1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 35
Текст из файла (страница 35)
фика нагрузок в энергосетях рассматривались маневренныв КЭС, ГТУ, ГАЭС и водоРодные аккУмУлиРУющие циклы (элект. ролизер-хранилище водорода — водородная электрогенерирув,„ щая надстройка АЭС). В результате расчетов установлено, что для широкого диапазона условий оптимальным оказываетсв вариант совместного использования ГАЭС и водородного цик. ла. Экономический эффект использования ГАЭС и,водородно. го цикла составляет около 150 млн. руб.
В зависимости от харак. тера тепловой нагрузки водородный цикл целесообразно ис. пользовать для выравнивания либо суточного, либо сезонного графика нагрузки в сетях. В случае невозможности строительства ГАЭС в энергосистеме ее функции может взять на себя водородный аккумулирующий цикл, причем экономические эффекты использования ГАЭС и водородного цикла близки друг к другу (порядка 140 млн.руб/г.).
В качестве водородного аккумулирующего цикла может быть применена система электролизер - хранилище водородазлектрохимический генератор на основе ТЭС с щелочным электролитом. Такая система, например, разрабатывается для космических орбитальных станций (1181. Проведенные нами расчеты показывают, что применение этого цикла в энергетике станет экономически целесообразным в случае снижения капитальных затрат на ЭХГ в 5-7 раз. Предложены также другие варианты выравнивания графике нагрузок в энергосистемах с помощью электролиза воды.
Примером такого варианта может служить создание энерготехнологгу ческого комплекса, включающего энергосистему и производст во аммиака или металлургическое производство, используюшев водород для восстановления металлов из их оксидов. Как показали расчеты, приведенные в (108; 155, с. 233-248), суммар иые приведенные затраты на производство конечного продукта и энергии в энерготехнологическом комплексе, включаюШЕИ АЭС и электролизеры водорода, значительно меньше, чем пуэ раздельной генерации энергии и получении готового продукта Например, снижение приведенных затрат в энерготехнологиче~ ком комплексе, обеспечивающем генерацию электрическо" энергии и производство аммиака, примерно на 15% ниже приве' 190 денных затрат при раздельной генерации энергии и производстве аммиака с использованием природного газа.
При этом в энерготехнологическом комплексе можно полностью отказаться от расхода природного газа за счет увеличения расхода ядерного топлива. При росте цен на природный газ выгоды энерго- технологических комплексов будут еще более ощутимыми. 3.6. ЗАКЛОЧЕИИЕ ПО ГЛАВЕ За последние 15 лет возникло и развивается новое направление в науке и технике — водородная энергетика и технология.
Ожидается значительное увеличение (примерно в 2 раза) потребления водорода к 2000 г. Существенные успехи достигнуты в области электролиза воды„усовершенствованы щелочные электролизеры, созданы новые (твердополимерные и высокотемпературные твердооксидные) электролизеры. Удельный расход электрической энергии на получение водорода в усовершенствованных щелочных и новых электролизерах снижается в 1,4-2 раза. Приведенные затраты на электролизный водород в настоящее время в 1,5-2,5 раза выше затрат на водород, получаемый из природного топлива. Можно ожидать, что благодаря улучшению характеристик электролизеров.и вследствие повышения цен на природное топливо в ближайшие 10 лет приведенные затраты на электролизный водород и водород из природного топлива будут соизмеримы, поэтому роль электролиза воды в водородной энергетике будет возрастать.
Как показали расчеты, приведенные затраты в энергосистеме, включающей АЭС, электролизер и пиковую водородную установку, ниже затрат в традиционной системе. Еще более выгодны энерготехнологические комплексы, объединяющие производство электроэнергии и технологических продуктов, например аммиака, и включающие АЭС, электролизеры и заводы по получению продукта, использующие водород.
В энергосистемах с электролизерами и энерготехнологических комплексах сокращается или исключается расход органического топлива за счет Увеличения расхода ядерного топлива. В связи с увеличением цен на природное топливо энерготехнологические комплексы будут еще более выгодными. 191 (4.4) (4.5) (4.2) (/р" Ъ -Взф,рур = (Хср- Рэф,РХР М, = (иэр р,фрХ,~у,. (4.6) (4.8) ! Глава чатввртал КРУЛНОМАСШТАБНОЕЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ 4Д.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ Злектрохимические аккумуляторы (ЗА) характеризуются взаимосвязанными параметрами разряда и заряда. 4.1.1. Напрлзкение. Вальт-амперные, разрядные и зарядные кривые ЭА. Разрядное напряжение 1/ ЗА описывается уравне. нием (1.44). С.учетом зависимости поляризации и омическога падения напряжения ат тока и плотности тока уравнение вольт-амперной кривой при разряде ЗА в наиболее простом виде можно записать следующим образом: Ц = Я вЂ” В 18(Х /ХЭ) + Вд18(1-Хр/Хлр,р) Х 1зл ом р! где В, и Вд — предлагарифмические показатели для злектрохи. мической и диффузионной поляризации; 1,л - расстояние между электродами; Хр, Хр и Х„р р — плотности токов разряда, обмена и предельного; Й „р - омическое удельное сопротивление ("р"- означает разряд). Внутреннее сопротивление ЗА а(/р/бХ с увеличением тока (9 или плотности тока Хр сначала уменьшается, затем возрастает.
