Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » Водородные технологии

Наука: Водородные технологии - 21-07-2016, 10:12

 

Водородные технологии

 

Вячеслав Михайлович ФИЛИН,

д.т.н., профессор, первый заместитель генерального конструктора РКК «Энергия» им. С. П. Королева;

 

 

ПОДХОДЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ РАЗРАБОТЧИКОВ К СОЗДАНИЮ НОВЕЙШИХ ВОДОРОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

Работы по созданию новейших водородных технологий космического и наземного применения в России и за рубежом идут в настоящее время различными путями, исходя в первую очередь из существующего в каждой стране задела и сложившейся кооперации работ. Отечественные инженеры используют задел по ЭХГ «Фотон», то есть совершенствуют топливные элементы со щелочными матричными топливными элементами. Это привело не только к совершенствованию топливного элемента ЭХГ «Фотон» площадью 176 см2 (ТЭ-176), но и к созданию нового типоразмера ТЭ габаритной площадью 700 см2 (ТЭ-700).

 

 

Биэлектроды ТЭ площадью 176 см2 (ТЭ-176) и 700 см2 (ТЭ- 700).

 

Рисунок 1. Биэлектроды ТЭ площадью 176 см2 (ТЭ-176) и 700 см2 (ТЭ- 700).

 

 

Таким образом, в настоящее время, на основе указанных типоразмеров возможно создавать ряды энергоустановок (ЭУ), что позволяет гибко и при минимальной стоимости решать различного рода задачи, опираясь на универсальные типоразмеры топливных элементов. Для мощности ЭУ до 80 кВт целесообразно применять в батареях ЭХГ топливные элементы ТЭ-176, для мощности ЭУ до 2000 кВт целесообразно использовать в батареях элементы ТЭ-700 (см. рис. 1, 2). Для обоих типов элементов в настоящее время разработаны мероприятия по их серийному изготовлению, снижающему стоимость батарей. Необходимо отметить, что энергоустановки со щелочными топливными элементами последнего поколения могут работать как на кислороде (для космоса, спеццелей, в аккумуляторах энергии с водородным циклом), так и на очищенном, компримированном кислороде воздуха (для автомобильной техники, судов речного, морского флота).

 

Батареи топливных элементов нового поколения. 

РИС.2

Батарея топливных элементов БТЭ-700.  

Мощность — от 25 до 125 кВт; блоки БТЭ-700 (ЭХГ) — до 500 кВт; ЭУ на базе БТЭ-700 — до 2 МВт.
Батарея топливных элементов БТЭ-176.  

Мощность — от 10 до 25 кВт; блоки БТЭ-176 (ЭХГ) — до 80 кВт; ЭУ на базе БТЭ-700 — до 350 КВт.

 

 

Другим достижением отечественных разработчиков стало создание на основе комплектующих топливных элементов — электролизных элементов, на базе которых могут быть разработаны электролизные установки высокого давления различной производительности. Для производительности (по водороду) до 25 нм3/ч целесообразно использовать в электролизных батареях электролизные элементы площадью 176 см2 . Для производительности до 500 нм3/ч в электролизных батареях целесообразно использовать электролизные элементы площадью 700 см2. В настоящее время указанные новейшие отечественные технологии превышают мировой уровень (см. рис. 3). Отечественные разработки в области создания полимерообменных топливных и электролизных элементов и установок на их основе находятся в настоящее время ниже мирового уровня (время отставания не менее 15 лет). Это связано с тем, что российские инженеры используют доступные зарубежные мембраны, примененные там еще 15 лет назад, либо отечественные мембраны МФ-4СК, разработанные для электролизеров в 80-е годы прошлого века. Это привело к тому, что, несмотря на вкладываемые относительно большие средства, отечественные полимерообменные технологии находятся на стадии НИР, а находящиеся в опытной эксплуатации энергоустановки с полимерообменными ЭХГ, установленные на российских предприятиях (РЖД), используют генераторы иностранных фирм.

 

Экспериментальный электролизер воды высокого давления. 

Рисунок 3. Экспериментальный электролизер воды высокого давления.

 

Характеристики электролизера (разработчик ОАО РКК «Энергия»):

• тип — щелочной/твердополимерный;

• производительность  по водороду — до 700л/ч;

• рабочее давление— до 400 атм;

• ресурс — до 5000 часов;

• удельные энергозатраты — не более 5 кВт·ч/м3 Н2.

 

 


Зарубежные разработчики сосредоточили основные усилия в области новейших водородных технологий в создании ЭХГ с полимерными элементами. В основании этих работ лежит также космический задел — технологии, разработанные американскими инженерами для программы «Джемени». Это решение связано в первую очередь с тем, что эти элементы могут работать без очистки воздуха от углекислого газа, имеют высокие удельные мощности. В НИОКР за последние 15 лет были вложены многие миллиарды долларов. Были достигнуты впечатляющие успехи на основе которых были созданы десятки опытных легковых автомобилей, городских автобусов с твердополимерными ЭХГ. Для заправки водородом во всех передовых странах развернута сеть заправочных станций, которая находится в опытной эксплуатации. Она, как правило, включает в свой состав щелочные электролизеры воды низкого давления и компрессор водорода. Заправка автомобилей водородом (400 атм) осуществляется из ресиверов заправочной станции приспособлением в виде обычного заправочного пистолета.

 

 

Опытная эксплуатация этих автомобилей выявила и недостатки ЭУ с ЭХГ этого типа. Прежде всего происходит резкое снижение ресурса топливных элементов при работе на реальной циклограмме потребления мощности, как правило, сильно изрезанной в условиях городского движения. С другой стороны, поскольку эксплуатация автомобилей проходит в реальных городских условиях, то на вход топливного элемента попадают в переходных процессах окись углерода, недогоревшие углеводороды от работы двигателей внутреннего сгорания обычных автомобилей. Поэтому в настоящее время стало понятным, что на очереди новый НИОКР, в котором предполагается разработать новый тип мембран, обладающий устойчивостью к указанным загрязнениям, одновременно необходимо разрабатывать и новую бортовую систему очистки воздуха.

 

 

Межотраслевой альманах №29/2011 год



Ключевые теги: наука
 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУКИ


Календарь событий:

«    Апрель 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Архив новостей:

Февраль 2017 (1)
Декабрь 2016 (1)
Ноябрь 2016 (7)
Октябрь 2016 (11)
Сентябрь 2016 (6)
Август 2016 (13)