Створення локальних джерел електроенергії на базі паливних комірок

Abstract

Аналіз традиційних енергоресурсів, а також можливості їх використання для вироблення електроенергії, дали підстави зробити висновок про потребу у розгляді методів підвищення енергоощадності, необхідність впровадження новітніх технологій, які б забезпечували вищий рівень енергоефективності, надійності та економічності. Як один з таких методів розглядається використання так званих “паливних комірок”. У статті детально описано принцип роботи водневої паливної комірки як основи комбінованого джерела електроенергії. Також аналізуються сучасні досягнення у створенні паливних комірок у два етапи: 1) опис основних типів паливних комірок, їх характеристики та сфера застосування, 2) представлення методів покращання параметрів ефективності паливних комірок, зменшення витрат на виготовлення та збільшення терміну служби. Вказано основні переваги та недоліки використання паливних комірок. Метою дослідження є аналіз комбінованого джерела електроенергії, основними елементами якого є вітрогенератор, фотоелемент та система “електролізер - накопичувач палива - паливна комірка”, де останній, в період надлишку виробленої електроенергії, накопичує її у формі хімічної енергії водню, а при нестачі – генерує її. Ефективність такого джерела електроенергії розглядається на основі наближених добових графіків використання енергії певним малопотужним споживачем, а також виробленої електроенергії вітрогенератором і фотоелементом. Проведений аналіз зосереджений на повній автономності такого джерела живлення, тобто система “електролізер – накопичувач палива – паливна комірка” виконує функції буфера між споживачем та первинним джерелом енергії і не потребує додаткового підведення палива. Окрім розгляду енергоефективності та надійності використання такої установки, зроблена оцінка її екологічності, а саме розрахована маса шкідливих речовин, яка була б виділена, якщо б розглядуваний споживач живився від найпоширенішого традиційного джерела електроенергії - теплової електростанції. На основі проведеного аналізу зроблено висновки про доцільність використання паливних комірок в комбінованих електроустановках.

Анализ традиционных энергоресурсов и возможности их использования для выработки электроэнергии позволили сделать вывод о необходимости рассмотрения методов увеличения енергосбережения и внедрения новейших технологий, которые бы обеспечивали более высокий уровень энергоэффективности, надежности и экономичности. Как один из таких методов рассматривается использование так называемых "топливных ячеек". В статье подробно описан принцип работы водородной топливной ячейки как основы комбинированного источника электроэнергии. Также анализируются современные достижения в создании топливных ячеек в два этапа: 1) описание основных типов топливных элементов, их характеристики и область применения, 2) представление методов улучшения параметров эффективности топливных элементов, уменьшения издержек производства и увеличения срока службы. Указаны основные преимущества и недостатки использования топливных элементов. Целью исследования является анализ комбинированного источника электроэнергии, основными элементами которого являются ветрогенератор, фотоэлемент и система "электролизер - накопитель топлива - топливная ячейка", где последний при избытке выработки электроэнергии, накапливает ее в форме химической энергии водорода, а при недостатке – генерирует ее. Эффективность такого источника электроэнергии рассматривается на основе приближенных суточных графиков использования энергии определенным маломощным потребителем, а также выработки электроэнергии ветрогенератором и фотоэлементом. Проведенный анализ сосредоточен на полной автономности такого источника питания, т.е. система "электролизер - накопитель топлива - топливная ячейка" является буфером между потребителем и первичным источником энергии и не требует дополнительного ввода топлива. Кроме рассмотрения энергоэф- фективности и надежности использования подобной установки произведена оценка ее экологичности, а именно рассчитанная масса вредных веществ, которая была бы выделена, при условии что рассматриваемый потребитель питается от распространенного традиционного источника электроэнергии - тепловой электростанции. На основе проведенного анализа сделаны выводы о целесообразности использования топливных элементов в комбинированных электроустановках.

After analysis of traditional energy resources and their use for power generation as a whole, the conclusion has been made about the necessity to consider methods of increasing energy saving, introduction of new technologies that would ensure greater energy efficiency and reliability. As one of these methods the method of “fuel cells” is taken into consideration. The article describes in detail the principle of hydrogen fuel cells as a basis of the combined sources electricity. It also examines the advancements in the creation of two stages of fuel cells: 1) the description of the main types of fuel cells, their characteristics and scope, 2) the presentation of methods to improve the efficiency of fuel cell parameters, reducing production cost and increase of service life. These advantages and disadvantages of using fuels cells are also pinpointed. The purpose of this study is to analyze the combined sources of electricity, the main elements of which are wind turbine, “electrolyzer – fuel storage – fuel cell” photocell system, where the last in the period of surplus in production of electricity accumulates it in the form of chemical energy of hydrogen. The efficiency of such energy sources is considered on the basis of approximate daily schedule of energy in some low-power consumer, as well as for electricity wind generator and solar cells. The analysis focuses on the full economy of such power, that is “electrolyzer – fuel storage – fuel cell” photocell system is a buffer between the consumer and the primary energy source and requires no additional input of fuel. In addition to consideration of energy efficiency and reliability of such installations, an estimation of its environmental performance, namely calculated mass of harmful substances that would be allocated, if the considered consumer used traditional sources of energy – thermal power plant. On the basis of the analysis the conclusions has been made about the feasibility of using fuel cells in combined electrical systems.