Научная статья на тему 'ВЫБОР ТОПЛИВА И ОКИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ'

ВЫБОР ТОПЛИВА И ОКИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
40
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Кондратьев Д.Г., Черепенин В.А., Поспелов Б.С., Овчинников А.Т.

Fuel and oxidizer alternatives for hydrogen-oxygen fuel cells (FC) of electric vehicle propulsion system have been compared. It is shown, that depending on the method of hydrogen production both alkaline FC and proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) can be used. In case of production of hydrogen and oxygen by electrolysis it is technically and economically feasible to switch to oxygen feed of cathodes instead of air.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Кондратьев Д.Г., Черепенин В.А., Поспелов Б.С., Овчинников А.Т.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

On the problem of selection of fuel and oxidizwr alternatives for electric vehicle fuel cell propulsion system

Fuel and oxidizer alternatives for hydrogen-oxygen fuel cells (FC) of electric vehicle propulsion system have been compared. It is shown, that depending on the method of hydrogen production both alkaline FC and proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) can be used. In case of production of hydrogen and oxygen by electrolysis it is technically and economically feasible to switch to oxygen feed of cathodes instead of air.

Текст научной работы на тему «ВЫБОР ТОПЛИВА И ОКИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ»

ВЫБОР ТОПЛИВА И ОКИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ удк 544.643

Д. Г. Кондратьев, В. А. Черепенин, Б. С. Поспелов, А. Т. Овчинников

Уральский электрохимический комбинат г. Новоуральск, Россия Факс: (34370) 5-71-67; e-maikdima@ueip.ru

Fuel and oxidizer alternatives for hydrogen-oxygen fuel cells (FC) of electric vehicle propulsion system have been compared. It is shown, that depending on the method of hydrogen production both alkaline FC and proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) can be used. In case of production of hydrogen and oxygen by electrolysis it is technically and economically feasible to switch to oxygen feed of cathodes instead of air.

Введение

Большинство развитых стран приняло и реализует обширные программы развития водородной энергетики, в основу которых положено использование водорода в качестве промежуточного носителя энергии.

На автомобилях (и не только) получение электрической энергии путем окисления водорода в батареях топливных элементов (ТЭ) с последующим использованием для питания привода колес и других бортовых потребителей оказывается более эффективным, чем прямое сжигание топлива в тепловой машине, например в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). У ДВС с увеличением потребляемой мощности КПД возрастает с 0 до 40 % [1]. КПД ТЭ, наоборот, со снижением мощности возрастает с 40-50 % до 70-80 %. Таким образом, при более высоком КПД в целом характер изменения КПД от мощности у ТЭ более приспособлен к режиму автомобильного движения, чем у ДВС.

Делаются попытки скомпенсировать неподходящий характер зависимости КПД от мощности для ДВС и турбин созданием гибридных схем с промежуточными, возимыми на борту, накопителями энергии. КПД такого накопителя на основе электрических аккумуляторов и двигателя-генератора порядка 65 % [1].

Водород, метанол или бензин?

Автомобили на ТЭ могут использовать водород, непосредственно хранящийся на борту, или получать его с помощью бортового рифор-мера из жидкого топлива, например, метанола или бензина, для которых существует развитая заправочная инфраструктура. Многие аналитики соглашаются, что водород является предпочтительным топливом с точки зрения меньшей

сложности энергоустановки (ЭУ) автомобиля, но в тоже время считают, что стоимость водородной инфраструктуры топливных заправок будет чрезмерной. Согласно этой точке зрения, автомобильная промышленность должна разработать сложные бортовые процессоры для преобразования жидких топлив в водород. Однако ряд исследователей утверждают, что при детальном рассмотрении общая инфраструктура водородных топливных заправок будет стоить гораздо меньше, чем использование на автомобилях бортовых риформеров.