В области рабочих плотностей тока уравнение (4.1) в первом приближении можно линеаризоваты где (/ср - напряжение, полученное экстраполяцией линейной части кривой на ось ординат, 1/> ы (Хр„("р, ц" — разомкнутан цепь). В процессе разряда растут концентрации (активности) илн давления продуктов реакции, уменьшаются концентрации (активности) или давления реагентов (окислителей и восстановителей), поэтому падает напряжение ЗА. Кривая изменения напряжения ЗА во времени называется разрядной кривой Различают напряжения начальное 1/ „, конечное 1/ „и сред' л нее (/ = (ХУ;)/л. Разрядное напряжение возрастает при уменьшении плотнос' ти тока и толщины ЗА, увеличении температуры, концентра 192 пии Реагентов, поверхности электродов, злектропро д зле тра та и электродов, Оптимизации пористой структу электродов.
НапРяжение при заряде ЗА Ц описывается уравне (1 45) В упрощенном виде зарядную вольт-амперную кривую можно описать уравнением з э + зл,з 8(~згХЭ) - ~д 918(1 Хз/Хпр з) + Хз)элйом (4 ~) В области рабочих плотностей тока вольт-амперную кривую можно линеаризоваты (Х.
= (/РА + Х.В,фл = (ХЭ„+ Х.р.фгэ где обозначения такие же, как в уравнениях (4.1) и (4.2) ("з"- означает заряд). В процессе заряда напряжение ЗА возрастает, Кривая изменения зарядного напряжения ЗА во времени получила название зарядной кривой. Зарядное напряжение уменьшается при повышении температуры, концентрации реагентов, поверхности электродов, электропроводности электролита и электродов, уменьшении плотности тока и толщины ЗА, оптимизации пористой структуры электродов. 4.1.2. Мощность ЭА.
Мощность ЗА при разряде А1 = Х (/ = (/'Х 5. рррррг Из (4.1), (4.2) и (4.5) видно, что кривая зависимости мощности от тока или плотности тока разряда имеет максимум. Для линейной вольт-амперной кривой (4.2) уравнение (4.5) принимает вид Максимальная мощноать ЗА в этом случае достигается при (/р = (Хэ/2 и Хр = (/а /2р,ф, з - Ц„/4р,ф, (4 7) Важи жное значение имеет удельная мощность ЗА )Урл, = )ч' /пэ, (4.9) С х/1р з (4.15) Чр = С/(7, (4.16) (4 10) где Ч, - КПД зарядного устройства.
Для вольт-амперной кривой (4.4) (4,П) 4.1.3. Емкость и энергазапас ЭА. Количество электричество, получаемое при разряде ЭА, называют емкостью С. Теоретичес. ки емкость можно определить по закону Фарадея Ь; = и,2,6т е и,'т,/Я . т п1пРэ (4.12) (4.17) где т — число молей активного вещества в ЭА.
о Реальная емкость, полученная при постоянном таке разряда, равна Очень важными являются значения удельных энергий ЭА: (4.18а) и й7р (4.13) С~ 11, (4.186) Ся Ит (/ртр/21~ о (4.14) Емкость зависит от количества активных веществ в ЭА температуры и тока. для некоторых ЭА соблюдается змпириче~ кая зависимость: 1И Чв = 0 = )Ур/пв (/рС/~~з0э (4.19) "взывается отдачей по энергии или КПД ЭА.
где т и У-масса и объем ЭА. Удельная мощность ЭА возрастает под воздействием факт ров, увеличивающих напряжение, и при уменьшении массы в объема реагентов, электролита, корпуса и других частей ЭА 0 увеличением плотности тока уменьшается время разряда ЭА поэтому при уменьшении времени разряда удельная мощнес ЭА растет до определенных пределов. Мощность зарядного устройства аккумулятора где тр — время разряда.
Емкость, полученная при разряде с постоянным внешним сопротивлениемЯ „, „де а — коэффициент, лежащий в интервале 0,2-0,7, Аккумулятор может разряжатвся не полностью. Поэтому уществует понятие "глубина разряда" ЭА р С/С„, где С поминальная емкость ЭА, гарантируемая изготовителем. Количество электричества, расходуемое на заряд ('.)„обычно выше емкости ЭА. Отношение называется отдачей по емкости. или фарадеевским КПД.
Снижение пр ниже единицы в основном обусловлено неполвнм разрядом ЭА, побочными процессами и потерями активных веществ. Аккумулятор может быть заряжен неполностью. Отношение р, = С, /С'„называется степенью заряженности, С, — остаточная разрядная емкость. Количество энергии, получаемое при разряде ЭА (энергазапас), определяется по уравнению )Р„= И,/У. Удельная энергия уменьшается с увеличением тока разряда 1р или уменьшением времени разряда т, поэтому удельные энергии относятся либо к определенному значению тр либо к оаределенному значению приведенного тока) = Хр/С, где С— емкость ЭА. Количества энергии, расход емое йа заряд ЭА, (Р, больше энергазапаса из-за потери емкости и разности заряд"ого и разрядного напряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
