CC BY
29УДК 621.311.61
СОСТОЯНИЕ И БУДУЩЕЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
А. С. Липилин
Институт электрофизики УрО РАН 620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, д. 106 Тел. 8(343)267 88 27, моб. 8 908 904 53 22, факс: 8(343)267 87 94, [email protected]
Заключение Совета рецензентов: 19.06.09 Заключение Совета экспертов: 29.06.09 Принято к публикации: 10.07.09
В статье обсуждается вопрос индивидуальной энергетики, к которой относится и энергетика городского автомобиля. Проанализирована техническая целесообразность ее развития. Показано, что энергетика, основанная на твердооксидных топливных элементах, хорошо вписывается как в индивидуальную энергетику энергоустановка - «двигатель» городского автомобиля, так и в распределенную энергетику, которая должна прийти на смену традиционной централизованной стационарной энергетике, благодаря более полному и эффективному преобразованию химической энергии топлива, снижению до минимума эмиссии парниковых газов в атмосферу.
Ключевые слова: энергетика, энергосбережение, экология, водородная энергетика, электрохимическая энергетика, топливные элементы, щелочные топливные элементы, твердополимерные топливные элементы, твердооксидные топливные элементы, экоавтомобиль, водородный автомобиль, городской транспорт.
STATE OF THE ART AND THE FUTURE OF THE INDIVIDUAL ENERGY
A.S. Lipilin
Institute of Electrophysics UD RAS 106 Amundsena str., Ekaterinburg, 620016, Russia Tel. 8(343)267 88 27, mob. 8 908 904 53 22, fax 8(343)267 87 94, e-mail: [email protected]
Referred: 19.06.09 Expertise: 29.06.09 Accepted: 10.07.09
In this paper the problem of the individual energy and in particular of the town car energy is considered. The expediency of the development of the individual energy is analyzed. It has been shown that energy based on solid oxide fuel cells (SOFC) fits well into both - the individual energy, the SOFC device can be the «engine» for the town car, and into the distributed energy, which should replace the traditional centralized stationary energy, due to complete and efficient conversion of chemical energy of fuel, due to reduced to a minimum emission of greenhouse gases in the atmosphere.
Сведения об авторе: канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории прикладной электродинамики.
Образование: физический факультет СГПИ (1968 г.), аспирантура УО РАН (1975 г.). Область научных интересов: физическая химия, электрохимия, разработка высокотемпературных электрохимических устройств с твердым электролитом, твердооксидные топливные элементы, разработка конструкций ТОТЭ и технологий с использованием нанопорошковых компонентов.
Публикации: более 210 научных работ, из них более 50 изобретений.
Александр Сергеевич Липилин
Введение
Безусловно, энергетика является одним из приоритетных направлений развития общества, развития государства [1]. При этом развитие цивилизации неразрывно связано с увеличением электропотребления обществом в целом и каждым человеком в отдельности. В настоящее время достаточно хорошо развита и продолжает с высокими темпами развиваться индивидуальная энергетика: сотовые телефоны, ноутбуки, фото- и телекамеры, автомобили... Эта энергетика позволяет преобразовывать наиболее разумно и экономно химическую энергию топлива в соответствии
Статья поступила в редакцию 09.06.2009. Ред. рег. № 486
с личным графиком потребления электроэнергии. Ее развитие обусловлено тем, что созданная в прошлом веке стационарная централизованная энергетика не обладает достаточной гибкостью, чтобы обеспечивать индивидуальные запросы потребителей. Структура же современного общества такова, что потребители электрической энергии могут образовывать сообщества в 5-1000 человек, которые имеют общие согласованные режимы потребления электрической энергии, это коттеджи, таунхаусы, жилые дома, фабрики, заводы и т.д. Поэтому, безусловно, между традиционной стационарной и индивидуальной энергетикой должна быть сформирована распределенная
The article has entered in publishing office 09.06.2009. Ed. reg. No 486
139
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
энергетика, задачей которой является удовлетворение все возрастающей энергооснащенности общества с одновременным энерго- и ресурсосбережением с улучшением экологической ситуации в технологии получения электроэнергии.
Индивидуальная мобильная энергетика основана в своем большинстве на традиционных первичных и вторичных химических источниках тока (ХИТ) [2]. Интересно, что сейчас потребляемая мощность от ХИТ (батареек и аккумуляторов) уже превосходит электрическую мощность, вырабатываемую всеми стационарными электростанциями. На рис. 1 представлена классификация ХИТ.
Развитие и совершенствование индивидуальной энергетики с энергосистемами повышенной мощности можно наблюдать по изменениям энергообеспечения городского автомобиля. В настоящее время до 80% загрязнения атмосферы больших городов обусловлено использованием транспорта с двигателями внутреннего сгорания на бензине.
В последнее время к традиционным гальваническим элементам и аккумуляторам присоединяются химические источники тока - топливные элементы, не имеющие такой характеристики, как электрическая емкость (А/час), циклов заряд/разряд, как аккумуляторы, и не зависящие, как последние, от наличия централизованной сети для подзарядки. Созданные на основе различных ХИТ, мобильные портативные источники тока имеют следующие основные характеристики (рис. 2).
Полученные данные подтверждают, что наиболее целесообразно для легких длительно работающих источников тока не запасать химическую энергию топлива в активных электродных веществах устройства, а запасать непосредственно энергоноситель в виде исходного топлива. А затем химическую энергию запасенного топлива прямым способом преобразовывать в электрическую энергию в топливных элементах. При этом наиболее выгодно преобразование вести в твердооксидных топливных элементах.
Рис. 1. Классификация химических источников тока Fig. 1. Classification of chemical current sources
Рис. 2. Удельные характеристики мобильных портативных источников тока в зависимости от типа ХИТ [3] Fig. 2. Specific characteristics of mobile portable power sources, depending on the type of the chemical current sources [3]
140
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
ISJIEI
Централизованная стационарная энергетика
Созданная в прошлом веке централизованная система электрообеспечения исправно отслужила свой срок и в настоящее время уже не отвечает современным требованиям ни по эффективности преобразования топлива, ни по эффективности передачи электроэнергии и по экологии этого процесса [4]. КПД перевода химической энергии топлива в электрическую энергию на традиционных электростанциях составляет 30-35%. Это КПД самой электростанции, но чтобы электроэнергия дошла до потребителя, необходима система передачи. Передача выработанной электроэнергии от электростанций на большие расстояния приводит также к безвозвратным ее потерям, к снижению суммарного КПД системы. Потери обусловлены сопротивлением проводов, при этом чем выше ток, тем больше потери. Эти потери электроэнергии преобразуются в тепло, т. е. при ее передаче мы греем воздух. Снижать сопротивление проводов можно, увеличивая их сечение до разумной величины. Снижать ток можно, увеличивая величину передаваемого напряжения, тоже лишь до разумного предела, так как при увеличении напряжения возрастают токи утечки, возникает также необходимость трансформирования напряжения, его повышения для передачи, а затем понижения до напряжения потребления, что, естественно, также приводит к увеличению потерь. Реально потери при передаче промышленного напряжения 380 В (по официальным данным) доходят до 16%, а при передаче по высоковольтным ЛЭП 110 кВ и выше снижаются до 1-1,5% (в условиях электрических сетей). На самом деле потери зависят от расстояния передачи электроэнергии. На рис. 3 показано возрастание потерь на ЛЭП различного напряжения.
