CC BY
0
УДК 621.6
Гафиятуллин Д.М.
студент
Научный руководитель: Сироткина Л.В., к.х. н.
Казанский государственный энергетический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Аннотация. В настоящей работе рассмотрен аналитический материал, посвященный использованию водорода в топливных элементах
Ключевые слова: топливный элемент, энергетические системы, водород, производство энергии.
Gafiyatullin D.M.
student
Scientific supervisor: Sirotkina L. V.
Kazan state power engineering university
TECHNOLOGIES OF HYDROGEN STORAGE
Abstract. In this paper, the main methods of hydrogen storage are considered, their advantages and disadvantages are shown.
Keywords: hydrogen; storage; hydrogen energy storage.
Топливные элементы - это устройства, которые конвертируют химическую энергию топлива (например, водорода) в электрическую путем проведения электрохимических реакций.
Топливные элементы - это очень эффективный, надежный, долговечный и экологически чистый способ производства энергии. Изначально использовавшиеся только в космической отрасли, в настоящее время топливные элементы все более активно применяются в различных областях - от стационарных электростанций и автономных источников тепло- и электроснабжения зданий до двигателей транспортных средств, источников питания ноутбуков и мобильных телефонов.
Химические реакции в топливных элементах происходят на специальных пористых электродах (аноде и катоде), активированных палладием (или другими металлами платиновой группы). Здесь химическая энергия, накопленная в водороде и кислороде, эффективно преобразуется в электрическую энергию. На аноде происходит окисление водорода, а на катоде кислород (или воздух) восстанавливается.
Катализатор на аноде ускоряет окисление молекул водорода с образованием ионов водорода (H+) и электронов. Ионы водорода (протоны) движутся через мембрану к катоду, где катодный катализатор производит
Теория и практика современной науки" №6(108) 2024
47
воду из комбинации протонов, электронов и кислорода. Поток электронов через внешние цепи производит электрический ток, который используется различными потребителями.
Эффективность выработки электроэнергии очень высока: система с топливным элементом имеет электрический КПД 47%, а с модификацией паровой турбины общий электрический КПД может достигать 65%. Перспектива масштабного использования топливных элементов для комбинированного производства тепла и электроэнергии сопровождается снижением их удельной стоимости.
Возможно использование комбинированных энергетических систем на основе газотурбинных и парогазовых установок, в которых топливная камера заменяется высокотемпературными топливными элементами: жидкооксидными (SOFC) или на основе расплавленных карбонатов (MCFC), работающими при температуре 850°С и 650°С. Уже разработаны прототипы высокотемпературных энергетических топливных элементов мощностью от 200 кВт до 20 МВт с КПД на уровне 60-70%. В будущем планируется достичь КПД на уровне 75% при создании энергетических установок мощностью до 300 МВт и больше.
В результате этого, топливные батареи могут быть применены для увеличения производительности существующих электростанций, а также в качестве перспективных источников генерации энергии.
Использованные источники:
1. Гринбаум, М. Программа исследований, разработок и демонстраций новых технологий по экологически чистому использованию угля // Электрические станции. - 2002. - № 1. - С. 72-81.https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/29218/Primenenie_toplivnyh_ehlem entov_v_ehnergetike.pdf?sequence=1&isAllowed=y.
2. Бредихин С.И., Голодницкий А.Э., Дрожжин О.А., Истомин С.Я., Стационарные энергетические установки с топливными элементами: материалы, технологии, рынки - М.: НТС «Энергопрогресс корпорации».
3.Некрасов А.С., Синяк Ю.В. Макрорегиональный прогноз долгосрочного развития топливно-энергетического комплекса России // Пространственная экономика, № 1, 2005. https://cyberleninka.ru/article/n7makroregionalnyy-prognoz-dolgosrochnogo-razvitiya-energeticheskogo-kompleksa-rossii
Теория и практика современной науки" №6(108) 2024
48