В частности, к такому выводу пришли специалисты «Directed Technologies Inc.», которые проанализировали основные ключевые факторы, сопровождающие использование на автомобиле различного топлива, включая: стоимость автомобиля, в том числе стоимость топлива, топливной инфраструктуры и инвестиций в нее; воздушное загрязнение окружающей среды; тепловые эмиссии; нефтяной импорт; национальную безопасность и срок службы (анализ проводился для США) [2].

Несмотря на значительные финансовые затраты на разработку бортового риформера в рамках программы развития автомобилей на ТЭ [3], становится все более очевидным, что разрабатываемые риформеры бензина по многим параметрам не стыкуются с возможностью их использования в электромобиле [4]. Причина этого заключается в больших технологических трудностях создания дешевого, эффективного и приемлемого для бортового использования бензинового риформера.

Во-первых, при использовании бортового риформера удельная мощность всей энергоустановки значительно уменьшается, а габариты и стоимость увеличиваются. Например, по данным [2] стоимость бортовой системы хранения

Статья поступила в редакцию 06.04.2005. The artisle has entered in publishing office 06.04.2005.

водорода в сжатом состоянии в 6-7 раз ниже стоимости бензинового риформера при значительно более высокой сложности последнего. Стоимость же топливной инфраструктуры водородных заправок, приведенная к одному автомобилю, будет в 2-3 раза ниже стоимости бортового риформера.

Во-вторых, так как риформер на борту автомобиля работает только во время его эксплуатации, то коэффициент его использования во времени невелик. Применение же постоянно работающих стационарных риформеров большой мощности позволит существенно снизить суммарные затраты на оборудование и повысить их эффективность.

В-третьих, недопустимо высокой оказывается концентрация примесей, присутствующих в риформате (особенно остро этот вопрос стоит при пусковых и переходных режимах работы риформера). Риформированное углеводородное топливо представляет из себя смесь Н2, N2, СО, СО2, Н2О и других веществ, в зависимости от вида топлива. СО в ТЭ с протонообменной мембраной (ТЭПОМ) отравляет анодный катализатор, СО2 в меньшей степени, но также оказывает вредное влияние на характеристики анода, существенно превышающее эффект разбавления Н2. В случае ТЭ со щелочным электролитом (ЩТЭ) СО и СО2 лишь карбонизируют электролит, не оказывая отравляющего влияния на анод. В табл.1 приведено сравнение эмиссий энергоустановок, питаемых водородом, полученным различными способами, с эмиссиями двигателя внутреннего сгорания [5].

Из таблицы следует, что стандартам эмиссий SULEV и EZEV по органическим компонентам соответствует лишь ЭУ, питаемая чистым водородом.

Кроме всего прочего, в силу некоторых особенностей работы риформера его достаточно трудно изготовить с приемлемыми для использования на борту массогабаритными характеристиками [4]. В любом случае внесение такого устройства в состав энергоустановки автомобиля значительно увеличит его стоимость и массу при общем снижении ресурса и надежности работы. В техническом отношении уровень разработки батареи топливных элементов является более продвинутым для использования в энергоустановке автомобиля, чем уровень разработки риформера углеводородов.

Отсюда следует вывод, что получать водород из углеводородных топлив целесообразней на стационарных установках, не предъявляющих жестких требований к массогабаритным характеристикам и позволяющим проводить глубокую доочистку риформата от вредных примесей. В качестве исходного углеводорода следует применять доступное в данной местности сырье (лучше всего метан, природный газ). Для каждого вида сырья необходимо разрабатывать и изготавливать свое специфическое оборудование.

Источниками водорода для энергоустановок на ТЭ могут быть углеродсодержащие вещества и вода.