3,0
2,0
1 1 / 2 3 ■
- 5
- 1.1.1.
0 400 800 1200 1600
Расстояние, км
Рис. 3. Зависимость затрат на транспорт электрической энергии по ЛЭП с напряжением: 1 - 200 кВ; 2 - 345 кВ; 3 - 500 кВ; 4 - 700 кВ и затрат на транспорт энегоносителя (водорода) по трубопроводу - 5 Fig. 3. Dependence of the cost of transportation of electric energy by means of transmission lines with voltage: 1 - 200 kV; 2 - 345 kV; 3 - 500 kV; 4 - 700 kV and the cost of transportation of hydrogen through the pipeline - 5
Потери возрастают на 200% при передаче электроэнергии при указанных напряжениях на 500-1400 км. Для сравнения на рис. 3 приведены затраты на транспорт энергоносителя - водорода, которые не превышают при перекачивании на расстояние 1600 км 50%.
Несмотря на то, что трансформаторы имеют достаточно высокий КПД (около 98%), многоступенчатость при повышении напряжения приводит к потерям 1020% и при понижении до промышленного напряжения - 10-20%. Таким образом, суммарный КПД использования топлива вряд ли превышает 10%.
Кроме того, при химическом горении топлива (угля, природного газа) на электростанции образуются основные компоненты парниковых газов СО2 и N0*, загрязняющие атмосферу и приводящие к глобальным экологическим проблемам. Таким образом, около 90% сжигаемого топлива в конечном итоге идет на глобальное потепление климата.
Неравномерность электрической нагрузки электростанций приводит к «рваному» режиму работы всех их систем, что сокращает срок службы, приводит к аварийности. Попытки выровнять электропотребление днем и ночью снижением тарифов на ночную электроэнергию не может выровнять нагрузку, как и не может заставить человека круглосуточно вести активный образ жизни с равномерным электропотреблением. Кроме того, в связи с ростом энергопотребления резко возрастает угроза возникновения аварий как на самих электростанциях, так и на передающих сетях. При этом существует угроза возникновения энергодефицита. По оценкам специалистов, к числу регионов РФ, где высока вероятность возникновения энергодефицита, относятся Архангельская, Вологодская, Ленинградская, Московская, Нижегородская, Свердловская, Саратовская, Тюменская, Ульяновская и Челябинская области, Дагестан, Карелия, Коми, Краснодарский край, Пермский край, Тува.
Распределенная энергетика
В этой ситуации наиболее разумный и целесообразный выход из создавшегося положения - планомерная замена централизованной системы энергоснабжения системой распределенной (водородной) энергетики.
Распределенная энергетика предполагает, что генераторы электрического тока расположены непосредственно у потребителя электроэнергии, к которому по трубопроводу приходит топливо, водород или природный газ. Потребитель сжигает топливо в соответствии с собственным графиком потребления электроэнергии. Это приводит к разумному энергосбережению и к экономному использованию топлива. При этом использование в качестве генераторов электроэнергии электрохимических генераторов тока на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) позволяет существенно повысить энергосбережение и экономию топлива. ТОТЭ имеют высокий КПД прямого преобразования химической энергии топли-
Ж
J '<:<
141
ва в электричество. Их КПД достигает 70%, а с учетом использования высокопотенциальной тепловой энергии - 90%. Транспорт топлива по трубопроводу на те же расстояния требует существенно меньших энергозатрат, чем транспорт электроэнергии по проводам, а потери возникают только при физическом нарушении целостности трубопровода. В рамках распределенной энергетики существующие электростанции (на первом этапе) будут переходить от продукции в виде электроэнергии к производству продукции в виде энергоносителя - водорода. В дальнейшем этот энергоноситель по трубопроводу поступает к потребителю, у которого происходит прямое преобразование его химической энергии в электричество. Такое электрохимическое, «низкотемпературное» сжигание топлива обеспечивает высокую экологичность процесса.
Это реально чистая энергосберегающая технология, требующая для производства такого же количества электричества в два-три раза меньшего количества топлива. На первом этапе перехода к распределенной энергетике используются природный газ, продукты газификации угля. На втором этапе в качестве топлива логично использовать водород и переработанные отходы деятельности человека, промышленные и сельскохозяйственные отходы. А затем тепловые электростанции, выработав свой ресурс, по-видимому, будут закрыты для уменьшения загрязнений атмосферы.
Твердооксидные топливные элементы
Твердооксидные топливные элементы, по международной терминологии SOFC (Solid Oxide Fuel Sells), эффективно работают при высоких рабочих температурах - 700-950° С. Поэтому скорость протекания электродных реакций достаточно высока и не требуется использования дорогостоящих катализаторов. Одним из преимуществ ТОТЭ является их невысокая требовательность к чистоте топлива. В качестве топлива, кроме водорода, могут быть использованы любые углеводороды, преобразованные в синтез-газ (Н2-СО). Основным компонентом ТОТЭ является твердый электролит, который проводит ток благодаря переносу ионов кислорода. Чаще всего в качестве твердого электролита используют керамику на основе ZrO2. С противоположных сторон электролита расположены электроды. На одном из электродов (катоде) кислород воздуха ионизируется, проходит через электролит, а затем на другом электроде (аноде) электрохимически окисляет топливо (рис. 4).
Чаще всего в ТОТЭ используют аноды на основе никелевого кермета и оксидные катоды на основе, например, манганита лантана стронция. Все используемые в ТОТЭ элементы достаточно распространены в земной коре. Сами материалы при относительно низких рабочих температурах 600-900° С в рабочих условиях термодинамически устойчивы, т. е. вечны. Таким образом, срок службы ТОТЭ обусловлен не
используемыми материалами, а конкретными конструкциями и используемыми технологиями. Длительность ресурсных испытаний единичных элементов, проводимых за рубежом, превысила уже 80000 часов. Ресурсные испытания батарей элементов (модулей, стеков), проводимые за рубежом, продолжаются более 40000 часов.
