Життя сучасної людини неможливе без енергії. Наукові дослідження відзначають, що тривалість життя в різних країнах прямо пропорційна споживанню енергії на душу населення. Наприклад, в Канаді, де середня тривалість життя наближається до 80 років, на людину в рік припадає 8 т умовного палива!
На тлі зростаючих цін на енергоносії і зміна клімату є не допустимим використання традиційних способів отримання електроенергії з ККД 30-40%. Тому сьогодні впровадження нетрадиційних джерел енергії, таких як сонячні, вітряні станції і паливні елементи є необхідністю для багатьох країн.
Окремим пунктом тут стоять паливні елементи, які за своєю суттю не є поновлюваними і засновані, також як і класичні способи, на спалюванні палива (водень, метан), але при цьому майже екологічно чисті і мають високий ККД 50-60%!
При масовому переході на альтернативні (читай поновлювані) джерела енергії, людству не обійтися без водневої енергетики. Багато можливо чули про таку, але часто погано уявляють, що це означає. Так як передбачувані (існуючі на сьогоднішній день поновлювані джерела енергії - вітер, сонце, а не фантастичні «холодні термояду» і «модулі нульової точки» з фантастичних фільмів) джерела енергії потребують ефективного «носії», який можна складувати в хороші часи і використовувати під час пікових навантажень, а також транспортувати на далекі відстані. Цим вимогам не задовольняє електроенергія, її не можна складувати, а при передачі на далекі відстані потрібно надвисокі напруги, що в підсумку економічно невиправдано! Електрика - зручний вид енергії при споживанні і її генерації окремо, а одночасне (як зараз виробництво і споживання) - складне завдання і, як підсумок, що не економічні режими роботи енергосистем, відключення постійна загроза розвалу системи.
Найбільш перспективним у цьому плані вважається водень, багато вчених називають його «паливом XXI століття», здатним вирішити енергетичні та екологічні проблеми, пов'язані як з викидом отруйних речовин в атмосферу, так і з накопиченням двоокису вуглецю, що призводить до порушення біосфери.
Переваги водню, як енергоносія - це, перш за все, висока теплотворна здатність 33,3 кВтг / кг (в якості порівняння: Таблиця 1), відносно просте виробництво і можливість легкого перетворення в електроенергію в паливних елементах, а також легке транспортування без втрат (по трубах, наприклад або цистернами).
Таблиця 1 Порівняння енергоносіїв
Енергоносій kWh / l kWh / kg
Дизельне паливо 9,7 11,6
Водень в металогідридних з'єднаннях 3,18 0,58
Рідкий водень 2,36 33,3
Стиснутий водень при 30 MPa 0,75 33,3
Свинцевий акумулятор 0,09 0,03
Однак існують деякі труднощі. Перша проблема - це важке зберігання водню. По-друге, є проблематичні аспекти безпечної роботи з цим енергоносієм. Водень - це безбарвний і позбавлений запаху газ. У концентрації 4 - 75% в повітрі водень може горіти, в той час як при концентрації 13 - 59% -vol це вибухонебезпечна суміш. Мінімальна енергія запалювання становить всього 0,02 mJ, загоряння можливо навіть від електростатичного розряду. Температура самозаймання становить 585оC. Перевагою при цьому є те, що водень істотно легше, ніж повітря і таким чином під відкритим небом швидко віддаляється, що протидіє досягненню небезпечної концентрації суміші. Практично застосування водню пов'язане зі схожими небезпеками і проблемами, які мають місце при роботі з природним газом.
При отриманні електроенергії, запасеної в водні, отриманому за допомогою поновлюваних джерел енергії, на стороні споживача слід, якомога ефективніше перетворити хімічну енергію в електрику. Порівняння ефективності різних технологій перетворення хімічної енергії в електричну наведено на малюнку 1. Як видно з малюнка, найбільш ефективним способом отримання енергії є комбінування високотемпературних паливних елементів і газових турбін низького тиску.