К углеродсодержащим веществам относятся: нефть, природный газ, уголь (невозобновля-емые), биомасса (с переработкой в метан). Водо-

Органические компоненты (VOCs) CO NOx

Лучший вариант Вероятный вариант Лучший вариант Вероятный вариант Лучший вариант Вероятный вариант

Бензиновый ДВС 0,755 7,553 0,704

Водородная ЭУ 0,004 0,003 0,001

Метанольная ЭУ 0,020 0,023 0,003 0,004 0,001 0,001

Бензиновая ЭУ 0,268 0,371 0,004 0,005 0,001 0,001

Стандарты эмиссий

Tier II 0,125 1,7 0,2

ULEV 0,04 1,7 0,2

SULEV 0,01 1,0 0,02

EZEV 0,004 0,17 0,02

Таблица 1

Предполагаемые локальные выбросы (эмиссии) для автомобиля на ТЭ и стандарты эмиссий (г/милю)

род из этих источников получают, как правило, путем конверсии (риформинга) топлива при высокой температуре с добавлением воды. Температура процесса достигается за счет сжигания части топлива. Получаемый водород загрязнен большим количеством примесей, в основном С02, которые желательно удалять.

Из воды водород может быть получен путем электролиза, т. е. с использованием электрических источников энергии.

К таким источникам относятся: солнечные, ветряные, приливные электростанции, гидроэлектростанции (возобновляемые источники), тепловые (на углеродсодержащем топливе), атомные электростанции. В перспективе, возможно, и термоядерные. Получаемый водород практически свободен от примесей.

В США для определенных районов часть водорода планируется получать исключительно с помощью электричества гидро- и атомных электростанций в ночное время. Очень важным аспектом концепции получения водорода электролизом из воды является независимость от оставшихся мировых запасов углеводородного топлива, его стоимости, перебоев с поставками и т. п. [3]. В будущем это должно привести к увеличению доли производства электролизного водорода.

В связи с тем, что в настоящее время стоимость электролизного водорода 1-3 $/кг в зависимости от количества и производительности электролизеров (при стоимости электроэнергии 3 цента/кВт ч) выше стоимости водорода, получаемого риформингом (0,3-0,8 $/кг), в 2-3 раза, имеет смысл получать его оптимальными для каждого региона способами. Но в любом случае стоимость такого топлива будет в 2-3 раза дешевле бензина [2]. В приведенных выше оценках стоимости водорода, полученного электролизом, есть некоторая неопределенность, так как еще не создана инфраструктура его массового производства, которая позволит дополнительно снизить его стоимость.

На сегодняшний день разработки ведутся в основном в направлении получения водорода путем конверсии углеводородного топлива. Специалистами «Directed Technologies Inc.» [2] на основе анализа трех вариантов топлива для электромобилей на ТЭ (водорода, метанола и бензина) сделаны следующие выводы:

Бортовое хранение водорода. Существующие технологии (жидкий водород и сжатый водород) способны обеспечить необходимую систему бортового хранения для продвижения электромобилей на ТЭ, новых прорывов в области хранения топлива не требуется. При анализе, за исключением варианта с бортовым хранением жидкого водорода, предполагалось, что используется водород, сжатый до 34,5 МПа. Затраты на сжиженный водород будут выше, чем при использовании сжатого водорода, в связи с при-

мерно 35 %-ным расходом мощности на сжижение водорода.

Затраты на инфраструктуру. При использовании сжатого водорода потребуется меньше капиталовложений в топливную инфраструктуру, если в нее также включить бортовой топ- я ливный процессор. Наибольших затрат на инф- ^ раструктуру потребуют автомобили на ТЭ с бор- * товыми процессорами риформинга бензина. |

Стоимость топлива. Сжатый водород дол- ^

и

жен быть наименее дорогостоящим топливом | (примерно на уровне 2,6 цента на милю), но рас- ^ ходы на все три вида топлива (водород, мета- | нол, бензин) составляют менее 10 % общих из- S держек на эксплуатацию автомобиля и поэтому § мало отразятся на коммерческом успехе элект- © ромобилей на ТЭ.

