Меню Рубрики

Топливный элемент

Домашний топливный элемент – идеальное дополнение к альтернативному источнику энергии

В 2012 году, фирма Panasonic выпустила на внутренний рынок Японии домашние топливные элементы Ene-Farm. Устройство размером с небольшой шкаф, подключается к магистральному газопроводу, и при работе выдаёт до 0,75 кВт электроэнергии плюс до 1,2 кВт тепла. Однако в продаже есть множество топливных элементов работающих от водорода. Для таких установок уже не требуется газопровод.

Топливный генератор Панасоник

Топливный элемент – сравнение с генератором

Электричество из химических реакций получают в несколько этапов:

  • Сжигание топлива (окисление);
  • Нагрев рабочего тела и получение пара;
  • Вращение турбины генератора паром;
  • Генерация электроэнергии.

В мобильных генераторах на углеводородных энергоносителях, обходятся без получения пара, а вместо горения, происходит контролируемый взрыв топливной смеси. Важно то, что в таких механизмах есть масса дополнительных этапов.

В топливном элементе, электричество сразу образуется в процессе «холодного» окисления. Холодным его можно назвать отчасти, ибо многие разновидности топливных элементов работают при высоких температурах, например для Твердотельного Оксидного Топливного Элемента (ТОТЭ), рабочая область разогревается до 1000˚C. Но наиболее распространённые и перспективные топливные элементы, как-то: водородный и метанольный,  прекрасной функционируют при температуре 60-80˚C.

Принцип работы топливных элементов

Ещё 180 лет назад было обнаружено, что реакцию электролиза можно пустить в обратную сторону, т.е., водород и кислород могут соединяться без горения, но с выделением электроэнергии и небольшого количества тепла. Даже была создана такая батарея. Её усовершенствованием занимались только последние 80 лет, и сейчас она выглядит так:

 

 

  1. Через отрицательный электрод (анод) подаётся водород (горючее);
  2. Через положительный электрод (катод) поступает кислород (окислитесь);
  3. Между двумя веществами находится селективная мембрана, которая пропускает только ядро атома водорода (протон), а вот электрон направляется в электрическую цепь;
  4. Протон проникает на катод, где вступает в реакцию с кислородом, образуя воду.

Мембрана и катод покрыты катализатором. Наиболее эффективный из них – платиновая чернь. Это дорогой реактив, который и обуславливает высокую стоимость топливных элементов.

В результате работы топливного элемента образуются вода и электричество. В моделях использующих метиловый спирт дополнительно получается углекислый газ.

Преимущества и недостатки топливных элементов

Представьте себе такую ситуацию, что у вас есть три варианта покупки молока и хлеба:

  1. В крупном сетевом магазине;
  2. У продавца на рынке;
  3. Продукты доставит фермер/частник, который сам доил корову, сам сеял, собирал, обмолотил пшеницу и испёк хлеб.

Ну как ни крути, третий вариант гарантирует что цена будет гораздо ниже, а качество не в пример выше. Ведь отсутствует масса посредников/перекупщиков и ненужных технологических операций.

С топливными элементами такая же ситуация. Поступило топливо – получено электричество. КПД топливного элемента достигает 80%, и есть перспектива роста. КПД любого другого генератора даже в теории ограничена 53%, на практике едва дотягивает до 30%.

Если используется чистое топливо, то катализатор не забивается (не отравляется). Работает он бесшумно, движущихся механизмов там нет и уровень нагрузки, не влияет на КПД.

В общем это как хороший добротный Mersedes Gelandewagen – работает безотказно. Вот только цена топливных элементов, как раз и может сравниться с такими автомобилями. Это и есть их главный недостаток.

Установка Ene-Farm второй серии от фирмы Панасоник, стоит около 1,4 млн. рублей. Но она привязана к газовой магистрали, поэтому автономной её назвать невозможно. Однако на Западе множество фирм реализуют небольшие генераторы на топливных элементах. Существует устойчивый сегмент рынка альтернативной энергетики с достаточным наполнением разными товарами.

Спрос и предложения на рынке топливных элементов

Купить себе в квартиру топливный элемент ради забавы, ну это даже не интересно обсуждать, хотя… есть и такие предложения. Например, такая демонстрационная модель укомплектована следующими элементами:

 

  1. Солнечный модуль мощностью 500 мВт;
  2. Электролизёр производительностью ≈42/21 мл/мин (H2/O2);
  3. Накопитель для водорода и килорода;
  4. Топливный элемент мощностью 1,2 Вт/≈0,7 V;
  5. Вентилятор для нагрузки.

Вроде выглядит как игрушка, но цена 200 тысяч рублей. Такой можно баловаться, а можно поставить как наглядную схему работы системы независимого электроснабжения автономного дома из альтернативных источников энергии.

Такую систему можно масштабировать до размеров настоящего полнофункционального энергонезависимого дома. Надо только выбрать технические параметры, под которые будет собираться система. Но для автономного варианта потребуется:

  1. Топливный элемент;
  2. Электролизёр (генератор водорода);
  3. Компрессор + баллоны для хранения газа;
  4. Система генераторов энергии из альтернативных источников, допустим спарка: солнечные панели + ветрогенератор МагЛев;
  5. Буферный железо-фосфатный АКБ ёмкостью 100-150 Ач.

Фактически, первые три элемента это замена системы химических аккумуляторов, но с большим преимуществом. В автономном режиме, аккумуляторы работают с цикличностью день/ночь, т.е. минимум 365 циклов зарядки-разрядки в год. По этой схеме их срок службы не продлиться более 2,5-3 лет (1000 циклов при минимальном уровне разряда).

Топливный элемент рассчитан на 60000 часов работы. Если днём электричество будет поступать из альтернативного источника (солнечные панели), то избыток идёт на генерацию водорода. Топливный элемент включается максимум на 12 часов в сутки, или 365 х 12 = 4380 часов/год (≈15 лет).

Цена вопроса

Чтобы не рекламировать какую-то отдельную фирму, вот стоимость некоторых товаров из предложенной схемы независимого электроснабжения:

  1. Топливные элементы (генераторы на топливных элементах):
  • «GreenHub 2 PRO 500» – Мощностью 400 Вт/220 V (расход 7 л/мин) – 9500$
  • «GreenHub 2 – 1000» – Мощностью 1 кВт/220 V (расход 14 л/мин) – 12200$
  • «G-HFCS-3kW48V» Мощностью 3 кВт/48 V (расход 35 л/мин) – 14500$
  1. Генераторы водорода (чистота водорода от 99,9995 и выше):
  • QL-500 PEM – производительность – 30 л/ч, мощность 300 Вт/220 V. 3500$
  • SHC-1000 – (щелочной электролизёр), производительность – 60 л/ч; мощность – 250 Вт/220 V; 3300$
  1. Баллоны для хранения водорода:
  • Алюминиевые – 900 л. газа/ 2500 $ (Vсобственный – 2 л);
  • Стальные – 800 л. газа/ 4500 $ (Vсобственный – 1,8 л);

Есть даже некоторые готовые устройства работающие на топливных элементах, например водородный квадрокоптер! На одной заправке он летает до 3,5 часов и способен поднять полезный груз массой до 2,5 кг.

 

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   

(Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector