1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 8
Текст из файла (страница 8)
и) Малая энергетика. Из всех видов источников исключаются только паровые машины из-за больших габаРитов. Все другие виды уже сегодня находят применение, Особенно перспективны для длительных режимов Работы ЭХГ с твердым электролитом (из-за малых габаритов) к) Стационарные установки.
До 1000 кВт низко- и среднетемпературные ЭХГ (в перспективе с !985 г). могут конкурировать с паровыми машинами, турбинами, двигателяльи Стирлинга, Отто, Дизеля и аккумуляторами. Последние наиболее перспективны при их использовании в качестве энергоемкостей для покрытия пиковых нагрузок. Ьмзк Суммарная оценка Эу Оценка производится через суммарный критерий где дь — «вес оценкиа; Т; — -отдельные критерии оценки.
Методика оценки «веса» может быть различной, но наилучшие результаты получены при оценке относительных (по отношению к лучшему виду ЭУ по этой группе, принятому за единицу) характеристик. Число критериев Т может быль различным, но уже сепчас их можно назвать по крайней мере семь; удельная мощность (кВт/кг), удельная энергия (кВт ч/кг); суммарный КПД; обьемная мощность (кВт/л); условия подготовки (величина, обратная времени, определяющая частоту остановок); ресурс; условия эксплуатации.
Эксплуатационная безопасность, утилизация отходов могут быть оценены критерием и=хи ', (1.2) где критерий иь связан с уходящими газами, и, — с шумом, и,— с безопасностью эксплуатации, и,— с утилизацией отходов. Поскольку влияние каждого из критериев иь неодинаково, например уходящие газы могут быть смертельными, в оценку вводится экспоненциальная зависимость ия. При оценке и, учитывается содержание СО, свинца, углеводородов. При оценке шумов и, за единицупринято значение 70 дБ (шум в центре большого города).
При этом дизель 73 кВт (!00 л, с.) имеет из=О,! —:0,55; дизель 1830 кВт (2500 л. с.) из=0,7--1,0; двигатель Стирлинга из=0,55 — 0,75; радиоизотопы, аккумуляторы, ЭХГ и,=1. Значение иа лежит в пределах 0,6 — 1,0. Даже для ЭХГ с испо.чьзовапием в качестве топлива бензина или водорода и, достаточно велико (примерно 32 0,8 — 1,0). Утилизация отходов — чрезвычайно важный ьрактор оценки. Так, для дизелей мощностью 73 кВт (100 л. с.) расход обтирочных материалов составляет 68 — 9,5 кг/(кВт ч) [5 — 7 г/л(л.
сьч)), для паровых тур- оин 500 кВт — 0,03 кг/(кВт ч). Неооходимо учесть слив использованного масла (около 1О л в год на машину, что только в !966 г. составило в ФРГ 100 000 т). В ЭХГ со щелочным электролитом и при работе на воз- духе необходимо учесть слав карбонизованных остатков (оценка до 600 л в год на машину). В этом смысле ЭХГ с кислым электролитом более благоприятны. Зна- чение иь для ЭХГ оценивается в 0,6 — 1,0.
Общий анализ показывает, что по критерию и опти- мальный ряд источников следуюьций; ЭХГ, двигатели Стирлинга, дизели Вопрос о стоимости ЭУ не менее важен, чем его тех- нические характеристики, кроме специальных областей техники, где стоимость не играет существенной роли. Так, для ТЭ космического назначения она колеблется в пределах (30 — 100) 10« долл./кВт [1.10!. На Земле имеется еще ряд областей техники, где электрическая энергия необходима в малом количестве и вопросы стон" мости несущественны, однако ресурс и надежность для таких устройств первостепенны (освещение буев, пита- ние специальной телевизионной агшаратуры, переносные приемники и т. д.).
Для передатчика самолета, напри- мер, ЭУ, состоящая из % — Сь1-аккумулятора и ТЭ, должна стоить 200 марок ФРГ за 1 кВт. За последние годы становится все актуальнее, в том числе и для энергетики, проблема эффективного исполь- зования сырья и материалов, снижения их доли в стои- мости конечного продукта.
Одно из перспективных на- правлений автономной энергетики связано с разработ- кой и созданием ЭХГ, Как уже отмечалось, преимуществом ЭХГ является возможность использования в нем реагентов (топливо и окислитель) не из дефицитных материалов — метал- лов или их соединений, как в химических источникахто- ка, а из газов пли жидкостей (водород, кислород, ме- танол, аммиак и т д.). Металл здесь используется лишь в ььа1ьестве конструктивных элементов и токосъемников, что и предопределяет низкую металлоемкость конструк- ььий. Так, водородно-воздушные ЭХГ имеют удельную металлоемкость, в 100 раз меньшуьо по сравнению с 3 яз зз гальваническими элементами, в десятки раз меньшую, чем у свинцовых и щелочных аккумуляторов.
При этом расход металла может оыть снижен до 1 г на 1 кВт.ч вырабатываемой энергии. Это существенно сказывается как на стоимости выпускаемых изделий, так. что в ряде случаев еще более существенно, и на экономии дефицитных материалов. Подробнее вопрос о номенклатуре материалов, применяемых в ЭХГ, рассмотрен в гл.