Рис. 4. Принцип работы метан (Н2-СО) - воздушного ТОТЭ Fig. 4. The operating principle of the methane (H2-CO) - air SOFC
Твердое состояние всех компонентов ТОТЭ позволяет иметь бесконечное многообразие форм и размеров элементов [5], для каждого технического применения ТОТЭ можно, в зависимости от требований заказчика и расставленных приоритетов, найти оптимальное техническое решение. Относительно низкие рабочие температуры исключают межслой-ную диффузию. Интерфейсные слои между функциональными слоями компонентов ТОТЭ исключают твердофазное взаимодействие. Относительно простые конструкции элемента: трубка, пластинка и доработанные промышленные технологии, такие как Tape Casting, плазменное напыление, трафаретная печать, совместное спекание в туннельных печах, -уже в 2006 году снизили себестоимость установленной мощности у ведущих американских фирм до 700$US, и к 2010 году прогнозируется дальнейшее их снижение до 400$US [6].
Все это обеспечивает заманчивую перспективу использования ТОТЭ для обеспечения все возрастающей потребности человечества в электроэнергии. Все это приведет в ближайшие 10-20 лет к увеличению спроса на SOFC технологию по сравнению с другими технологиями производства электроэнергии. В первую очередь это существенно коснется Северной Америки, Европы и Японии [7]. Эта технология сохраняет топливные ресурсы страны. Таким образом, планируемая у нас в РФ разработка и создание промышленного производства энергосистем на основе твердооксидных топливных элементов становится первоочередной задачей распределенной энергетики, энергосбережения, когенерациии, экономии топливных ресурсов нашей страны.
142
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
ISJIEI
Использование водорода
Использование водорода (Н2) в качестве топлива ТОТЭ как наиболее удобного энергоносителя обусловлено в первую очередь его экологической безопасностью, поскольку продуктом его сгорания является вода. Другим преимуществом Н2 является его исключительно высокая теплота сгорания - 143,06 МДж/кг (напомним, что для условного углеводородного топлива эта величина составляет 29,3 МДж/кг). Высокая теплопроводность водорода, а также его низкая вязкость приводят к снижению энергозатрат при его транспортировании по трубопроводам по сравнению, например, с природным газом - метаном.
Если в качестве исходного сырья для получения Н2 рассматривать воду, содержание которой в гидросфере Земли 1,39-1018 т, и если при этом учитывать, что продуктом реакции окисления в ТОТЭ является тоже вода, то мы имеем практически бесконечные нерасходуемые запасы сырья. Водород может быть использован как топливо во многих промышленных процессах, а также на воздушном и наземном транспорте как самостоятельное топливо, а на первом этапе - в виде добавок к традиционным моторным топливам. Кстати, водород по сравнению с природным газом менее взрыво- и пожароопасен.
Рис. 5. Принцип работы высокотемпературного электролизера с деполяризацией на аноде (E = Eh2/h2o - Eco/co2) Fig. 5. The operating principle of the high-temperature cell with depolarization at the anode (E = EH2/H2O - ECO/CO2)
троэнергии на получение 1 м3 Н2 в высокотемпературных электролизерах с деполяризацией на аноде составляет 0,5 кВт-ч при напряжении на элементе 0,2 В и плотности тока 10 кА/м2, что примерно в 10 раз ниже, чем при традиционном водно-щелочном электролизе, у которого электрозатраты 5,15,6 кВт-ч/м3 Н2 (напряжение на ячейке 1,7-2,0 В при плотности тока 3-5 кА/м2). При этом перспективные электростанции смогут работать в постоянном оптимальном режиме, вырабатываемая ими электроэнергия будет благодаря высокотемпературным электролизерам переходить и при необходимости накапливаться и храниться в виде энергоносителя - водорода. Т.е. электростанции станут заводами по производству водорода, который по трубопроводу практически без потерь пойдет к потребителю и будет использован у него или как топливо электрохимических генераторов электроэнергии, или как топливо для получения тепловой энергии.
Таким образом, дальнейшее увеличение электропотребления потребует замены традиционной централизованной энергетики на более гибкую, надежную, чистую, энергосберегающую и наиболее целесообразную распределенную энергетику - водородную энергетику. Развитие такой перспективной энергетики неразрывно связано с развитием электрохимической энергетики, с развитием твердооксидных топливных элементов, с развитием высокотемпературных электролизеров на твердых электролитах.
Когенерация
Одновременное генерирование тепловой и электрической энергии - когенерация - более эффективно, чем раздельное их получение даже при использовании известных способов генерирования (рис. 6).
Раздельное производство электроэнергии и тепла
Топливо Электростанция Электричество
100% 36%
Топливо Котел Тепло
100% 80%
Общая эффективность:
36*80
КПД= -=58%
200
Когенерация
Промышленное освоение технологии получения электроэнергии при использовании солнечной и ядерной энергии, например, высокотемпературный ядерный газоохлаждаемый реактор (ВТГР), непременно приведет к водородной энергетике. При этом наиболее целесообразно будет получать водород высокотемпературным электролизом воды в электролизерах с элементами на твердых электролитах, например на основе диоксида циркония (рис. 5). При этом стартовая рабочая температура и температура холостого хода 800-1000° С может поддерживаться благодаря использованию тепла от ВТГР. Расход элек-
Электричество
Топливо Система 35%
100% когенерации Тепло
55%
Общзя эффективность: 35+55
кпд=-
1оо
- =90%
Рис. 6. Схемы раздельного и совместного генерирования тепловой и электрической энергии Fig. 6. Schemes of separate generation and co-generate of heat and electricity
Следует заметить, что львиная доля новых мощностей когенерации в мире - это парогазовые системы когенерации (СК). В настоящее время существу-
„¿Й
143
ет только парогазовая технология, основанная на комбинации газовой и паровой турбины (первичного двигателя), но она становится эффективной лишь выше достаточно больших мощностей (от 30 МВтэ). Замена двух основных частей установки: первичного двигателя и электрогенератора на ТОТЭ - делает СК эффективными уже с 1 кВт.
c
Рис. 7. Электрохимический генератор на ТОТЭ электрической мощностью 1 кВт: а - общий вид; b - размещение СК рядом с коттеджем; c - простота в эксплуатации Fig. 7. 1 kW electrochemical SOFC generator: a - general view; b - placing the UK next to the cottage; c - easy to use
Когенерация со временем все активней и активней внедряется практически всеми развитыми и активно развивающимися странами мира. Например, в США принята программа, целью которой является удвоение к 2010 г. существующих мощностей коге-нерации по сравнению с уровнем 1998 года. Это значит, что к концу десятилетия будет дополнительно введено приблизительно 46 ГВт.
В 2001 г. в Швейцарии проходила испытания СК на ТОТЭ. Экспериментальная модель «HXS 1000 премьер» была установлена приблизительно в 110 зданиях. Установки СК проработали в сумме более 1,5 миллиона часов. Был накоплен опыт работы в реальных условиях. На Ганноверской ярмарке 2005 Hexis представил преемника, топливную систему когенерации на электрохимическом генераторе (ТОТЭ) «Galileo 1000 N» (рис. 7).
