CC BY
5
МАТЕМАТИКА, ИНФОРМАТИКА И ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 621.316.11
Климов П. Л. аспирант
кафедра «Электроснабжения и электротехники»
Разумец Е.А. студент магистратуры кафедра «Электрических станций, сетей и систем» Иркутский Национальный Исследовательский Технический
Университет Институт энергетики Россия, г. Иркутск
ПОДКЛЮЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В УСТАНОВКАХ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ
Аннотация: В статье приведена обобщенная схема подключения топливного элемента в установке распределённой генерации. Описана конструкция топливного элемента и принцип работы. В частности, описаны химические процессы, происходящие между анодом, катодом и электролитом. Также приведена вольтамперная характеристика топливного элемента и описание ее поведения.
Ключевые слова: распределенная генерация, топливный элемент, анод, катод, катализатор.
Klimov P.L.
Postgraduate student of the department "Power supply and electrical
engineering"
Irkutsk National Research Technical University, Institute of Energy
Russia, Irkutsk Razumets E.A.
Graduate student of the department «Electrical Stations, Networks and
Systems»
Irkutsk National Research Technical University, Institute of Energy
Russia, Irkutsk FUEL CELL CONNECTION AND CDESIGN IN THE DISRTIBUTION GENERATION UNITS
Abstract: The article provides a diagram of a fuel cell in the distributed generation units. The design of the fuel cell and the principle of operation are described. In particular, the chemical process between the anode, cathode and electrolyte are described as well. The current-voltage characteristic of the fuel cell and a description of its behavior are also provided.
Keywords: distributed generation, fuel cell, anode, cathode, catalyst.
Система генерации на базе топливных элементов состоит из множества (модуля) топливных ячеек (элементов), силовой электроники и модуля контроля. Схема системы генерации на базе топливных элементов изображена на рисунке 1.
Топливные элементы
Рисунок 1 - Схема системы генерации на базе топливных элементов
Основу конструкции топливного элемента составляет анод, катод и электролит, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Химическая реакция в топливном элементе
Основными газами, входящими в топливный элемент, являются водород и кислород. Базовая физическая структура топливного элемента состоим из двух пористых электродов (анода и катода) и слоя электролита между электродами. Топливо в обычном топливном элементе непрерывно подается на анод, а окислитель непрерывно подается на катод. Освобождённые электроны сжатого водорода проходят через анод во внешнюю цепь. Катод с положительной связью несет электроны из внешней цепи к катализатору. Катализатором является материал, который облегчает химическую реакцию водорода и кислорода. Он чаще всего делается из углеродной бумаги или ткани покрытой платиновым порошком. В катализаторе электроны соединятся с кислородом, образуя воду, как побочный продукт топливного элемента. Электролитом является специально обработанный материал, который позволяет только позитивно заряженным ионам проходить через него, блокируя отрицательно заряженные ионы. Тип и химические свойства электролита, используемого в топливном элементе очень важны для их рабочих характеристик, таких как их рабочие температуры.
На рисунке 3 представлена Вольтамперная характеристика топливного элемента.
Напряжение элемента (В)
Нагрузка по току (А) Рисунок 3 - Вольт-амперная характеристика топливного элемента
Резкое падение напряжения в активной области связано с химической реакцией при небольшом токе. Падение напряжения в области сопротивления связано с потерями на электродах и в электролите. При очень высоком токе падение напряжения связано со скоростью диффузии, вызывающей резкое
Область концентрации
падение напряжения.
Использованные источники:
1. P. P. Barker and B. K. Johnson, "Power system modeling requirements for rotating machine interfaced distributed resources" Power Engineering Society Summer Meeting, 2002 IEEE, Chicago, USA, Vol. 1, 21-25 July 2002, pp. 161166.
2. P. P. Barker and R. W de Mello, "Determining the impact of distributed generation on power systems: Part I. Radial distribution systems" Power Engineering Society Summer Meeting, Seattle, Washington, USA, 2000 IEEE, Vol.
3. 16-20 July 2000, pp. 1645-1656.
3. Stan Blazwicz and David Kleinschmidt, "Distributed Generation: System Interfaces" White paper prepared by Arthur D. Little, Cambridge, MA. 1999, http://www.encorp.com/dwnld/pdf/whitepaper/wp ADL 2.pdf.
4. T. Ackermann and V. Knyazkin, "Interaction between distributed generation and the distribution network: operation aspect" IEEE/PES Transmission and Distribution Conf. and Exhibition 2002: Asia Pacific, Vol. 2, 6-10 Oct. 2002, pp. 1357-1362, Yokohama, Japan.
5. Kauhaniemi, K., Kumpulainen, L.: Impact of distributed generation on the protection of distribution networks. Developments in Power System Protection, IEE International Conference, 5-8 April 2004, Amsterdam, pp. 315-318.
