МенюРубрики

Паливний елемент

Домашній паливний елемент – ідеальне доповнення до альтернативного джерела енергії

У 2012 році, фірма Panasonic випустила на внутрішній ринок Японії домашні паливні елементи Ene-Farm. Пристрій розміром з невелику шафу, підключається до магістрального газопроводу, і при роботі видає до 0,75 кВт електроенергії плюс до 1,2 кВт тепла. Однак у продажу є безліч паливних елементів працюючих від водню. Для таких установок вже не потрібно газопровід.

Паливний генератор Панасонік

Паливний елемент – сравнение с генератором

Електрика из химических реакций получают в несколько этапов:

  • Спалювання палива (окислення);
  • Нагрівання робочого тіла і отримання пари;
  • Обертання турбіни генератора пором;
  • Генерація електроенергії.

В мобільних генераторах на вуглеводневих енергоносіїв, обходяться без отримання пари, а замість горіння, відбувається контрольований вибух паливної суміші. Важливо те, що в таких механізмах є маса додаткових етапів.

В паливному елементі, електрика відразу утворюється в процесі «холодного» окислення. Холодним його можна назвати частково, бо багато різновидів паливних елементів, які працюють при високих температурах, наприклад, Твердотельного Оксидного Топливного Елемента (ТОТЕ), робоча область розігрівається до 1000C. Але найбільш поширені й перспективні паливні елементи, як-то: водневий і метанольний, прекрасною функціонують при температурі 60-80C.

Принцип роботи паливних елементів

Ще 180 років тому було виявлено, що реакції електролізу можна пустити у зворотний бік, тобто, водень і кисень можуть з'єднуватися без горіння, але з виділенням електроенергії і невеликої кількості тепла. Навіть була створена така батарея. Її удосконаленням займалися тільки останні 80 років, і зараз вона виглядає так:

 

 

  1. Через негативний електрод (анод) подається водень (пальне);
  2. Через позитивний електрод (катод) надходить кисень (окислитесь);
  3. Між двома речовинами знаходиться селективна мембрана, яка пропускає тільки ядро атома водню (протон), а ось електрон направляється в електричну ланцюг;
  4. Протон проникає на катод, де вступає в реакцію з киснем, утворюючи воду.

Мембрана і катод покриті каталізатором. Найбільш ефективний із них – платинова чернь. Це дорогий реактив, який і зумовлює високу вартість паливних елементів.

В результаті роботи паливного елемента утворюються вода і електрика. У моделях використовують метиловий спирт додатково виходить вуглекислий газ.

Переваги і недоліки паливних елементів

Уявіть собі таку ситуацію, що у вас є три варіанти покупки молока і хліба:

  1. У великому мережевому магазині;
  2. У продавця на ринку;
  3. Продукти доставить фермер/приватник, який сам доїв корову, сам сіяв, збирав, обмолотив пшеницю і спік хліб.

Ну як не крути, третій варіант гарантує, що ціна буде набагато нижче, а якість не в приклад вище. Адже відсутня маса посередників/перекупників і непотрібних технологічних операцій.

З паливними елементами така ж ситуація. Надійшло паливо – отримано електрика. ККД паливного елемента досягає 80%, і є перспектива росту. ККД будь-якого іншого генератора навіть у теорії обмежена 53%, на практиці ледь дотягує до 30%.

Якщо використовується чисте паливо, то каталізатор не забивається (не отруюється). Працює він безшумно, рухомих механізмів там немає і рівень навантаження, не впливає на ККД.

загалом це як хороший добротний Mersedes Gelandewagen – працює безвідмовно. От тільки ціна паливних елементів, як раз і може зрівнятися з такими автомобілями. Це і є їх головний недолік.

Установка Ene-Farm другої серії від фірми Панасонік, коштує близько 1,4 млн. рублів. Але вона прив'язана до газової магістралі, тому автономної її назвати неможливо. Проте на Заході безліч фірм реалізують невеликі генератори на паливних елементах. Існує стійкий сегмент ринку альтернативної енергетики з достатнім наповненням різними товарами.

Попит та пропозиції на ринку паливних елементів

Купити собі квартиру в паливний елемент заради забави, ну це навіть не цікаво обговорювати, хоча... є і такі пропозиції. Наприклад, така демонстраційна модель укомплектована наступними елементами:

 

  1. Сонячний модуль потужністю 500 мВт;
  2. Електролізер продуктивністю ≈42/21 мл/хв (H2/O2);
  3. Накопичувач для водню і килорода;
  4. Паливний елемент мощностью 1,2 Вт/≈0,7 V;
  5. Вентилятор для навантаження.

Начебто виглядає як іграшка, але ціна 200 тисяч рублів. Такий можна балуватися, а можна поставити як наочну схему роботи системи незалежного автономного електропостачання будинки з альтернативних джерел енергії.

Таку систему можна масштабувати до розмірів цього повнофункціонального енергонезалежного будинку. Треба тільки вибрати технічні параметри, під які буде збиратися система. Але для автономного варіанту потрібно:

  1. Паливний елемент;
  2. Електролізер (генератор водню);
  3. Компресор + балони для зберігання газу;
  4. Система генераторів енергії з альтернативних джерел, припустимо спарка: сонячні панелі + вітрогенератор МагЛев;
  5. Буферний залізо-фосфатний АКБ ємністю 100-150 Ач.

Фактично, перші три елемента це заміна системи хімічних акумуляторів, але з великою перевагою. В автономному режимі, акумулятори працюють з циклічністю день/ніч, тобто мінімум 365 циклів зарядки-розрядки в рік. За цією схемою їх термін служби тривати не більше 2,5-3 років (1000 циклів при мінімальному рівні розряду).

Паливний елемент рассчитан на 60000 часов работы. Если днём электричество будет поступать из альтернативного источника (сонячні панелі), то избыток идёт на генерацию водорода. Паливний елемент включается максимум на 12 часов в сутки, или 365 х 12 = 4380 часов/год (≈15 лет).

Ціна питання

Щоб не рекламувати якусь окрему фірму, ось вартість деяких товарів із запропонованої схеми незалежного електропостачання:

  1. Паливні елементи (генератори на паливних елементах):
  • «GreenHub 2 PRO 500» – Потужністю 400 Вт/220 V (витрата 7 л/хв) – 9500$
  • «GreenHub 2 – 1000» – Потужністю 1 кВт/220 V (витрата 14 л/хв) – 12200$
  • «G-HFCS-3kW48V» Потужністю 3 кВт/48 V (витрата 35 л/хв) – 14500$
  1. Генератори водню (чистота водню від 99,9995 і вище):
  • QL-500 PEM – продуктивність – 30 л/год, потужність 300 Вт/220 V. 3500$
  • SHC-1000 – (лужний електролізер), продуктивність – 60 л/год; потужність – 250 Вт/220 V; 3300$
  1. Балони для зберігання водню:
  • Алюмінієві – 900 л. газу/ 2500 $ (Vвласний – 2 л);
  • Сталеві – 800 л. газу/ 4500 $ (Vвласний – 1,8 л);

Є навіть деякі готові пристрої працюють на паливних елементах, наприклад водневий квадрокоптер! На одній заправці він літає до 3,5 годин і здатний підняти корисний вантаж масою до 2,5 кг.

 

Додати коментар

Вашу адресу email не буде опубліковано. Обов'язкові поля позначені *

\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});","html_block":"","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n<\/ins>\n\n<\/center>","html_block":"