Стоимость автомобиля. Самым дешевым вариантом должен быть электромобиль, единственным источником тока в котором являются ТЭ; гибридный электромобиль с аккумуляторными батареями для обеспечения пиковых нагрузок будет на $780 дороже. Для электромобиля на ТЭ стоимость варианта с метанольным топливом будет на $550-1600 дороже варианта с прямой подачей водорода. Стоимость бензинового гибридного электромобиля на ТЭ будет на $7502400 выше стоимости гибридного электромобиля на ТЭ с бортовым хранением водорода и на $1600-4500 выше электромобиля только на ТЭ.

Местное загрязнение воздуха. Все три вида топлива соответствуют существующим ограничениям по выбросу СО и NOx. При современной технологии переработки жидких топлив загрязнение парами метанола и бензина превысит уровень норм SULEV по токсичности выхлопных газов. Загрязнение парами летучих органических компонентов (после поправки на озонную фотореактивность) метанольного электромобиля на ТЭ будет соответствовать нормам ULEV токсичности выхлопных газов, но не нормам SULEV, а загрязнение парами бензина превысит уровень федеральных норм США Tier II по содержанию летучих органических компонентов.

Выброс газа, создающего парниковый эф- ¡1 фект. Использование работающих на водороде t электромобилей на ТЭ приведет к снижению при- ё мерно на 39 % выброса газа; у метанольного ^ электромобиля на ТЭ это снижение в лучшем s случае составит 32 %. Наиболее вероятное сни- § жение выброса газа у бензинового гибридного ir электромобиля на ТЭ по сравнению с обычным | автомобилем составит лишь 7 %. ^

Сокращение потребления бензина. В мета- ! нольных и водородных электромобилях на ТЭ 0 применение бензина в двигателе автомобиля будет исключено, а у бензинового гибридного электромобиля на ТЭ возможное сокращение потребления топлива в лучшем случае составит 29 %.

Обеспеченность. Самый лучший путь к надежной энергии для транспортного сектора в

будущем должен обеспечить водород, поскольку водород можно будет производить с использованием самых различных видов энергии. Метанол также может служить путем к надежной энергии через газификацию биомассы или твердых городских отходов с последующим преобразованием полученного синтез-газа в метанол.

Результаты анализа по гибридным электромобилям на ТЭ представлены в табл. 2, а неко-

торые изменившиеся статьи инвестиций и дополнительных расходов в случае электромобиля без буферных аккумуляторных батарей — в табл. 3. Выбор топлива для массовых электромобилей на ТЭ будет зависеть от перевешивающих факторов, выбираемых промышленностью и правительствами по каждому параметру, приведенному в таблицах, а также от будущих технологических разработок и расчетов затрат, ко-

Таблица 2

Результаты сравнения гибридных электромобилей, питаемых различными топливами

Инвестиции и расходы Водород Метанол Бензин

Лучший вариант Вероятный вариант Лучший вариант Вероятный вариант

Инвестиции в стационарную топливную инфраструктуру на 10 %-ный охват всех бензиновых заправочных станций Калифорнии $250 млн. $55 млн. ?

Инвестиции в стационарную топливную инфраструктуру на 10 %-ный охват всех бензиновых заправочных станций США $4,1 млрд. $900 млн. ?

Инвестиции в стационарную топливную инфраструктуру ($/автомобиль) 230 50 (500*) ?

Инвестиции в бортовую топливную систему ($/автомобиль) 762 884 1545 1509 3169

Полные инвестиции в топливную систему ($/автомобиль) 992 934 (1384*) 1595 (2045*) 1509 3169

Затраты на топливо (цент/милю) 2,6 3,9 4,4 2,7 3,9

Дополнительные расходы на электромобиль по сравнению с автомобилем ДВС ($/автомобиль) $1991 $2113 $2775 $2739 $4399

Уменьшение выброса газов, вызывающих парниковый эффект (по сравнению с автомобилем с ДВС) 39% 32% 28% 33% 7%

Уменьшение импорта нефти 99% 98% 98% 29% 0

Варианты надежного обеспечения Отличные Хорошие — Плохие —

Таблица 3

Сравнение электромобилей, питаемых различными топливами (без использования батарей для обеспечения пиковых нагрузок)

