Въвеждане на устойчиви технология на горивни клетки
Изтегляне на статия
Те работят на САЩ по аеронавтика и космически кораби в открития космос Националната администрация (НАСА). Те осигуряват електричество за компютри Първа Национална банка на Омаха. Те се използват в някои обществен градски автобуси в Чикаго.
Това е всичко - горивни клетки. Горивни клетки са електрохимични устройства, които произвеждат електроенергия без горивен процес - чрез химически средства, почти същата като батерии. Единствената разлика е, че те се използват други химикали, водород и кислород и продукта от химическа реакция е вода. Възможно е да се използва природен газ, обаче, когато се използва въглеводородно гориво, разбира се, неизбежно някакво ниво на емисиите на въглероден диоксид.
Тъй като горивните клетки могат да бъдат управлявани с висока ефективност и без вредни емисии, свързани с тях голямо обещание, свързани с околната среда източник на енергия, която ще доведе до намаляване на емисиите на парникови газове и други замърсители. Основната пречка за широкото използване на горивни клетки е тяхната висока цена в сравнение с други устройства, които произвеждат електричество или за задвижване на превозни средства.
Първите горивни клетки са демонстрирани в горички Sir William 1839 грам горички показа, че процеса на електролиза. - разделянето на водата на водород и кислород под въздействието на електрически ток - обратимо. Това означава, водород и кислород може да бъде свързан чрез химически средства за образуване на електроенергия.
След като това е доказано от много учени, изучаващи ревностно се втурнаха горивни клетки, но изобретението е двигател с вътрешно горене и развитието на инфраструктурата на добив на петрол през втората половина на ХIХ век, развитие на горивните клетки забравен. Освен това възпрепятства развитието на горивните елементи от високата им цена.
Splash на горивни клетки настъпили през 50-те години, когато НАСА се обърна към тях във връзка с необходимост в компактен генератор за космически мисии. Те бяха поставени подходящи средства, и в резултат на Аполо и Джемини полети са извършени в горивната клетка. Космически кораби също работят на горивни клетки.
Горивните клетки са все още до голяма степен експериментална технология са, но някои фирми ги продават на търговския пазар. Само през последните близо десет години са били значителен напредък в областта на технологията на горивните клетки.
Както горивната клетка работи
Горивни клетки са подобни на батерии - те генериране на електричество чрез химическа реакция. За разлика от двигатели с вътрешно горене на гориво и по този начин се произвеждат топлина, която след това се превръща в механична енергия. Ако само топлината от отработените газове не се използва по никакъв начин (например за отопление или климатик), можем да кажем, че двигателят с вътрешно горене е сравнително ниска ефективност. Така например, се очаква, че ефективността на горивната клетка за използване в превозно средство - проект, който в момента е в процес на разработка - ще бъде по-висока ефективност, характерни за модерните бензинови двигатели, използвани в леки автомобили, повече от два пъти.
Въпреки, че акумулаторни батерии и горивни клетки за производство на електричество чрез химически средства, те изпълняват две много различни функции. Батерии - на устройството с натрупаната енергия: електричество, които те генерират е резултат от химическа реакция от материал, който вече е в тях. Горивните клетки не се съхранява енергия и преобразуват енергията на горивото, подавано от външната страна, в електричество. В тази връзка, горивната клетка е по-скоро като конвенционална електроцентрала.
Има няколко различни видове горивни клетки. Най-простият горивната клетка се състои от специална мембрана, известен като електролит. От двете страни на мембраната покрити електроди прах. Този дизайн - електролита е заобиколен от два електрода - е отделен елемент. Водородът се подава от единия край (анод) и кислород (въздух) на другата (катод). На всеки електрод настъпва различни химична реакция.
В анода, водород се разлага на протони и електрони смес. В някои горивни клетки електроди са заобиколени от катализатор, обикновено от платина или друг благороден метал, който насърчава реакцията на дисоциация:
Н2 = двуатомен водород форма молекула
където водород е в газообразна форма;
Н + = йонизиран водород, т.е. протон;
Експлоатация на горивната клетка, въз основа на факта, че електролитът преминава през протон (към катода), електрони и - не. Електроните се движат към катода на външен проводящ верига. Това движение на електрони е електрически ток, който може да се използва за задействане на външно устройство, свързано към горивната клетка, като мотор или лампа. Това устройство се нарича "товар".
