122632 (766104), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ НА БАЗЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ТВЕРДОПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ
В топливных элементах с твердополимерным электролитом (ТПТЭ) ионным проводником является ионообменная мембрана с проводимостью по ионам водорода (протонам).
Впервые ЭХГ с ТПТЭ были разработаны американской фирмой General Electric Co. для космического корабля Geminy. ЭЭУ включала в себя ЭХГ, систему криогенного хранения топлива и окислителя и аккумуляторную батарею. В ЭХГ входили три батареи ТПТЭ мощностью 1,8 кВт и напряжением 25–30 В. Масса батареи была 31 кг, ресурс – 2000 ч.
Позднее наибольших успехов в разработке ЭЭУ с ТПТЭ достигли фирмы UTC совместно с Los-Alamos National Laboratory (США), Вallard Power Sources (Канада), Siemens (Германия) [1].
Так, фирмой Siemens в 1990-х годах была успешно завершена разработка ЭЭУ для подводной лодки U-1 на базе ЭХГ с ТПТЭ. Учитывая положительные результаты натурных испытаний подводной лодки U-1 с такой энергоустановкой, в ФРГ фирмы HDW и Thyssen выполнили проектирование и строительство новых лодок проекта 212. В настоящее время в составе ВМС Германии находятся две подводные лодки проекта 212 с комбинированной энергоустановкой, включающей энергоустановку с ЭХГ, а еще две готовятся к спуску на воду [6].
В 2001–2006 годах фирмы UTC (США), Вallard Power Sources (Канада), Siemens (Германия) создали также опытные образцы стационарных ЭЭУ с ТПТЭ мощностью от одного до сотен киловатт для объектов малой энергетики. Удельная мощность ЭЭУ при длительной нагрузке составляет 100–400 Вт/кг, ресурс – 5000–20000 часов, доля мощности на собственные нужды в зависимости от назначения и режима эксплуатации 10–20 %. Стоимость демонстрационных образцов ЭЭУ составляет по разным оценкам 4000–5000 долларов США. В СССР, а затем в России разработками ЭЭУ с ТПТЭ занимались в УЭХК, в Институте электрохимии РАН, в Российском федеральном ядерном центре – Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (РФЯЦ ВНИИЭФ), в Российском национальном центре «Курчатовский институт», в Московском энергетическом институте (МЭИ), а также в ОАО «СКБК». Наибольших практических результатов по созданию действующих образцов ЭЭУ с ТПТЭ в России добились специалисты направления водородной энергетики ОАО «СКБК» под руководством В.Б. Авакова.
В 2003 г. направление водородной энергетики ОАО «СКБК» вошло в состав ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии» (ФГУП «ЦНИИ СЭТ»).
В настоящее время ФГУП «ЦНИИ СЭТ» является единственной в России организацией, обладающей совместно со сложившейся кооперацией соисполнителей реальным опытом создания и сдачи государственной комиссии ЭЭУ с ЭХГ. Так, в 2004–2005 годах были разработаны аванпроекты ЭЭУ для резервного электроснабжения потребителей мощностью 5 кВт и ЭЭУ для комбинированного электро- и теплоснабжения электрической мощностью 5 кВт и тепловой мощностью 7 кВт [2, 8]. На рис. 4 в качестве примера представлены некоторые проектные решения ФГУП «ЦНИИ СЭТ».
В 2005–2006 годах по заказу Федерального агентства по науке и инновациям, в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002–2006 годы» (направление «Энергетика и энергосбережение»), ФГУП «ЦНИИ СЭТ» совместно с ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» был разработан и создан опытный образец блочно-модульной ЭЭУ с ТПТЭ мощностью 10 кВт, которая в настоящее время проходит испытания на стендах ФГУП «ЦНИИ СЭТ». Ее рабочая температура составляет 30–80 ОС; давление 0,12 МПа, ресурс – 10000 ч. Основой ЭЭУ являются разработанные по новой технологии ФГУП «ЦНИИ СЭТ» при участии ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» водородновоздушные топливные элементы с твердополимерным электролитом.
На рис. 5 представлено конструктивное исполнение батареи топливных элементов. Следует отметить, что в настоящее время ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» обладает значительным научным заделом по технологиям создания ТПТЭ, а между ФГУП «ЦНИИ СЭТ» и ФГУ РНЦ «Курчатовский институт» существует соглашение о совместных исследованиях в области водородной энергетики, в том числе и по вопросам создания ЭЭУ.
В следующем номере журнала авторы рассмотрят устройство и практическую реализацию проектов ЭЭУ на базе топливных элементов с фосфорно-кислым электролитом, ЭЭУ на базе топливных элементов с расплавленным карбонатным электролитом и ЭЭУ на базе топливных элементов с твердооксидным электролитом.
Список литературы
Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 280 с.
Аваков В.Б. Об опыте работ ФГУП «ЦНИИ СЭТ» в области водородной энергетики // Материалы международного форума «Водородные технологии для производства энергии»/ Москва, 6–10 февраля 2006 г.
Аваков В.Б., Зинин В.И., Ландграф И.К. Автономные энергоустановки на основе высокотемпературных электрохимических генераторов для промышленных и коммунальных объектов // Теплоэнергоэффективные технологии. – 1997. – № 4. – С. 25–29.
Аваков В. Б., Зинин В. И., Ландграф И.К. Пути разработки и перспективы создания экономичной экологически чистой энергетики на топливных элементах // Российский химический журнал, т. XXXVIII. – 1994. – № 3. – С. 55–60.
Gunter Sattler. Air Independent Propulsion Systems for Submarines // Naval Forces, 1989, March, p. 71–74.
Аваков В.Б., Зинин В.И. Подводным лодкам XXI века – совершенные энергоустановки // Военный парад. – 1998. – № 5. – С. 26–28.
Худяков С.А. Энергоустановки на основе топливных элементов для пилотируемых космических кораблей // Известия РАН. Энергетика. – 2003. – № 5. – С. 48–60.
Ландграф И.К. Система получения и аккумулирования водорода и генерирования энергии на основе топливных элементов с твердополимерным электролитом как составная часть автономных источников энергоснабжения, использующих возобновляемую энергию ветра // Материалы III международного семинара «Топливные элементы и энергоустановки на их основе»/г. Екатеринбург, 31.01 – 03.02. 2006 г.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта 
http://news.elteh.ru/
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