X ^ и Метанол Бензин

т S Инвестиции и расходы Водород Лучший Вероятный Лучший Вероятный

си вариант вариант вариант вариант

0 1 т ГС X Инвестиции в бортовую топливную систему ($/автомобиль) 762 1309 2364 2388 5247

m о о 0 Полные инвестиции в топливную систему ($/автомобиль) 992 1359 (1809*) 2414 (2869*) 2388 5247

Дополнительные расходы на

электромобиль по сравнению с автомобилем внутреннего 1782 2330 3385 3409 6268

сгорания ($/автомобиль)

* Затраты при зрелом рынке, когда избыточные мощности по производству метанола будут поглощены введением 1,5 млн. метанольных электромобилей на ТЭ.

торые неизбежно скорректируют приведенные в таблицах данные.

Некоторые аспекты использования кислорода в качестве окислителя

Автомобильная энергоустановка на основе батареи ТЭ (БТЭ), как и на основе ДВС или дизеля, использует в качестве окислителя атмосферный кислород. В воздухе содержится около 21 % кислорода. Воздух во время работы обычно прокачивается через БТЭ с такой скоростью, чтобы коэффициент полезного использования кислорода лежал в пределах 0,4-0,6. Для обеспечения ресурса работы ТЭ воздух должен быть предварительно глубоко очищен от пыли, а в ряде случаев для повышения эффективности ТЭ еще и сжат до давления 0,2-0,4 МПа.

Воздух содержит некоторое количество углекислого газа, вызывающего в случае ЩТЭ карбонизацию электролита и быстрое снижение характеристик элементов, что затрудняет их коммерческое применение, хотя они достаточно проработаны и по сравнению с ТЭПОМ имеют более высокую вольт-амперную характеристику (ВАХ) в области малых и умеренных нагрузок и ресурс, удовлетворяющий автомобильным требованиям (>5000 ч). Проблема карбонизации электролита отсутствует в кислотных ТЭ, и это одна из основных причин, обусловивших интенсивную разработку ТЭПОМ в последнее время. Однако, несмотря на то что в это направление уже вложены огромные средства, появления коммерческого продукта в ближайшее время не предвидится. Трудности, вставшие перед разработчиками, оказались чрезмерными [5].

Поэтому имеет смысл вновь проанализировать возможность коммерческого применения ЩТЭ, несмотря на то что требуется весьма глубокая (до 5-10 ррт) очистка как воздуха, так и риформата от СО2. Если водород вырабатывается стационарным риформером, то удалять из

него СО2 целесообразно там же, хотя он станет дороже. Можно очищать водород и на борту автомобиля, но это будет еще дороже. Воздух в любом случае следует очищать на борту. Уже известны успешные попытки реализации бортовой системы очистки воздуха от СО2 с регенерируемым адсорбентом [6].

Когда водород получают электролизом воды, целесообразно не выбрасывать в атмосферу производимый попутно весьма чистый кислород, а использовать его для питания катодов ТЭ.

Переход с воздуха на кислород существенно улучшает вольт-амперную характеристику ТЭ. На примере ТЭ «Фотон» (рис. 1) видно, что при напряжении 0,8 В и давлении 0,4 МПа плотность тока увеличивается почти в 3,5 раза (подробнее о ТЭ «Фотон» в работах [7-10]). Более того, поскольку при электролизе кислород и водород легко получаются при повышенном давлении, появляется еще один рычаг воздействия на ВАХ. Из рис. 1 следует, что замена воздуха (0,4 МПа) на кислород (0,7 МПа) увеличивает плотность тока более чем в 4,5 раза (при 0,8 В). А это означает возможность соответствующего уменьшения площади комплектующих ТЭ, расхода катализаторов и других материалов. Существенно уменьшаются масса и объем БТЭ. Например, в случае конструктивных решений, близких к использованным в ТЭ «Фотон», объем БТЭ уменьшается почти в 3 раза. Кроме того, отпадает необходимость в дорогостоящем и далеко не бесшумном компрессоре воздуха. Последний, как было нами оценено, не только потребляет 10-15 % мощности БТЭ, но и создает проблемы теплового характера из-за разогрева воздуха при компремировании. Ненужной становится система очистки воздуха от пыли, а в случае ЩТЭ — и от СО2.