Върху катода страна на горивната клетка, протони (които са преминали през електролита) и електроните (които са преминали през външен товар) "рекомбинирани" и реагират с кислород доставя на катода за да се образува вода, H2O:
4Н + + 4Е- + O2 ==> 2H2O.
Цялата реакция в горивната клетка се изписва по следния начин:
2Н2 + O2 ==> 2H2O.
В неговата книга горивни клетки използват водород гориво и кислород от въздуха. Водородът може да се подава директно или чрез изолиране от външния източник на гориво, като природен газ, бензин или метанол. В случай, че е необходимо да химично превръщане на външна сила за извличане на водород. Този процес се нарича "реформиране". Водородът може да се получи от амоняк, алтернативни средства като газ от общински депа и от пречиствателни станции, както и чрез електролиза на вода, в която разлагане на водата на водород и кислород при използване на електроенергия. Понастоящем, повечето от горивни клетки технология, използвана в транспортния сектор, се използва метанол.
Различни средства са разработени за преобразувателя на гориво за производство на водород за горивни клетки. Американското министерство на енергетиката е разработен в устройството единица гориво за реформиране на бензин, за да се гарантира доставка на водород към горивната клетка автономно. Изследователи от Северозападния Националната лаборатория на САЩ Pacific са показали компактен завод гориво за реформиране на размера на една десета от размера на захранването. American Power Company, Северозападни Power Systems, и Националната лаборатория Сандия демонстрираха reformingovuyu единица гориво, който преобразува дизеловото гориво в водородни горивни клетки.
Горивните клетки индивидуално произвеждат около 0.7-1.0 във всяка. За да се увеличи напрежението, елементите се събират в "каскада", т.е. серийна връзка. За създаване на по-актуална набор от каскадни елементи са свързани паралелно. Ако ние комбинираме етапите на горивната клетка с гориво растение, системата за подаване на въздух и охлаждане, както и със система за контрол, моторът ще се превърне горивната клетка. Този двигател може да управлява спрял автомобил или преносим електрическа енергия generator6. Горивни клетки, двигатели се предлагат в различни размери в зависимост от целта, вида на горивната клетка и използваното гориво. Така например, размерът на всяка от четири отделни стационарна електрическа мощност от 200 кВт инсталирана в банка в Омаха, приблизително равен на размера на ремаркето на камиона.
Доказвам също стационарни инсталации, които използват технологията на горивните клетки, но те все още не разполагат с широко разпространената търговско приложение. Първа Национална банка на Омаха в Небраска използва система от горивни клетки за захранване на компютрите, защото системата е по-надежден от старата система, работи от основната мрежа с резервна батерия. Най-големият световен търговски система на капацитета на горивни клетки от 1.2 MW скоро ще бъде инсталирана в центъра на обработката на пощата в Аляска. Тествано и доказано работи и върху горивни клетки, преносими компютри, преносими компютри, системи за контрол, използвани в пречиствателни станции и автомати.
"За" и "против"
Горивните клетки имат няколко предимства. Докато ефективността на съвременните двигатели с вътрешно горене е само 12-15%, в горивната клетка, това съотношение е 50%. икономия на гориво клетки могат да останат на по-високо ниво, дори и когато те не се използват при пълна мощност, което е значително предимство в сравнение с двигатели с бензин.
Модулният принцип на устройството за горивни клетки означава, че мощността на инсталацията за горивни клетки мощност може да се увеличи чрез добавяне на още няколко етапа. Това намалява скоростта на недоизползване на капацитет, което го прави по-лесно да се хармонизират търсенето и предлагането. Тъй като ефективността на устройството за горивни клетки се определя чрез извършване на отделните елементи, малки горивни клетки електроцентрали работят толкова ефективно, колкото голям. В допълнение, отпадъчна топлина от стационарни горивни клетки системи може да се използва за нагряване на вода и пространство, по-нататъшно повишаване на енергийната ефективност.