9. Стоимость затрат па производство ЭУ складывается из трех компонентов: а) Еапитаг(ьные вложения. В литературе имеется очень мало сведений об этих затратах для ЭХГ, поскольку нет их серийного выпуска. При этом в основу берется сгоимость катализатора с учетом возможности его регенерации (тем самым в расчет включается лишь доля затрат на катализатор). Расчеты показали, что среднее значение затрат составляет около 480000 марок ФРГ на 1 кВт, а к 1980 г. ожидалось снижешие затрат до 12 ООО марок ФРГ на 1 кВт (1.1!!. Апало!.ичные значения имеются и в американских источниках (10 !Оз —; 20 1Оз долл./кВт).
В целом электрахимические источники (ЭХГ и аккумуляторы) стоят пока в 10 — 1ОО раз больше, !ем двигатели внутреннего сгорания. б) Основные эксплуатационные затраты. Они состоят из: заработной платы персонала; стоимости запасных частей; стоимости неизрасходованной непосредственно па производство энергии. Их очень трудно оценить, в литературе по ним мало сведений. Имеется указание, что для аккумуляторов эксплуатационные расходы вдвое меньше, чем эксплуатационные расходы для дизелей. Из-за отсутствия движущихся частей (за искл(очением в некоторых схемах электролнтных насосов) можно предположить, что для ЭХ!' эти расходы значительно ниже, чем для двигателей внутреннего сгорания.
в) Пропорциональные затраты. Основную часть этих затрат составляют стоимости топлива и окислителя (табл. 1,1). Для дизеля мощностью 100 кВт затраты на 1 кВт ч составля(от в среднем 5 — 8 коп., а для аккуму- ! ляторов (свинцовые батареи как самые недорогие) стоимость энергии составляет 15 — 20 коп/(кВт ч). Несй(отри на высокую стоимость, эти батареи для транспортных средств оказались весьма экономичными. Поэтому при- 34 Та блица !.1, Стоимостные хзргктеристики УдельнЫП расход ре. егеахее, кг((хит е) Удедьнад станыеегь (Глеьенеез 'дре и = з,з в, хез((хиг'П Н емдный реегедт ч,з и= ~ .(д и= = !,гз в ~ =: с,р в а) Топливо 10,1 0,0453 0,0303 Водород (газ, баллоны ГОСТ 949-73, 15 МПа) Водород (газ, баллоны СССР армпроваи(дде, масса 3 кг па 1 м' газа) Водород (газ, опытные баллоаы США, масса 1,4 кг ва 1 м' газа) Мстаяол (бак, масса 0,2 кг яа ! аг топлвва) Беязнн (бак, масса 0,2 аг ва 1 кг топ>пав) Аммиак (бак, масса 1 хг па 1 кг топлива) 10,! 0,0453 0,0303 !0,1 0,0453 0,0303 12,4' 7 5,5' 1,4 0,4!3 0,134 0,230 0,059 3,9 0,366 О,!43 б) Окислитель О 242 0,362 2,0 0,362 2,0 0,362 2,0 Кислород (газ, баллоны ГОСТ 949-73) Кислород (газ, баллоны армиро- 0,242 ваааые, масса 3 кг аа 1 м' газа) Кпслород (газ, опытяые баллоны, 0,242 С!ВА, масса 1,4 кг на 1 м' газа) Кяслородво!дкий (бак, масса 0,7 кг 0,242 яа ! кг ояпслялеля) 0,362 1,2 ' Чзегый.
' техмжеехей. нато, что ТЭ тогда конкурентоспособны, когда цена топлива лежит ниже определенного значения, например соизмеримого со стоимостью 1 кВт ч от свинцовых аккумуляторов. Все ЭХГ, использующие кислород не из воздуха, в этом смысле не подлежат рассмотрению, так как прн (/=0,9 В стоимость только кислорода составляет около 2 коп/(кВт ч), Аналогично отпадают системы, где применяется водород, полученный не методом реформинга, так как стоимость чистого водорода достаточно велика (табл. 1.1).
По этой же причине не рассматриваются гидразинные ЭХГ. Этот анализ базируется, конечно, па ценах сегодняшнего дня и при их изменении мо>кет быть значительно пересмотрен. При сравнении стоил(ости ЭХГ и других ЭУ необходимо учесть, что прирас- 3' 35 *четах большинства видов источников (двигателей внутреннего сгорания в первую очередь) за основу принимается максимальная мощность, в то время как для ЭХГ можно учитывать номинальную мощность, поскольку переход от нее к максимальной мощности допустим и не приводит к нарушениям в работе источников. Суммарная стоимость 1 кВт.ч к(-,— + ) З=Е+ '„+ — „", (!.3) где Š— основные эксплуатационные расходы; К вЂ” капитальные вложения на 1 кВт максимальной мощности; т — ресурс (годы); р — начисления; г — число часов работы в год; / — коэффициент нагрузки (отношение мощности, нрн которой работает источник, ь максимальной, 0-- /~1); Й вЂ” стоимость единицы топлива; Н вЂ” удельная теплота сгорания топлива; >! — КПД как функция коэффициента нагрузки.
Зависимость КПД ЭХГ от нагрузки существенно отличается от аналогичной зависимости других источников. Для ЭХà — это монотонно падающая кривая (см, рис. 1.4), причем, чем ближе к максимальной мощности, тем КПД ниже; для других источников он достигает максимума при максимальной мощности или вблизи нее, т. е. для двигателей внутреннего сгорания /и///~0; (1.4) для ЭХГ й!/г//(О. (1.5) Проанализируем производную стоимости Я по коэффициенту нагрузки ( ! ,>3 ! ~1 вгвь >ч (1. 6) »/' н~' гу/ При дч/г//)О стоимость снижается с увеличением нагрузки источника, при й!/г//(0 второй член этого уравнения положительный, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