Очень активно развивается водородная энергетика в странах «Группы восьми». К 2020 г. США намерены заменить половину потребляемой нефти водородом. Масштабные планы у Евросоюза: в девяти странах здесь проходят обкатку водородные городские автобусы. Исландия объявила, что к 2030 г. полностью перейдет на водородную экономику.
Динамику водородной энергетики наиболее наглядно демонстрирует быстрый рост количества водородных заправочных станций (ЗС) в мире: 2003 г. - 35, 2005 г. - 220, к концу 2009 г. - более 8000 ЗС. Япония объявила на уровне правительства об ожидаемом росте выпуска водородных автомобилей: 2010 г. - 50 тыс. штук, 2020 г. - 5 млн, 2030 г. - 15 млн, а далее их выпуск будет определять рынок.
Военная энергетика
Автономные бесшумные энергосистемы, генерирующие электрическую и тепловую энергию (коге-нерация), имеют двойное применение: для гражданского населения и для нужд Министерства обороны. Этим, по-видимому, и объясняется заинтересованность зарубежных государств в развитии перспективных ТОТЭ. 12-14 января 2009 г. в США (Вашингтон) прошла 4-я ежегодная военная конференция по альтернативной энергетике (Annual Military Energy Alternatives Conference) [8], на которой рассматривались вопросы эффективности альтернативных источников энергии и возможность их использования в структурах вооруженных сил. В 2001 г. в США шесть конкурирующих разработчиков энергосистем на ТОТЭ были объединены государством в единую Программу SECA. Эта программа предусматривает к 2010-2012 г. создание коммерческих энергосистем на ТОТЭ для гражданского применения мощностью до 5 кВт, удельной мощностью не менее 400 мВт/см2 c деградацией характеристик менее 1% за 1000 часов при стоимости киловатта установки не более 400 USD.
В последнее время из открытых источников стало ясно, что все эти фирмы параллельно разрабатывают и энергосистемы для нужд Министерства обороны.
Мощностной ряд этих энергосистем для МО от единиц ватт до сотен кВт и десятков МВт.
Например, Acumentric - это автономная бесшумная электростанция на топливе НАТО JP-8 для разведгруппы (подробнее [9]). Delphi - это мобильная энергоустановка на твердооксидных топливных элементах для транспортных средств (Министерство обороны США выделило дополнительное финансирование на 2008 год в сумме 2,75 млн долларов для ускорения работ) [10]. В результате появилась транспортная энергосистема для обеспечения внутренних нужд по теплу и электроснабжению большегрузной техники (рис. 8), имеющая мощность 800 Вт (пиковая 1,3 кВт) и время разогрева 3 часа.
Рис. 8. Транспортная энергоустановка фирмы Delphi (США) [11] Fig. 8. SOFC generator for transport made by Delphi (USA) [11]
FuelCellEnergy - это энергосистемы от 5 до 16 кВт для торпед диаметром от 13 до 33 дюймов.
Versa Power Systems - это энергосистемы, по-видимому, для торпед диаметром 21 дюйм.
Siemens Power Generation Inc. - это энергосистемы более 100 кВт мощностью, которые, скорее всего, найдут применение в подводных лодках.
Из открытых публикаций следует, что подобные разработки ведутся 4-5 лет. На самом деле логично предположить, что, создавая SECA в 2000-2001 г., правительство США имело в виду в первую очередь военное применение SOFC.
С 2006 г., после проверки и демонстрации в Gas Technology Institute (GTI) возможностей работы ТОТЭ на военном топливе JP-8, содержащем 600700 ррм серы, разработка ТОТЭ для армии финансируется за счет Министерства обороны США. Работа ведется через Engineer Research and Development Center's Construction Engineering Research Laboratory (ERDC-CERL) [12]. Испытания проводились на энергосистеме из 21-го планарного топливного элемента фирмы Versa Power Systems мощностью около 800 Вт. При этом на JP-8 была получена впечатляющая удельная мощность - 315 мВт/см2. Энергосистемы на ТОТЭ хорошо вписываются и в мобильную военную энергетику (military's Mobile Electric Power (MEP), это системы с генерируемой мощностью 3-10 кВт.
8 августа 2008 г. Министерство энергетики США (SECA) сообщило, что недавно были проведены успешные испытания ТОТЭ для подтверждения концепции их использования флотом США (в центре Naval Undersea Warfare Center Division, расположенном в Ньюпорте, Род-Айленд). Результаты испытаний оценены как крупное достижение твердооксидных топливных элементов и указывают на перспективность использования SOFC технологии и для других военных применений. Испытания проходили две конструкции ТОТЭ, развитые согласно программе SECA: планарные, изготовленные Delphi (Delphi Corporation of Flint, Mich.), и трубчатые, разработанные R&D Dynamics, Bloomfield, Conn. В трубчатой конструкции успешно использовался принцип рециркуляции для проведения конверсии топлива отходящими газами. Были полностью достигнуты цели, поставленные американским военно-морским флотом, как по габаритам, генерируемой мощности, так и по эффективности преобразования топлива. Было рекомендовано использование таких энергосистем на «необитаемых» подводных транспортных кораблях.
6 октября 2008 г. были опубликованы итоги конкурса, проводимого Министерством обороны, на самый легкий источник тока. В конкурсе приняли участие 47 команд.
Предъявляемые требования к ИТ: мощность 20 Вт; срок непрерывной работы 96 часов; вес 4 кг. Совместим с бронежилетом.
Фирма Adaptive Materials Inc. на этом конкурсе заняла второе место и получила премию 500000USD, отстав от победителя (источник тока на полимерных мембранах) всего на 28 граммов (рис. 9). Это говорит о возможности использования ТОТЭ для создания наиболее легкого ИТ. При этом, если вернуться к рис. 2, то станет очевидным, что при увеличении срока службы ему просто не будет равных. Интересно, что при миниатюризации ТОТЭ исчезает один из его недостатков, обусловленных стационарным исполнением, - длительный выход на рабочий режим (нагрев до рабочей температуры). В портативных источниках тока нагрев занимает 10-15 минут.
Рис. 9. Мобильный портативный источник тока на микротрубчатых ТОТЭ фирмы AMI (Adaptive Materials Inc.) [13] Fig. 9. Mobile, portable SOFC power source based on microtubes by AMI (Adaptive Materials Inc.) [13]
>1JS\.
ш
145
Как было сообщено на прошедшей в феврале 2009 г. в Японии 5-й международной конференции «Водород и топливные элементы», разработчики AIST (японский Национальный институт продвинутой индустриальной науки и техники) совместно с NGK Spark Plug Co., Ltd развили микротрубчатый SOFC и достигли удельной мощности 2 Вт/см3 при 550° C (рис. 10).