Платой за переход на кислород являются появление на борту автомобиля емкости с кислородом и необходимость создания инфраструктуры заправочных кислородных станций. В настоящее время уже созданы легкие компактные

ЛЧ .........1...

■ \ 2

Л ч г - \

V \

\ ..........\......... ^3

Ч/-\ " ' . .

\ N

500

1000 1500 2000

Плотность тока, мА/см2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2500

3000

Вольт-амперные характеристики ТЭ:

1 — «Фотон»,

H2-O2, 0,7 МПа;

2 — «Фотон»,

H2-O2, 0,4 МПа;

3 — «Mark900»

(фирма «Ballard», Канада, 2001 г.), Н2-воздух, 0,4 МПа;

4 — «Фотон»,

Н2-воздух, 0,4 МПа

емкости для хранения кислорода с использованием пористых материалов (газаров) [11].

Оценки, выполненные с использованием методологии и данных уже упоминавшейся рабо-

ты [2], приводят к заключению, что такой переход оправдан и экономически.

Техническую целесообразность замены воздуха на кислород иллюстрируют табл. 4 и 5.

Таблица 4

Сравнение ЭУ на базе БТЭ «Фотон»

Узел ЭУ Недостатки Водородно-воздушная ЭУ Водородно-кислородная ЭУ

Масса, кг Объем, л Масса, кг Объем, л

Фильтр тонкой Малоэффективен,

очистки воздуха от пыли требует периодического обслуживания и замены 3,8 3

Дорог в изготовлении,

Компрессор-экспандер дополнительный шум и дополнительная система управления, низкое давление ~20 10 — —

Недостаточно

Система очистки воздуха от С02 эффективна, невысокий срок службы, ограничения по температурному диапазону эксплуатации 35 25 — —

Пневмо-

гидравлическая Большие диаметры труб

схема и дополнительные ~15 ~10 — —

(дополнительное усложнение) элементы конструкции

Баллон с кислородом (Р = 400 ат) Сложная система заправки — — 50 45

ИТОГО: 74 48 50 45

Характеристика

Рабочее давление, МПа 0,4 0,7

Напряжение ТЭ при 800 мА/см2, мВ 600 900

Разброс напряжения между ТЭ в БТЭ, мВ Больше Меньше

Ресурс, ч Не определен >5000

Мощность БТЭ, кВт 20 30

Максимальная, пиковая мощность ЭХГ, кВт 21 40

Мощность на собственные нужды ЭУ, кВт 4,1 1,1

Мощность ЭУ, кВт 15,9 28,9

КПД ЭУ, % 30 58

Таблица 5

Сравнение характеристик БТЭ на заданную мощность 50 кВт и КПД 54 %

Характеристики Водород-кислород Водород-воздух

Число ТЭ 400 400 400

Площадь активной поверхности ТЭ, см2 96,4 131 446,4

Давление рабочих газов, МПа 0,7 0,7 0,4

Плотность тока, мА/см2 1620 1190 350

Напряжение одного ТЭ, мВ 0,8 0,8 0,8

Удельный объем БТЭ, кВт/л 5,15 3,96 1,65

При использовании электролизных водорода и кислорода подход к построению оптимальной энергетической цепочки должен быть иным по сравнению с использованием водорода, получаемого риформингом углеводородов. Как отмечалось, поскольку при электролизе водорода из воды одновременно получается необходимое количество высококачественного кислорода, его и следует использовать для окисления водорода в БТЭ, а не пытаться с большими затратами извлекать из воздуха. Система хранения сжатого кислорода на борту автомобиля получается более легкой и дешевой, чем система подготовки воздуха, включающая фильтрацию, сжатие, очистку, охлаждение. Кроме того, электролизер принципиально проще и дешевле риформера, а получаемый водород не требует дополнительной очистки при гораздо более простой и дешевой топливной инфраструктуре (вода и электричество, необходимые для получения водорода, присутствуют практически везде).