При използване на горивни клетки са практически никакви вредни емисии. Когато двигателят на чист водород като странични продукти се образуват само топлина и чист пара. По този начин в космически кораби астронавти питейна вода, която се произвежда в резултат на на борда на горивните клетки. състав емисии зависи от естеството на източник на водород. При използване на метанол образува нулеви емисии на азотни оксиди и въглероден оксид и въглеводороди емисиите са само малки. Емисиите се увеличават с прехода от водород към метанол и бензин, въпреки че дори когато се използва ниво на емисиите бензин ще остане достатъчно ниска. Във всеки случай на подмяна на днешните конвенционални двигатели с вътрешно горене, горивни клетки ще доведе до общо намаляване на емисиите на CO2 и на азотни окиси.
Използването на горивните клетки осигурява гъвкавостта на енергийната инфраструктура, създаване на допълнителни възможности за децентрализирано производство на енергия. Разнообразието на децентрализирани енергийни източници, за да се намалят загубите при преноса и развитие на енергийните пазари (което е особено важно за отдалечени и селски райони, без достъп до електропроводи). С горивната клетка на отделни лица или блокове могат да се предоставят по-голямата част на електроенергия и по този начин значително да повиши ефективността на неговото използване.
Горивните клетки предлагат на енергия с високо качество и висока надеждност. Те са издръжливи, имат няма движещи се части, а те да произвежда постоянно количество енергия.
Въпреки това, технологията на горивните клетки се нуждае от по-нататъшно подобряване, за да увеличат своята производителност, намаляване на разходите и по този начин да горивни клетки конкурентен по отношение на други енергийни технологии. Имайте предвид, че при разглеждането на характеристиките на техники, потребители на енергия, сравнението трябва да се основава на всички компоненти на характеристиките на обработка, включително капитал оперативни разходи, емисиите на замърсители, качество на електрическата енергия, издръжливост, извеждане от експлоатация и гъвкавост.
Въпреки водороден газ е най-доброто гориво транспортна инфраструктура или база за това все още не съществува. В близко бъдеще да се осигури електроцентрали като източници на водород бензин, метанол или природен газ може да се използва съществуваща система за доставка на изкопаеми горива (газ станция и т.н.). Това ще премахне нуждата от специални vodorodozapravochnyh станции, но ще изисква преобразувателя ( "реформатор") е инсталиран на всеки изкопаеми превозно средство гориво водород. Недостатък на този подход е, че той използва изкопаеми горива и по този начин води до отделянето на въглероден диоксид. Метанолът, който в момента е водещ кандидат, създава по-малко вредни емисии в сравнение бензин, но това ще изисква инсталацията на колата по-голям контейнер, тъй като тя отнема два пъти повече пространство за същия енергийното съдържание.
За разлика от системи за доставка на изкопаеми горива, слънчеви и вятърни системи (които използват ток за генериране на водород и кислород от водата) и директно фотопревръщане енергийна система (използвайки полупроводникови материали или ензими за производство на водород) може да осигури доставка водород без етап риформинг, и по този начин начин, могат да бъдат избегнати емисии, които се наблюдават, когато се използва бензин или метанол горивни клетки. Водородът може да се натрупват и се превръща в електрическа енергия в горивна клетка, както е необходимо. В бъдеще, горивни клетки връзка с този вид възобновяема енергия е вероятно да бъде ефективна стратегия за осигуряване на продуктивни, екологично внимателен и гъвкав източник на енергия.
Препоръки IEER се крие във факта, че местните и федералните власти, както и на правителствата част от своите бюджети за обществени поръчки за транспортно оборудване са били изпратени на превозни средства горивната клетка на, както и стационарни системи с горивни клетки за осигуряване на топлинна и електрическа енергия за част от своята значителна или нов сгради. Това ще допринесе за развитието на жизнено важни технологии и намаляване на емисиите на парникови газове.
Въвеждане на устойчиви технологии: горивни клетки
Източник: Институт за енергетика и околна среда, www.ieer.org
- Тема: Не-традиционни и нови източници на топлинна енергия
- изтегляне arhiv.zip (12 CBT)
- Принтирай статия
- Обсъждане на статия във форума