диплом (1230931), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Он нагревает натрий чистого контура до 700°С, который в свою очередь нагревает до 600 °С газ, поступающий из ГТД. Далее работа атомовоза аналогична работе газотурбовоза, т.е. газовая турбина вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели.В регенераторе газ, охлажденный до 400°С, перемешивается с атмосферным воздухом, поступающим из компрессора. Далее эта смесь направляется ввоздухонатриевый теплообменник.Основными проблемами при эксплуатации атомовоза могут быть обеспечение безопасности обслуживания, ремонта и эксплуатации атомных реакторови захоронение радиоактивных отходов. КПД атомовоза может составлять около15 %.В феврале 2011 года было объявлено, что корпорация «Росатом» и ОАО«Российские железные дороги» в конце июля 2011 года собираются провестипрезентацию научно-выставочного комплекса из 11 вагонов с локомотивом, использующим атомную силовую установку[1].ДП 23.05.03.07.151.
ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист32Вице- президент РЖД Валентин Гапанович, объяснил, что такой состав,включающий реактор на быстрых нейтронах, может быть использован кактранспортный элемент – силовой установки.2.2Современные способы накопления и использования энергииNanoFlowcell AG, немецкая компания основанная в 1991 годуспециализированная на создании электроматоров с потоковыми батареями.Данная компания в 2014 году привезла на автовыставку в Женеву свой первый экологически чистый прототип «Quant e-Sportlimousine» с впечатляющимипоказателями технических характеристик — пробег более 300 ки-лометров без подзарядки и разгон с места до 100 км/ч менее 3 секунд.Рисунок 11 Quant e-SportlimousineДП 23.05.03.07.151. ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист33В 2015 году, тоже в Женеве производитель показал уже два новых автомобиля — схожий с первым «Quant F» и более компактный «Quantino» — оба яркиепо дизайну и с дверьми открывающимися по типу крыло чайки.
Последний 3,9метровый компакт может проехать без подзарядки до 1000 километров.Рисунок 12 Quant FРазработчики особенно подчеркивают, что ни один другой электромобильне может похвастаться схожими характеристиками. Фокус – в использовании такназываемых потоковых батарей. Технология потоковых батарей уходит корнямив космическую отрасль: впервые подобный источник энергии был запатентованNASA в 1976 году и предназначался для обеспечения энергией космических аппаратов. Он сочетает в себе конструктивные принципы и преимущества традиционных аккумуляторов, топливных ячеек и даже двигателей внутреннего сгорания.Потоковые батареи можно как перезаряжать, так и мгновенно заправлятьновым электролитом, словно бензином. Они не имеют эффекта памятии не уменьшают емкости с годами. В теории у них нет технологического пределапо емкости (зависит от объема «топливных» баков) и мощности (зависитот размеров реактора).
Проблема лишь в том, что до недавнего времени они бы-ДП 23.05.03.07.151. ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист34ли крайне неэффективны с точки зрения сочетания всех этих параметров, то естьдавали небольшое напряжение и мощность при слишком больших размерах.Специалисты nanoFlowcell утверждают, что им удалось упаковать в литрэлектроактивной жидкости небывалое количество энергии с помощью нанотехнологий.
Состав «топлива», технология его производства и конструкция энергетической ячейки, разумеется, держатся в строжайшем секрете. Чтобы разобраться, как работают современные потоковые батареи, стоит освежить в памятипринцип действия более простых источников энергии. Напомним, что в самомпростом гальваническом элементе, например пальчиковой батарейке, анод (отрицательный электрод) и катод (положительный электрод) разделены электролитом — раствором, проводящим электрический ток за счет подвижности содержащихся в нем ионов. На поверхности анода протекает реакция окисления,в ходе которой высвобождаются положительные ионы и свободные электроны.На поверхностикатодаидетреакциявосстановления,протекающаяс поглощением свободных электронов и положительных ионов. При этом положительныеионыдвижутсяот анодак катодучерезэлектролит,а отрицательные — через нагрузку: электромотор, лампу или иную электрическую схему.
В самых простых угольных батарейках цинковый стакан, которыйслужитанодом,постепеннорастворяется,отдаваяионыи электроны.В перезаряжаемых аккумуляторах процессы окисления и восстановления обратимы. К примеру, в литий-ионных элементах положительно заряженные ионылития переходят от катода к аноду при зарядке и от анода к катоду при разрядке.Независимо от характеристик, большинство привычных для нас батарееки аккумуляторов роднит замкнутая конструкция. В их закрытом корпусе содержатся и электроды, и электролит, и запас электроактивных элементов (поставщиков расходных материалов для реакций), в роли которых, как правило, выступают сами электроды. Это значит, что и мощность, и емкость батареи ограниченыразмерами ее корпуса.