Малюнок 1 - Порівняння ефективності енергетичних установок
Альтернативна енергетика в нашій країні знаходиться в зародковому стані, в той час як в Європі вона розвивається бурхливо. Країни Євросоюзу всерйоз роблять ставку на енергію сонця, вітру, води, земних надр і на водневу енергетику.
За всіма розрахунками, ККД теплових електростанцій в нашій країні не перевищує 30%, про шкідливі викиди можна взагалі мовчати, а ККД водневих паливних елементів істотно вище, і поступово знижується їх вартість.
Для перетворення хімічної енергії водню в електрику найбільш ефективним вважається використання паливних елементів, що володіють ККД не менше 50%. В результаті роботи водневих паливних елементів крім електроенергії виробляється тільки тепло і вода (в малих кількостях). Вони не містять рухомих деталей і абсолютно безшумні.
Так звані SOFC (Solid Oxide Fuel Cell-твердооксидних паливні елементи) найбільш перспективні для стаціонарної вироблення електроенергії. Значним плюсом SOFC є можливість використання в якості палива, як водню, так і вуглеводнів (метан, пропан), якими можна постачати паливні елементи під час браку «чистого» водню, а також при поступовому переході енергетики на «водневі рейки».
Малюнок 1 - Схема роботи високотемпературного паливного елемента
Розглянемо детальніше роботу SOFC. Він складається з катода, до якого підводиться повітря і, проходячи через пори діссоцірует, іонізується і проходить через електроліт в зону реакції на стороні анода. Там він окисляє водень до води, яка несеться з паливним потоком зовні, а які утворюються при цій реакції вільні електрони проходять через зовнішній ланцюг на катод. І процес повторюється. На кожну моль води виділяється 237кДж. Що еквівалентно 1.23 В.- теоретично максимальна напруга, на практиці воно звичайно нижче 1В.
Комбіновані установки на основі SOFC і газових турбін можуть мати ККД до 82% -а це величезна економія СО2 викидів і коштів, витрачених на паливо. Також є перспективним використання SOFC установок малої та середньої потужності для децентралізованого енергопостачання тому існуюча інфраструктура газових і електричних мереж ідеально підходить для цього. Технологія паливних елементів знаходиться сьогодні перед проривом на ринок.
". Наприклад, в Канаді, де середня тривалість життя наближається до 80 років, на людину в рік припадає 8 т умовного палива!"
І вони ще живі?
У мене тільки на пічне опалення йде в рік 3 тонни умовного палива. Це не рахуючи ел. енергії, транспорту, харчування, бензину на машину, поїздки та ін. та ін. куди витрачається енергія. І якщо все це перевести в умовне паливо. А чи не підкажете, що таке "умовне паливо"?
". В той час як в Європі вона розвивається бурхливо"
О так! Особливо це стало видно в період перебою постачання російського газу. )
"За всіма розрахунками, ККД теплових електростанцій в нашій країні не перевищує 30%"
Це в якій країні такий ККД на ТЕЦ? Так у сільській бабки плита на соломі дає в два рази вище ККД
"Тому сьогодні впровадження нетрадиційних джерел енергії, таких як сонячні, вітряні станції і паливні елементи є необхідністю для багатьох країн."
А який ККД в сонячних і вітряних станціях?
"Значним плюсом SOFC є можливість використання в якості палива, як водню, так і вуглеводнів (метан, пропан), якими можна постачати паливні елементи під час браку« чистого »водню, а також при поступовому переході енергетики на« водневі рейки "
А навіщо ж використовувати вуглеводневе паливо при переході на "водневі рейки". І де їх знову ж брати, знову у Росії.
Це як у прислів'ї: "чужими пирогами і батька добре пригощати"
"На кожну моль води виділяється 237кДж. Що еквівалентно 1.23 В.- теоретично максимальна напруга, на практиці воно звичайно нижче 1 В"
Кілоджоуль- це одиниця енергії, яка ніколи не була і не буде еквівалентна напрузі в вольтах.