Micro tubular cell
11 12 13 14
Рис. 10. Батарея ТОТЭ фирмы AIST на микротрубчатых элементах Fig. 10. SOFC stack on microtubes by AIST
Элементы диаметром менее 1 мм позволили производить нагрев ИТ до рабочей температуры менее чем за 5 секунд. Цель разработчиков на этой элементной базе - создать электрохимический генератор мощностью 1 кВт. Электрохимическая часть будет иметь объем около 0,5 литра...
Индивидуальная энергетика (городской автомобиль)
В октябре 2008 г. в Москве состоялась III международная конференция «Альтернативные источники энергии для больших городов» [14]. Одним из обсуждаемых вопросов был вопрос об использовании водорода для городского транспорта. Заметим, что развитие и совершенствование индивидуальной энергетики с энергосистемами повышенной мощности можно наблюдать по изменениям энергообеспечения городского автомобиля. В настоящее время до 80% загрязнения атмосферы больших городов обусловлено использованием транспорта с двигателями внутреннего сгорания на бензине. Поэтому одним из направлений может быть замена топлива на водород. В одном из докладов был озвучен приоритет СССР в создании водородного автомобиля. Во время Великой Отечественной войны в сентябре 1941 года в блокадном Ленинграде в полку аэростатного заграждения благодаря деятельности лейтенанта Бориса Исааковича Шелища грузовые автомобили по причине отсутствия бензина были переведены на водород. Летом 28 июля 1943 г. «водородному лейтенанту» было выдано авторское свидетельство № 64209.
Использование водорода в качестве топлива возможно не только на автотранспорте. 15 апреля 2008 г. в узких кругах отмечался 20-летний юбилей первого полета самолета Ту-155 с экспериментальным водо-
родным двигателем НК-88, разработанным под руководством академика Н.Д. Кузнецова. Экипаж летчика-испытателя В.Севанакаева на Ту-155 установил 14 мировых рекордов, совершил международные перелеты по маршруту Москва - Братислава (Чехословакия) - Ницца (Франция) - Москва, Москва - Ганновер (ФРГ) - Москва [15].
Криогенный водород использовался в качестве топлива и на космических аппаратах [16].
15 ноября 2008 г. отмечался также 20-летний юбилей первого полета многоразового ракетно-космического комплекса «Энергия-Буран» (рис. 11). С космодрома Байконур в 6 часов 00 минут по московскому времени МРКК «Энергия-Буран» взял старт, а в 9 часов 24 минуты 42 секунды после успешного выполнения орбитального полета «Буран» мягко коснулся взлетно-посадочной полосы и после небольшого пробега в 9 часов 25 минут 24 секунды замер в ее центре. Энергоустановка «Фотон» (рис. 12) на космическом корабле «Буран» мощностью 10 кВт на основе щелочных топливных элементов была разработана и изготовлена специалистами Уральского электрохимического комбината (УЭХК г. Новоуральск Свердловской области). Создание «Фотона» стало возможным благодаря большому накопленному опыту по созданию энергоустановки «Волна-20» (рис. 13) мощностью 1 кВт, разработанной по программе полета человека на Луну.
Рис. 11. Внешний вид МРКК «Энергия-Буран» Fig. 11. Appearance of the MRKK «Energiya-Buran»
Рис. 12. Энергоустановка «Фотон» Fig. 12. Generator "Foton"
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
Рис. 13. Энергоустановка «Волна-20» Fig. 13. Generator "Volna-20"
Рис. 14. Электромобили на базе отечественной «Нивы» и ВАЗ-2012
Fig. 14. Electromobile on the basis of the national «Niva» and VAZ-2012
Доработав космическую энергоустановку «Фотон» для наземного использования, увеличив ее мощность с 10 до 25 кВт и подняв напряжение с 30 до 120 В, специалисты УЭХК совместно со специалистами АвтоВАЗа в 2001 году создали первый отечественный водородный электромобиль «АНТЭЛ» [17]. Таким образом, космическая энергосистема
спустилась на землю, заменив традиционный двигатель внутреннего сгорания. В первой версии электромобиля (рис. 14) на топливных элементах баллоны с водородом были установлены в багажнике, кислородные баллоны расположились под задним сиденьем, а в подкапотном пространстве были установлены тяговый электродвигатель мощностью 25 кВт с редуктором и аккумуляторная батарея на 30 В для пуска энергоустановки. Водород (99,9%) находился под давлением 250 атмосфер, и машина могла пройти 200-220 км. Чистота водорода и окислителя диктуют срок службы электрохимической батареи. Загрязнения ухудшают свойства электролита и «отравляют» катализаторы реакций (обычно из материалов платиновой группы).
На выставке III международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов» были представлены автомобили японского автопрома. Nissan motor Co., Ltd. демонстрировал свой гибридный автомобиль и автомобиль на топливных элементах (рис. 15). Топливный бак объемом около 80 литров, рассчитанный на хранение водорода под давлением 700 атм, производится в Канаде.
Рис. 15. Электромобиль на топливных элементах Nissan FCV Fig. 15. Fuel cell based Nissan FCV electromobile
По мнению разработчиков большинства компаний, на рынок сначала должны выйти гибридные схемы автомобилей: уменьшенный по мощности двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине в стационарном, экономичном режиме, батарея топливных элементов, работающая на водороде, аккумуляторная батарея (литиево-ионная), являющаяся своеобразным буфером (накопителем энергии), электромотор с традиционной передачей вращающего момента на колеса или электродвигатели, управляемые компьютером. Гибридные автомобили необходимы в условиях недостаточно развитой сети водородных заправочных станций. Большинство компаний самостоятельно разрабатывают энергосистемы на топливных элементах, чаще всего на протонобменных мембранах. Для более эффективного и технически приемлемого протекания электрохимических реакций в этом типе топливных элементов необходимо использование катализаторов, как
,¿Ail
ш
147
правило, металлов платиновой группы. Срок службы таких электрохимических генераторов напрямую связан с чистотой используемого водорода. Чистота ниже 99,995% уже нежелательна.
Желая начать работу по очищению воздуха в мегаполисе, мэр Москвы Юрий Лужков объявил, что пересадит своих подчиненных на электромобили, для чего приобретет несколько автомобилей Nissan. Правда, наше законодательство пока запрещает хранение бензина и водорода ближе 15 метров и использование на транспорте сосудов с давлением более 250 атм.
Некоторые считают, что 14 ноября 2007 г. наступила новая эра в автомобилестроении: Honda представила в Лос-Анджелесе первый серийный автомобиль на топливных элементах FCX Clarity (рис. 16).
Рис. 16. Электромобиль на топливных элементах Honda FCX Clarity Fig. 16. Fuel cell based Honda FCX Clarity electromobile
«Мотором» автомобиля является энергосистема мощностью 100 кВт на топливных элементах с про-тонобменными мембранами и вспомогательной ли-тиево-ионной батареей. Одной заправки водородом хватает на 435 км пробега.
