1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (Электрохимическая энергетика. Н.В. Коровин, 1991u), страница 21

баках, имеющих специальную теплоизоляцию. для подогрева реагентов при их подаче в ЭХГ использовалось тепло, выделяе. мое в ЭХГ. Удельная энергия ЭЭУ, включающей ЭХГ, системы хранения и подачи реагентов и терморегулирования, состав ляла 880 Вт ч/кг. Гарантированный ресурс был 500 ч, а реаль' ный ресурс достигал 2000 ч; КПД ЭЭУ, рассчитанный на тепло г вой эффект горения водорода, составлял 60-55%.

За 13 полетов ЭЭУ проработала более 6500 ч и генерировала 4400 кВт ° ч эне)г гни и 1,7 т воды. Пг 2600- 3000 долл. (по курсу 1984 г.) 2500- 3000 долл. курсу 1983 2500- 30ОО д,лл, (по курсу 1983 г,) 1500- 2000 долл. (по курсу 1985 г.) 8 космических кораблях "Спейс Наттле используются ЭЭУ на основе ТЭ с щелочным электролитом [118]. Схема ЭЭУ включает в себя три ЭХГ мощностью 2-7 кВт каждый и напряжением 325-17,5 В, пиковая мощность ЭХГ была 12 кВт [2 мин) (табл 2.11, поз. 2). В качестве ТЭ служили элементы с матричиь'и щелочным электролитом [см. табл.

2.5, поз. 5), работающие "Ри температуре 90-1000'С. Удельная мощность была увеличе"а до 64 Вт/кг, т.е. примерно в 4,5 раза по сравнению с ЭХГ для КОРабЛя "Аполлон". Отвод тепла от ЭХГ осуществляется фторорганичесн теплоносителем. Вода отводится водородом, конденсируется сепарируется от газа и подается в систему жизнеобеспече„„' нх космонавтов. Кислород и водород хранятся в криогенном вт > (-183'с для Ох и — 253'с для нх), в баках диаметром 1-1,2 м, мз ' сой 313 кг. Ресурс ЗЭУ увеличен до 5000 ч (с обслуживание В Европе разрабатывается ЭЭУ на основе ТЭ с щелочнь„ электролитом для космического корабля Гермес" [175, с. 41) )>1 СССР разработан для корабля "Буран".

Немецкая фирма '*Сименс" разработала и испытала демонс рационный образец ЭЗУ на основе ТЗ с электродами на оснои В» скелетных катализаторов [42, 661. Г1араметры ЗЭУ приведены, табл. 2.11 (поз. 3). В яде стран проводится 1»абОта по соз»:»ани электромобилей. Фирмы "Юнион,Карбайт" и "Дженерал Моторс (США) разработали ЭЭУ для электромобиля на основе ТЗ с композиционными угольными электродами [71. Номинальна„ мощность ЭЗУ 32 кВт, максимальная — 96 кВт, напряженя» 460-220 В. Отвод воды и тепла обеспечивался циркуляцие1 водорода и раствора электролита. ЭХГ имел массу 610 кг, объеи 0,5 м'. Водород и кислород хранились в криогенном виде. 06 щая масса ЭЗУ при запасе реагентов на 160-240 км пути ссс тавляла 1480 кг, удельная мощность — 18 — 62 Втlкг, расдз водорода — 45-55 г/(кВт ч).

Сравнение технико-зкономических показателей электромз билей и автомобилей будет приведено в гл. 4. 2.8.3. ЗСУ и ЭЭС на основе ТЭ с фосфорнокислыл» электрол». том (ТЗФКЗ). Для обеспечения электроэнергией и теплои отдельных зданий или небольших предприятий были разрабс таны ЭЗУ на основе среднетемпературных ТЗФКЭ.

Перзоях чально, по заданию газовых корпораций в США были разрабз таны ЭЭУ мощностью 12,5 кВт [7; 941. Энергоустановка состояла из трех блоков: подготовки тоЛли' ва, ЭХГ и инвертора. Природный газ после десульфуризаиии подвергался конверсии на никелевом катализаторе (237) Образующийся оксид углерода по реакции сдвига (2.36) презрх' шался в С01. Смесь водорода, диоксида углерода, водяного и других газов поступала в ЭХГ.

