Что такое топливные элементы

Так, наприклад, вітростанція потужністю 72 МВт буде забезпечувати електроенергією 45 тис. британських родин. Завдяки електроенергії, отримуваної від ВЕС, на 46 млн т скоротяться викиди СО2 в атмосферу, що відповідає викидам від1,5 млн автомобілів.

Вітроенергетика

Енергетичні установки їх різновиди і типи, конструктивні особливості і принцип дії.

Лекция 3

Сьогодні вітроенергетика – це галузь економіки, яка розвивається все динамічніше. Енергія вітру стає найбільш перспективним засобом заміни потенціалу викопних видів палива для виробництва електроенергії.

Встановлена вітроенергетична потужність у cвіті (МВт

Загальна встановлена потужність у світі

і прогноз на 1997-2010 рр. (МВт)

Энергоустановки на топливных элементах (см. матер. Из интернета)

Пожалуй, водород – самый перспективный вид топлива, поскольку в природе его хоть отбавляй, а в спецустановке, реагируя с кислородом, он способен выделять энергию, причем побочным продуктом такой реакции вместо вредных выхлопных газов является обыкновенная вода (Н2О). К сожалению, перспективы применения водорода в качестве топлива не так близки, но ведущие производители автомобильных (и не только) моторов уже вплотную занимаются разработкой силовых установок, работающих на топливных элементах.Даже наш “АвтоВАЗ” в 2001 году явил миру автомобиль “Лада Антэл”, созданный на базе внедорожника ВАЗ-2131 и работающий на электроэнергии, получаемой с помощью топливных элементов. А в 2004 году был продемонстрирован уже более совершенный “Антэл-2” на базе “Лады-111”. В настоящее время идет работа над “Антэлом-3” и “Антэлом-4”. Каков же принцип работы таких энергоустановок? Вот давайте и разберемся в этом вопросе на примере отечественных разработок.

Топливный элемент – это устройство с высоким коэффициентом полезного действия, вырабатывающее электроэнергию наподобие гальванической батареи, но отличающееся от нее тем, что активные элементы для электрохимической реакции подаются в него извне, а значит, оно может работать так долго, пока в него эти элементы будут поступать, в отличие от батареи с ограниченным запасом энергии.

Не будем углубляться в подробности электрохимической реакции, скажем лишь, что в тольяттинском “Антэле-2” применены щелочные водородно-воздушные топливные элементы. В них водород и очищенный от углекислого газа воздух, в котором находится кислород, вступая в сложную химическую реакцию с помощью катализаторов на анодах и катодах, производят дистиллированную воду и поток электронов во внешней цепи, то есть электроэнергию. Собранные в единый блок топливные элементы представляют собой электрохимический генератор (ЭХГ), который и является основой всей энергоустановки (КПД ЭХГ – около 65%). Для “АвтоВАЗа” ЭХГ разработан Уральским электрохимическим комбинатом.

Заметим, что в “Антэле-1” к топливным элементам подавались водород и кислород, а в “Антэле-2” – водород и воздух из компрессора, то есть прогресс налицо (не нужен запас кислорода в баллонах). Давайте теперь посмотрим, из чего состоит энергоустановка на топливных элементах “Антэла-2”.

Схема энергоустановки на топливных элементах

Как уже было сказано, основа всей установки – ЭХГ, расположенный под капотом автомобиля. В качестве привода передних колес используется электродвигатель переменного тока мощностью до 90 кВт (!) с КПД 90% и массой 32 кг. Электроэнергия от ЭХГ подается к электродвигателю через транзисторную систему управления, которая ее преобразует и дозирует. В состав установки входит никельметаллгидридная буферная аккумуляторная батарея высокой энергоемкости, которая, работая совместно с ЭХГ, повышает динамические показатели автомобиля при разгоне. При торможении происходит зарядка этой батареи за счет рекуперации энергии (электродвигатель по приказу системы управления после нажатия педали тормоза переходит в генераторный режим, создавая тормозной момент на колесах). Энергия этой же батареи используется для разогрева и запуска ЭХГ перед началом движения.

Итак, в ЭХГ подается водород из баллонов, расположенных под полом багажного отделения, и очищенный воздух из компрессора. ЭХГ выделяет легко отводимую воду и подает электроэнергию в систему управления электромотором, которая, реагируя на команды водителя, направляет ее на электропривод. Вот, собственно, и все. Но насколько удобен такой автомобиль в эксплуатации?

Компоновка “Антэла-2”Если в первом варианте (“Антэл-1”) весь багажник автомобиля был буквально забит баллонами с кислородом и водородом и ЭХГ, то во втором (“Антэл-2”) все узлы энергоустановки и системы управления расположены под полом, что позволило разместить в салоне пять человек. Немаловажно и то, что автомобиль способен разогнаться до максимальной скорости в 100 км/ч и проехать при полной заправке водородом 350 км. Подумаешь, скажете вы, разве это показатели? Но ведь это только начало! Подумайте, как ездили машины с двигателями внутреннего сгорания 100 лет назад! Уже сегодня существуют более совершенные энергоустановки на топливных элементах, разработанные иностранными фирмами. Мы рассмотрели просто принцип работы подобных установок. Кстати, “АвтоВАЗ” тоже не собирается стоять на месте, им было заявлено, что идут разработки энергоустановки, получающей водород из привычного природного углеводородного топлива (бензина) прямо на борту автомобиля. Известно, что развитие энергоустановок на топливных элементах сдерживает отсутствие инфраструктуры заправок и добычи водорода (в природе он присутствует только в связанном виде), а развитие инфраструктуры, в свою очередь, тормозит отсутствие автомобилей с такими энергоустановками (проблема курицы и яйца). Вот поэтому выработка водорода из нефти должна стать промежуточным этапом на пути к “водородизации” автомобилей. А ведь существует и много других способов добычи водорода – с помощью энергии солнца, ветра и атомной энергии. Главное же преимущество подобных энергоустановок – чистый (нулевой) выхлоп, бесшумность и независимость от невозобновляемых источников энергии. Но, думается, пока это перспектива нескорого будущего.