Программа поставки экологически чистых автомобилей Honda FCX Clarity касается только трех штатов США (Калифорния, Нью-Йорк, Невада) и Японии, где уже имеется приемлемая сеть водородных заправочных станций. При этом автомобили распространяются в основном в среде корпоративных клиентов: лизинг на три года по 600 USD в месяц. Арнольд Шварценеггер активно поддерживает новые технологии и обещает в штате Калифорния построить более разветвленную сеть заправочных водородных станций к 2010 г.
В США (Сакраменто) на ежегодной водородной конференции (NHA Annual Hydrogen Conference) обсуждался вопрос о возможности массового производства транспортных средств на водородном топливе. В обсуждениях принимали участие компании GM, Daimler AG, BMW, Toyota и Honda.
Katsuhiko Hirose (Toyota) выделил пять обязательных условий для реализации производства автомобиля на топливных элементах:
- снижение цены;
- комфортабельный салон автомобиля;
- разумные цены на топливо;
- быстрое строительство сетей водородных заправочных станций;
- замораживание развития соперничающих технологий.
Последние три условия не зависят от автопроизводителей и могут выполняться только при финансировании, поддержке и волеизъявлении государств, в первую очередь по защите окружающей среды. При этом выход на глобальный рынок будет обусловлен, скорее всего, не столько финансовыми затруднениями, сколько личностными мотивами, предоставлением владельцам электромобилей права двигаться по специальным полосам, преимущественного права на парковку, возможности движения в районах с ограниченным въездом машин для сокращения выбросов вредных веществ и т.п.
Следует отметить также, что в электромобилях на водороде энергосистема для улучшения динамических характеристик экомобиля кроме топливных элементов имеет накопитель энергии, в качестве которого предлагают использовать литиевые аккумуляторы. На III Азиатской конференции (ACEPS-3), организованной профессором Kwang Kim в Сеуле 10-14 ноября 2008 г., были подведены итоги создания аккумуляторов с экстремально большой удельной мощностью. Наиболее эффективным компонентом для положительных электродов элементов с напряжением 4,35 В является кобальтит лития. В связи с рассеянностью кобальта в земной коре 4-10-3% стоимость его ежегодно возрастает. Ежегодно с возвратным вторичным сырьем его добыча составляет 22 тысячи тонн. На конференции была озвучена удельная емкость 170 мА/час на грамм кобальтита. Это значит, емкость всех выпускаемых источников будет примерно 3-5 ГА/час, что не вписывается в потребности массового автомобиля. При этом положительная характеристика стоящего автомобиля -высокая удельная мощность литиевого аккумулятора - становится отрицательной характеристикой в процессе движения. В случае аварии (короткого замыкания аккумуляторной батареи) произойдет быстрое выделение запасенной энергии - взрыв. Предельно допустимая концентрация пыли самого кобальта в воздухе 0,5 мг/м3, но особенно токсичны образующиеся пары октакарбонила кобальта - Со2(СО)8. Таким образом, накопитель в виде батареи литиевых аккумуляторов для массового экологически чистого автомобиля не совсем безопасен.
Двигатель городского авто на щелочных или твердополимерных топливных элементах?
Большинство разработчиков водородных автомобилей на топливных элементах пришли к молчаливому согласию, взяв за основу твердополимерный топливный элемент (ТПТЭ). Скорее всего, это обу-
словлено тем, что космическая энергетика в свое время в США пошла именно по этому пути. Но космическое применение имеет свои требования, отличающиеся от требований для экологически чистого наземного городского автомобиля, для которого вопрос цены стоит на первом месте. Что не важно для космоса, становится важным для массового автомобиля, а ведь только он и может повлиять на экологию. Интересно, что на Московской железной дороге испытываются энергетические установки на топливных элементах для электроснабжения устройств сигнализации, блокировки и связи, идет разработка автомотрисы (специальный вагон с автономной тягой) для проведения ремонтно-профилактических работ в тоннелях, использующей в качестве источника энергии водородные элементы. РАО ЖД в 2007 году закупило три ЭХГ на твердополимерных топливных элементах мощностью по 5 кВт для аварийных источников питания у фирмы Plug Power. Стоимость одного ЭХГ составила 5000000 рублей, что составляло ~27000 €/кВт. Таким образом, можно оценить, что энергоустановка электромобиля на ТПТЭ мощностью около 50 кВт стоит более 1 млн €. Рассмотрим также и другую важную характеристику энергоустановки - срок службы. Для этого прикинем, какие требования должны быть для городского автомобиля. Примем, что ежедневно такой автомобиль пробегает 50 км со средней скоростью 60 км в час (более экономичный режим, чем реальный), т.е. около 18000 км в год. Таким образом, двигатель работает около 300 часов в год, т.е. примерно 3,4% времени. Достигнутый гарантированный срок службы ТПТЭ в 2007 г. у ведущих мировых разработчиков составлял 500-1000 часов. Это значит, что через три года такой «двигатель» у электромобиля следует заменять на новый. Срок службы автомобиля во многих странах тоже равен примерно трем годам. Таким образом, энергоустановка со столь малым сроком работы 1000-1500 часов нормально вписывается в срок службы автомобиля. Однако по стоимости, я думаю, мало найдется потребителей, желающих поменять автомобиль, вышедший из моды, за такую цену. Конечно, везде есть рынок автомобилей, бывших в употреблении, но не без двигателей и не за 1 млн €. В этом плане гораздо выгоднее смотрится электромобиль с щелочными топливными элементами (ЩТЭ) с подтвержденным ресурсом 8-10 тысяч часов. К сожалению, объем финансирования разработок ЩТЭ значительно сократился после завершения программ Space Shuttle и «Буран». При этом финансирование ТПТЭ в последние 10-20 лет несоизмеримо возросло, а ЩТЭ упало. И это происходит при неоспоримых преимуществах, достигнутых в области ЩТЭ с матричным электролитом: более высокий КПД; низкая стоимость материалов; возможность использования катализаторов, не содержащих металлы Pt-группы; больший срок службы на реагентах промышленной чистоты (по ГОСТ 3022-80 и ГОСТ 358378). Даже при небольших объемах производства их
стоимость будет существенно ниже ТПТЭ [19]. Интересно, что стоимость электроэнергии полного цикла, даже при получении водорода электролизом воды, необходимой для преодоления 100 км на электромобиле с «двигателем» на ЩТЭ, составляет около 4560 рублей. Для сравнения, стоимость бензина легкового автомобиля с экономным ДВС на те же 100 км составляет: 6 лх20 руб/л = 120 руб.
