27.01.2012Традиционные методы производства электроэнергии. Электростанции, использующие энергию течений. Приливные, волновые, геотермальные и солнечные электростанции. Способы получения электроэнергии. Проблемы развития альтернативных источников электроэнергии.
презентация [2,5 M], добавлен 21.04.2015Производство электроэнергии различными способами. Фотоэлектрические установки, системы солнечного теплоснабжения, концентрирующие гелиоприемники, солнечные коллекторы. Развитие солнечной энергетики. Экологические последствия развития солнечной энергетики.
реферат [315,1 K], добавлен 27.10.2014