Ватарея ЭХГ состояла из 251 последовательно соединенных элементов с площадью поверг ности 0,093 м' каждый. Инвертор преобразовывал постоянный яя в переменный с напряжением 240 В н частотой 60 Гц. уде»»ьяри 114 ность ЭЗУ составляла 28.5 кВт/м', ресурс порядка 10000 ч, К Г(11 - 28-30% Велев 65 ЭЭУ прошли испытания в США, Канаде, Японии, в ход е которых были в основном подтверждены планируемые лаРаметры.

На базе этой установки фирма ЮТК (США) разработала более соз рзеРшеннУю ЭЭУ электРической мощностью 40 кВт [121; 122> с 1595-16061. Схема установки приведена на рис. 2.16. Топливо „осле удаления соединений серы'поступает совместно с паром и конвертор нагреваемый за счет тепла дожигателя 7, затем посупает в шиФт-реактор 8 (реактор конверсии СО), наконец, в ТЗ. Степень окисления водорода на аноде ТЭ составляет примерно 80%. Непрореагировавший водород затем дожигается в ложигателе 7. Продукты реакции из него и из воздушного злектрода ТЭпоступаютвтеплообменник 9, в котором нагреиизтся вода для внешнего потребления.

Вода 15 подается на охлаждение ТЭ, затем в теплообменник 14 и насос-сепаратор 16, откуда пар поступает в конвертор топлива, а вода — на охлажде„на ТЭ. Постоянный ток с помощью инвертора 12 преобразуется в переменный трехфазный ток. Параметры энергоустановки: мощность номинальная 40 кВТ, пиковая 56 кВт (секунды), напРяжение 120-128 В, частота 60 Гц, занимаемая площадь 4,2 м', вместимость 8,1 мз, масса 3,63 т. Установка обеспечивает объекты тепловой энергией до 150 МДж/ч (4/5 водой при 70-85'С и 1/5 паром при 135'С).

Вредные выбросы на один-три порядка ниже выбросов, установленных. стандартом. Установка имеет малый уровень шума (65 дВ на расстоянии 5 м). Она может работать при внешней температуре от -30 до + 50'С, КПД установки (электрический) 35-39%, суммарный - 60-70% (рис. 2.17).

Стоимость установки в ценах 1982-84 гг. оценивается 2600- 3000 долл/кВт. Предполагается, что при совершенствовании ВЗУ и массовом производстве капитальные затраты упадут элэое. В США и Японии испытывались 46 ЭЭУ, размещенные в 42 местах и предназначенные для энергоснабжения небольших "Рздприятий, больниц, магазинов, отелей, научных и других учреждений. Испытания первых образцов начались в декабре 19 83 г., последних — летом 1985 г.

К концу марта 1986 г. суммар"ое время работы ЭЭУ превысило 290 000 ч. Максимальное ирзмя работы некоторых ЭЭУ составило 10 б00 ч, минимальное— ОО ч. В ходе испытаний наблюдались отдельные отказы, 115 Рис. 2.16. Схема ЭЭУ на основе ТЭФКЭ мощностью 40 кВт: 1 — компрессор; 2 — воздух; 3 — топливо; 4 — очистка топлива от серы; 5 — ое ситель топлива с водяным паром; 6 — конвертор топлива; 7 -доиигателге 1- шифт-реактор; У - теплообменник-конденсатор; 10 — сброс газов в атмосфэн, 11-ЭХГ," 12-инвертор,"13 — сеть переменного тока; 14 — теплообменник; 15 — вп воды; 16 — насос.

сепаратор; 1 7 — насос связанные с неисправностями системы автоматики, а такнсе с забиванием системы охлаждения продуктами коррозии [147, с 293-297). По результатам натурных испып. ний предполагается разработка кон. мерческих ЗЗУ мощностью 200 кбт с планируемым началом произведет ва в 1990 г. При объеме произволст ва 100 ЗЗУ в год капитальные зат' раты оцениваются в 2500 700 %7Д 60 го Рис. 2.17. Зависимость КПП ЭЭУ на освсз' ТЭФКЭ мощностью 40 кВт от нагрузки: 1 — КПП электрический; 7 — КПП сумзит ный при использовании ниэкопотенпиэ"' ного тепла (71"С); 3 — КПП суммарный лг использовании высокопотенииального те лн (! 37'с) 0 25 50 75 700 длеклтрическдл мощнослта,% 116 50 00 долл/кВт.