Таким образом, мы приходим к убеждению, что рынок не определяет направление развития техники. Какими бы ни были прекрасными и полезными новые товары, рынок не предоставляет им свободной возможности конкурентной торговли. Рынок, скорее всего, - это договоренность, сговор продавцов на занятие определенного сегмента торговли. Казалось бы, двигатель внутреннего сгорания, имеющий КПД около 15%, должен был бы давно уступить место дизелю с КПД около 50%... Однако мы видим, что на рынке дизельные автомобили представлены не более чем на 10%.
Если нас не волнует вопрос сохранения энергоресурсов, а очень волнует экология, то вопрос легко решается использованием в тех же двигателях внутреннего сгорания в качестве топлива водорода или его добавки в виде синтез-газа (Н 2+СО), получаемого прямо на борту автомобиля на природном газе [20]. В последнем случае достаточно добавить к серийному автомобилю небольшой блок риформинга топлива - топливный процессор. При 15% добавке синтез-газа к топливу экологичность автомобиля будет отвечать «Евро-4».
Если же нас волнует и экология, и энергосбережение, то, безусловно, для городского авто необходимы и электропривод, и технологии более эффективного преобразования химической энергии топлива в электричество, технологии, основанные на топливных элементах. При этом естественно рассматривать экологическую составляющую не только в электромобиле с топливными элементами на водороде, но и экологию промышленного производства самого топлива и его транспортирование к местам потребления.
В настоящее время основные промышленные способы получения водорода [21] - это реакция воды с метаном при 1000° С, который входит в состав природного газа: СН4 + 2Н2О = С02 + 4Н2 и пропускание паров воды над раскаленным до 1000° С коксом: Н20 + С = Н2 + СО.
Водород, полученный этими способами, содержит, кроме СО и СО2, примеси серы, ртути и других загрязнений исходного природного сырья. Без дополнительной очистки он не может быть использован в энергоустановках разработанных электромобилей на твердополимерных топливных элементах. Проблематично сохранить чистоту водорода 99,99% при его транспорте по трубопроводу, если очистку вести у производителя. Европейские разработчики водородных заправочных станций, реализующие демонстрационные проекты в Исландии и Германии,
считают более предпочтительными вариантами использование на АЗС небольших установок для газового риформинга с системой очистки и электролизеров воды [22]. Российские разработчики твердопо-лимерных топливных элементов (Институт водородной энергетики и плазменных технологий РНЦ «Курчатовский институт»), предвидя проблемы чистоты требуемого топлива для ТПТЭ, параллельно разрабатывают как энергоустановки для получения электроэнергии, так и электролизеры для получения особо чистого водорода из воды [23]. Последними достижениями являются электролизеры нового поколения на основе твердополимерного электролита для производства особочистого водорода (до 2 м3 Н2 в час) при высоких давлениях (до 50 атм). Однако для их применения на АЗС требуется, безусловно, чтобы срок их службы был не менее 5-10 лет, а не 1000 часов, иначе вырабатываемый водород будет слишком дорогой.
Наиболее подходящим для уже появляющихся водородных автомобилей с энергоустановкой на твердополимерных топливных элементах можно считать водород, полученный электролизом воды на самой автозаправочной станции (АЗС). При этом если электроэнергию получать традиционным путем на тепловых электростанциях (ТЭС) и доставлять на АЗС по электрическим сетям, то экологическое загрязнение атмосферы будет происходить на ТЭС, при этом эффективность всей системы будет оставаться достаточно низкой.
Рис. 17. Кливлендский водородный электроавтобус на топливных элементах [24] Fig. 17. A fuel cell based Cleveland hydrogen electrobus [24]
20 мая 2009 г. Сeramic Tech Weekly сообщила, что исследовательский центр Гленн НАСА демонстрирует транзитный автобус (рис. 17) на водороде, который получается электролизом тут же из воды у Кливлендского берега озера Эри. Водородная станция расположена в центре города Кливленда. Ее электролизеры потребляют энергию существующих здесь же ветровой и солнечной энергоустановок.
Создатели автобуса считают, что этот проект не только демонстрация водородной технологии, он будет служить катализатором новых идей и инициатив, которые помогут создать новые рабочие места и расширить производственные возможности в штате Огайо.
Возможен ли городской автомобиль на твердооксидных топливных элементах?
Оценивая возможность использования твердоок-сидных топливных элементов (ТОТЭ) для их использования в городском автомобиле с тех же позиций, можно привести следующие достигнутые характеристики энергосистем:
- себестоимость кВт установки, опираясь на работы по проекту SECA в 2010 г., снизится до 400 USD/кВт (независимо от конструкции и используемых технологий), сейчас у всех фирм проекта около 700 USD/кВт;
- подтвержденный срок службы энергоустановки фирмы Siemens - 20000 часов (стека - 40000, элемента - 80000 часов);
- удельная мощность выше 0,4 Вт/см2;
- достигнутая деградация характеристик 0,1-1% за 1000 часов;
- максимальная мощность испытанных энергоустановок сотни кВт;
- максимальный реализованный в энергоустановках КПД - 60%;
- топливо - любые углеводороды и, естественно, водород, окислитель - воздух;
- эмиссия тепличных газов даже при углеводородном топливе - нулевая;
- максимальная мощность в единице объема 15 кВт/л [25];
- рабочие температуры снизились до 600-800° С;
- время старта (разогрева до рабочей температуры) для стационарных установок (трубчатой и пла-нарной конструкции) - 3 часа, мобильных микротрубчатых - 5 секунд.
Таким образом, за последние 10 лет развитие ТОТЭ и их технического исполнения уже далеко ушли от еще бытующих в обществе представлений о их недостатках. Использование наноматериалов и нанотехнологий позволило улучшить основные характеристики электродов и твердых электролитов, улучшить потребительские свойства ТОТЭ и энергосистем на них [26]. Поэтому, на мой взгляд, разработчикам автотранспорта следует пересмотреть свои позиции и четко сформулировать разработчикам
ТОТЭ свои требования или вести совместную разработку автомобильных энергосистем. Достаточно гибкие системы на ТОТЭ могут быть оптимизированы к любым требованиям заказчика.
Безусловно, более высокой эффективностью и экологичностью обладает система транспорта энергоносителя к потребителю, будь то водород или любое другое углеводородное топливо, уже с имеющимися сетями доставки. Преобразовывать энергоноситель в электрическую энергию целесообразнее в энергосистемах на ТОТЭ у потребителя. В случае необходимости создания АЗС для автомобилей с особо чистым водородом для его получения может быть использован высокоэкономичный высокотемпературный электролиз воды (см. выше) с деполяризацией на аноде.
Однако, на мой взгляд, наиболее целесообразно использование ТОТЭ благодаря его низким требованиям к чистоте топлива (водорода либо любого углеводородного топлива) и высокой эффективности прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию. Целесообразно использование энергосистем на ТОТЭ непосредственно в качестве «двигателя» городского транспорта и массового автомобиля.