Этого недостатка лишены потоковые батареи, в которыхэлектролит содержит растворенные электроактивные вещества, хранитсяДП 23.05.03.07.151. ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист35в отдельных баках и прокачивается насосами через топливную ячейку.В классической потоковой батарее redox (сокращение от reductionoxidation, восстановление-окисление) имеется два бака: в одном хранится жидкость для окислительной реакции, в другом — для восстановительной. Топливная ячейка состоит из двух электродов, разделенных мембраной.
Мембрана препятствует смешиванию жидкостей между собой, но не препятствует ионномуобмену между электродами. Продукты окислительно-восстановительных реакцийудаляютсяиз ячейкивместес протекающейжидкостью,котораяпо замкнутому контуру возвращается обратно в бак. Зарядка и разрядкав потоковой батарее происходят так же, как и в любой другой: во время работыконцентрация электроактивных веществ в баках падает, а во время зарядки —растет.Емкость потокового аккумулятора зависит от размеров топливных баков,поэтому потенциал данной конструкции трудно переоценить. Мало того, принеобходимости быстро пополнить заряд жидкость можно простозаменить. Это так же просто и удобно, как заправить бензиновый автомобиль.Однако мощность потоковой батареи по-прежнему определяется размерамиэлектродов в топливной ячейке и интенсивностью происходящих на ней реакций.
Именно поэтому до недавнего времени перспективы таких источников питания в промышленности, особенно в автомобильной, были не радужными. В2016 году автомобиль практически полностью готов к запуску в серийное производство. Компания уже сертифицировала Quantino для использования на дорогахобщего пользования Европы.ДП 23.05.03.07.151. ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист36Рисунок 13 QuantinoТаким образом, автомобиль стал первым, одобренным в Европе транспортным средством, использующим силовую установку с низким уровнемнапряжения. Модель оснащена четырьмя электромоторами мощностью 34 лошадиных силы каждый, блоком элементов nanoFlowcell(гибрид электрохимическихаккумуляторных ячеек и топливных ячеек) и топливными баками с положительно и отрицательно заряженной ионной жидкостью.Электролиты циркулируют через две отдельные ячейки, в результате чегопроисходит процесс «холодного горения».
Окислительные и восстановительные процессы производят электричество для питания электромоторов.Разработчики сообщают, что Nanoflowcell Quantino способен проехать бездозаправки до 1000 километров или 14 часов без остановки. С места до ста километров в час автомобиль разгоняется за 5 секунд и развивает максимальные200 километров в час.Батареи nanoFlowcell работают в 20 раз дольше традиционных свинцовокислотных аккумуляторов и в 5 раз дальше литий-ионных. При этом жидкость,которой заправлен Quantino, не токсична и не огнеопасна.ДП 23.05.03.07.151.
ПЗИзмЛист№ документаПодписьДатаЛист37Компания сообщает, что Quantino как никогда близок к серийному производству, но решение о его выпуске на рынок пока не принято. NanoFlowcellпредрекает своей технологии потоковых батарей большое будущее. Их простаяконструкция, масштабируемость и эффективность позволят применять их нетолько в электрокарах.
По мнению компании, они с успехом могут быть задействованы во всех видах транспорта, включая железнодорожный.2.2.2 Обзор суперконденсатораСовременный мир портативных электронных устройств, гаджетов, гибридного транспорта, железнодорожного транспорта, требует всё более эффективных методов накопления и хранения электрической энергии. Традиционнымиисточниками энергии для этих применений являлись конденсаторы и батареи.Однако ни один из них не лишен недостатковТак, конденсатор демон-стрирует высокую скорость зарядки и разрядки (т.е.
обладает значительнойудельной емкостью), но при этом не способен запасать большого количестваэнергии.Аккумулятор, в свою очередь, имеет большую емкость, но небольшаяскорость перезарядки не позволяет развить значительную мощность. К тому же,аккумулятор демонстрирует ограниченное число циклов заряда-разряда.Проблемы этих приборов позволяет решить достаточно новый типустройств – суперконденсаторы, который сочетает в себе емкостные характеристики батарей, мощностные характеристики конденсаторов, и при этом демонстрирует продолжительный жизненный цикл.Суперконденсатор – это электрохимический источник тока, накоплениезаряда в котором происходит на границе электрод-электролит.В настоящее время для увеличения емкости суперконденсаторов активноиспользуются всевозможные структуры углерода – нанотрубки, графен и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