При расширении производства капитальные ты могут быть уменьшены до 1000-1500 долл/кВт [147, заур 293 297; 45, с. 1057-1099). ' В СИА (фирмы иЗнгельгард" и иЗнерджи Ресеч Кои) и в бтал лии разрабатываются ЗЗУ,'работающие на метаноле. Испытыва аются ЗЗУ мощностью 2,5; 3; 20 и 25 кВт, планируется созлани ие коммерческих ЗЗУ мощностью 3-100 кВт [ЭГ). В СНА такж же ведутся натурные испытания ЗЗУ мощностью 40 кВт, всп ользующей в качестве топлива газы очистных установок [147 с, 918-9221. Знергоустановки на основе ТЗчзКЗ мощностью 10 30, 35, 50 и 200 кВт разрабатываются в Японии [50; 96; 1241. установка мощностью 50 кВт предназначена для энергоснабения отдельных зданий, госпиталей, отелей и т.д. Сзункцио„альная схема ЗЗУ включает пять подсистем: подготовки олива, ЗХГ, отвода тепла, преобразования энергии и автоматики. Подсистема подготовки топлива включает в себя десуль- 4!уризатор, паровой риформер и конвертор СО.

Батарея ТЗ состоит из 640 ТЗсйКЗ с площадью отдельных электродов 0,1 мэ, объединенных в четыре вертикальных модуля. Охлаждение ЭЭУ воздушное. При испытаниях ЗЗУ показали удовлетворительные результаты. Американская фирма 10ТК разработала демонстрационную' ЭЭС мощностью 4,8 МВт [95, с. 1129-1138; 97, с. 55; 125; 126, с. 3431. Схему ЗЗС можно представить в виде трех блоков: ЗХГ, преобразователя постоянного тока в переменный и блока подготовки топлива. Блок ЗХГ состоит из 20 модулей по 250 кВт каждый (450 ТЗ в модуле). Электроды ТЗ (табл.

2.5, поз. 7) имеют плов!аде 0,34мэ. Соответственно плотность мощности ТЗ равна 1,63кВт/м' (уг = 2,5 кА/мэ при напряжении 0,65 В). Температура 190'С, охлаждение водяное (двухфазное: вода-пар и др.). Схема ЗЗС приведена на рис. 2.18. Топливо-нафта или природиыйгазпосле десульфуризации в аппарате 4 и смешения с паром поступает в конвертор 10, затем в шифт-реактор 14 для конверсии СО, а смесь С02 и Нт — в ЗХГ 16.

Продукты анодно"о окисления, отдав тепло в теплообменнике 12, разделяются в конденсаторе 13 на воду и газы. Вода идет в систему водоподготоэки 21, а газы через теплообменники — в дожигатель 9, теп епло которого используется для конверсии топлива. Воздух тУРбокомпрессором 5 подается под давлением 0,34 МПа в конзе т ртор, горелки и в ЗХГ, затем через систему теплообменников сбра расывается в атмосферу. ЗЗС имеет контур водяного охлаж- Пт Рнс. 2.18. Схема ЭЭС на основе ТЗФКЗ мощностью 4800 квт (элект.) 1126, с. 34 1 — вентилятор системы рециркуляцни; 2- топливо; 5, 9 и 20 — горелки; 4- сульфуризатор; 5 — турбокомпрессор; 6 — выброс, отработанного воздуха из горе ки; у — подвод воздуха; 8 — выброс продуктов реакции нз горелки; 10 — аппэрэ для конверсии топливы П вЂ” пар; 12 и 22 — теплообменникн; 15 — конденсатв 14 — аппарат конверсии СО (шифт-реактор); 15 — продукты анодных реакций ТЭ 16 — ЭХГ; 1 у — Н2 + СО; 18 — система автоматики; 19 — насос охлаждаюлхей велта 21 — система водоподготовки; 25 — вывод на охлаждающую башню; 24 — ввод башни охлаждения; 25 — сепаратор; 26 — ввод воды нз системы водоподготоюв 22 — охлаждающая вояж 28 — водно.глнколевая смесь дения (!9, 20, 25-27), автоматики (18), рециркуляции топлива пусковую горелку 3.