КПД цепочки «электроэнергия-электролизер-кислород-водород-БТЭ» равен отношению напряжения ТЭ к напряжению ячейки электролизера и может достигать 60 %. Тогда стоимость электроэнергии для проезда 100 км на легковом автомобиле с баллонным водородом и кислородом будет равна $1-1,67, такая же поездка на бензине с обычным ДВС $2,4 (6 л х $0,4). В городском цикле разница будет еще ощутимее.

Заключение

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что энергоустановка для электромобиля на базе водородно-кислородных топливных элементов с щелочным электролитом при питании чистыми кислородом и водородом экономически и технически может быть более целесообразной, чем другие низкотемпературные водородно-воз-душные энергоустановки, даже с учетом затрат на соответствующую инфраструктуру.

Значительно повышается КПД батареи и всей ЭУ, отпадает необходимость в воздушном компрессоре (вентиляторе) и фильтре очистки воздуха, существенно улучшаются массогабаритные характеристики и экономические показатели.

Список литературы

1. Weiss M. A., Heywood J. B. Comparative assessment of fuel cell cars, February 2003, MIT LFEE 2003-001 RP. http://ifee.mit.edu/

2. Thomas C. E., James B. D., Lomax F. D. Jr., Kuhn I. F. Fuel options for the fuel cell vehicle: ¡1 hydrogen, methanol or gasoline? / / Int. J. of Hy- t drogen Energy. 2000. Vol. 25. P. 551-567. f

3. Acom Park Guidance for Transportation's ^ Technologies: Fuel Choice for Fuel cell Vehicles, I Final Report. 2002, Arthur D. Little, Inc. (TIAX). | Cambridge, Massachusetts. 02140-2390 |

4. FY 2001. Progress Report for Fuel Cell | Power Systems. U.S. Department of Energy Of- g fice of Advanced Automotive Technologies. No- ^ vember 20, 2001.

5. FY 2002. Progress Report for Hydrogen, Fuel Cells, and Infrastructure Technologies Program. U.S. Department of Energy. November 20, 2002.

6. Пат. РФ № 2229759, МКИН01М/806, В01Д53/56. Способ очистки воздуха для топливных элементов и устройство для его осуществления»^. Р. Каричев, Д. А. Блатов, С. И. Си-маненков // Изобретения. Полезные модели. 27.05.2004.

7. Schautz M., Dudley G., Baron F., Popov V., Pospelov B. Testing of a Buran Flight-Model Fuel Cell // ESA Journal. 1994. Vol. 18. P. 129-137.

8. Arshinov A. N., Vaskov N. I., GolinY. L. et al. The Electrochemical Direct Current Generator for Space System Buran // Int. J. of Hydrogen Energy. 1995. Vol. 20, No. 1. P. 59-63.

9. Arshinov A., Matryonin V., Kozin V. et al. Results of the Long-Term Testing of the "Photon" Fuel Cell Generator // Int. J. of Hydrogen Energy. 1996. Vol. 21, No. 4. P. 293-298.

10. Баженов М. Д., Голин Ю. Л., Громов В. В. и др. Топливные элементы в водородной энергетике // Энергоанализ и энергоэффективность. 2004. Т. 1, № 1. С. 8-13; №2. С. 7-12.

11. Лутфи Р., Шаповалов В., Векслер Е., Бойко Л. Аккумулятор кислорода для изолированных топливных элементов // Сб. материа- ^ лов VIII Международ. конф. «Водородное мате- i риаловедение и химия углеродных наноматери- ^ алов». 2003. С.936-937.

&

С х т п: I

LT С С

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.