Тогда производство и продажа экологически чистых автомобилей не будет сдерживаться отсутствием или слабым развитием сетей водородных АЗС. Для электромобилей на ТОТЭ вполне пригодны уже имеющиеся традиционные заправочные станции с бензином, дизельным топливом, газом. По мере развития водородной энергетики такие автомобили смогут сначала использовать любые топлива, а затем перейти без существенных изменений на более благоприятное для них водородное топливо.
Но для таких наиболее целесообразных технических изменений недостаточно только намерений, как Киотский протокол, недостаточно перечисления приоритетных направлений развития техники, необходимы конкретные действия, обеспеченные волеизъявлением государства, его законодательством, необходимо создание промышленного производства энергосистем на ТОТЭ, создание новой отрасли - высокотемпературной электрохимической энергетики.
Заключение
В заключение можно сказать, что с технической точки зрения, безусловно, предпочтителен электромобиль с электроэнергосистемой на борту. К сожалению, массовый экологически чистый автомобиль на топливных элементах еще не создан. Первый серийный автомобиль на топливных элементах Honda FCX Clarity, на мой взгляд, модель демонстрационная. Это достаточно дорогая игрушка, которая не сможет подешеветь настолько, чтобы стать массовым автомобилем, не сможет существенно повлиять на экологию больших городов. Поэтому основная цель - экология - не будет достигнута. Однако бур-
ное развитие в последние годы индивидуальной электрохимической энергетики с использованием наноматериалов и нанотехнологий, развитие таких типов топливных элементов, которые раньше не претендовали в этой отрасли на ведущие роли, таких как ТОТЭ, вселяет надежду на то, что такой массовый автомобиль на топливных элементах все же будет создан. Займет ли он ведущее место на рынке, станет ли он действительно массовым, сказать сложно, т. к. техническое совершенство продукта не дает гарантий его конкурентоспособности в действующей рыночной экономике.
Согласно прогнозам, спрос на электроэнергию к 2025 г. по отношению к 2002 г. удвоится. Имеющихся же запасов углеводородов может не хватить для реализации этого спроса. Поэтому уже сейчас необходимы значительные инвестиции для развития и внедрения нового поколения энергосистем, которые обладают более высокой эффективностью преобразования химической энергии топлива в электричество, приводят к экономичному расходованию углеводородов и соответствуют ожидаемым экологическим стандартам.
Что касается России, то в настоящее время в РФ нет государственной программы по развитию топливных элементов, и в частности ТОТЭ. Нет ясного и четкого волеизъявления правительства и государства по поводу создания промышленного производства экологически чистых энергосистем для индивидуальной и распределенной (водородной) энергетики. К сожалению, в РФ не чувствуется стремления к сокращению эмиссии тепличных газов, к энергосбережению. Не заметно стремления и к сохранению топливных ресурсов страны.
Мое мнение как представителя разработчиков твердооксидных топливных элементов таково, что энергосистемы на ТОТЭ, системы когенерации, распределенная энергетика и индивидуальная энергетика на них необходимы не только для населения, но в первую очередь необходимы для государства и безопасности России.
Список литературы
1. Путин В.В. Приоритетные направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации. Указ Президента Российской Федерации от 21 мая 2006.
2. Львов А.Л. Химические источники тока // Со-росовский образовательный журнал (биология, химия, наука о земле, физика, математика). 1998. № 4. С. 45-49.
3. http://www.adaptivematerials.com/internal.php7sid = 2&pid=4&prid=1.
4. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике: http://www.kuzyk.ru/upload/obj ects/docs/ 1176727548_Vodorod_Book_3-4.pdf
5. Лялин Д.А., Груздев А.И., Липилин А.С. и др. Развитие кислородных насосов на твердых оксидных
3
Ж
•и: -
151
электролитах // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» - ISJAEE. 2008. № 10. С. 51-57.
6. Lipilin A.S. Modern status and future of SOFC / Ceramic Materials Research Trends. Editors: Paul B. Lin. Chapter 5, Nova Pablisher, 2007. P. 139-158.
https://www.novapublishers.com/catalog/product_inf o.php?products_id=5778
7. http://americanceramicsociety.org/ceramictechweekly /#1 http ://www.strategyr.com/pressMCP-1819.asp
8. http ://energy.environmental-expert.com/resultEach Event. aspx?cid= 7440&idEvent=6735
http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/fuel cells/seca/events.html
9. www.acumentrics.com;www.jadoopower.com
10. American Ceramic Society Bulletin. 2008. Vol.
87. No. 2.
11. American Ceramic Society Bulletin. 2009. Vol.
88. No. 2.
12. http://www.sciencedirect.com/science/journal/ 14642859
13. Sowash J. Playing Defense // American Ceramic Society Bulletin. 2009. Vol. 88, No. 1. P. 21-25.
14. Итоговые материалы III Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов». Правительство Москвы, 2009.
15. http://kurs3.as-club.ru/aero/html/kurs_1617_0.htm
16. http://www.buran.ru/htm/flight.htm
17. http://www.buran.ru/htm/str154.htm
18. http://www.autonews.ru/automarket_news/index. shtml?/2005/06/30/1126075
19. FY 2003 Progress Report, Hydrogen, Fuel Cell and Infrastructure Technologies Program, U.S. DOE, 1000 Independence Avenue, S.W. Wachington, D.C. 20585-0121, Approved by Steven Chelk, October 2003.
20. Собянин В.А., Кирилов В.А., Снытников П.В. Наноструктурированные катализаторы конверсии углеводородного сырья в водородсодержащий газ для водородной энергетики // Международный форум по нанотехнологиям 3-5 декабря 2008, Москва, Россия. Сб. тезисов докладов научно-технологических секций. Т. 2. С. 10-11.
21. http://ru.wikipedia.org
22. Клуманн А., Соллид Ч. Заправочные станции на основе электролизера для различных проектов в Европе / Второй международный симпозиум «Безопасность и экономика водородного транспорта» // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. Специальный выпуск. 2003.
23. Фатеев В.Н. Наноструктурированные катализаторы для электролизеров и топливных элементов / Международный форум по нанотехнологиям 3-5 декабря 2008, Москва, Россия. Сборник тезисов докладов научно-технологических секций. Т. 2. С. 16-17.
24. http ://ceramictechweekly.org/?p=2943
25. USA Patent No.: US 2009/0123810 Al, FUEL CELL DEVICE AND SYSTEM, Pub. Date: May 14, 2009.
26. Липилин А.С. Перспективные направления разработки твердооксидных топливных элементов на основе нанотехнологий / 1-я Школа «Метрология и стандартизация в нанотехнологиях и наноиндустрии. Наноматериалы», Москва 27-31.10.2008 // Сборник лекций, РОСНАНО, Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. 2009. С. 276-287.
