Разработка перспективной металлогидридной системы энерго-аккумулирования на базе топливных элементов для ветровой энергетики

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.048
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 22, № 4, 2019 (декабрь)
Страницы 48-52

 

Авторы

Ю. М. Мацевитый, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0002-6127-0341

Н. А. Черная, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: nataliyachernaya7@gmaіl.com, ORCID: 0000-0002-9161-0298

А. А. Шевченко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: shevchenko84@ukr.net, ORCID: 0000-0002-6009-2387

 

Аннотация

Водород является одним из самых энергоемких и экологически чистых энергоносителей, поэтому его использование для работы топливных элементов (ТЭ) позволяет создавать эффективные системы автономного энергообеспечения. Энергоустановки на базе ТЭ характеризуются высоким коэффициентом полезного действия и экологической безопасностью. Особый интерес представляют энергоустановки на основе низкотемпературных щелочных ТЭ мощностью от 1 до 20 кВт, которые могут найти широкое применение в качестве источников автономного питания для потребителей жилого сектора. Размещение таких автономных установок предполагается в непосредственной близости от потребителя энергии, что требует от систем топливообеспечения высокого уровня безопасности, надежности и экологичности. Этим требованиям отвечают системы хранения водорода на основе обратимых металлогидридов (МГ), способных поглощать и выделять водород. Одним из основных компонентов автономной системы энергообеспечения является металлогидридный аккумулятор водорода многократного действия. Для эффективности работы системы «ТЭ – МГ аккумулятор водорода» необходимо разработать методику определения основных ее технических характеристик еще на этапе создания и в процессе исследования этих характеристик. В статье представлена разработанная схема ветроэнергетической установки с водородным накопителем энергии, выбран ТЭ и проведен анализ работы ТЭ с МГ системой аккумулирования водорода. Полученные результаты позволили определить закономерность между количеством отобранного тепла от ТЭ для десорбирования водорода с последующим его использованием для прироста мощности топливного элемента и обеспечения характеристик сети потребителя. Показано, что применение комплексного подхода к изучению перспективной схемы аккумулирования и использования энергии ветра позволит решить проблему сглаживания неравномерности поступления энергии от возобновляемых источников.

 

Ключевые слова: топливные элементы, металлогидридный аккумулятор водорода, энергообеспечение.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Ma Zh., Eichman J., Kurtz  J. Fuel cell back up power system for grid-service and micro-grid in telecommunication applications. ASME 12th Intern. Conf. on Energy Sustainability (June 24–28, 2018, Lake Buena Vista, FL, USA). 2018. P. 1–9. https://doi.org/10.1115/es2018-7184.
  2. Tarasov B. P. Metal-hydride accumulators and generators of hydrogen for feeding fuel cells. Int. J. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36. No 1. P. 1196–1199. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.07.002.
  3. Чорна Н. А. Розробка водневої системи резервування та акумулювання енергії на основі металогідридних систем зберігання водню. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: тези доп. ХXVІІ міжнар. наук.-практ. конф. MicroCAD-2019, 15–17 травня 2019 р.: у 4 ч. Ч. I. 2019. C. 273.
  4. Соловей В. В., Шмалько Ю. Ф., Лотоцкий М. В. Металлогидридные технологии. Проблемы и перспективы. Пробл. машиностроения. 1998. Т. 1. № 1. С. 115–132.
  5. Мацевитый Ю. М., Соловей В. В., Черная Н. А. Повышение эффективности металлогидридных элементов теплоиспользующих установок. Пробл. машиностроения. 2006. Т. 9. № 2. С. 85–93.
  6. Соловей В. В., Кошельник А. В., Черная Н. А. Моделирование тепломассообменных процессов в металлогидридных теплоиспользующих установках. Пром. теплотехника. 2012. Т. 34. № 2. С. 48–53.
  7. Solovey V., Khiem N. T., Zipunnikov M. M., Shevchenko A. Improvement of the membrane-less electrolysis technology for hydrogenand oxygen generation. French-Ukrainian J. Chemistry. 2018. Vol. 6. No. 2. P. 73–79. https://doi.org/10.17721/fujcV6I2P73-79.
  8. Solovey V., Kozak L., Shevchenko A., Zipunnikov M., Campbell R., Seamon F. Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. J. Mech. Eng. 2017. Vol. 20. No. 1. P. 62–68. https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.062.
  9. M&M (MarketsandMarkets), (Dallas, TX Market Research Company and Consulting Firm). Аналитический отчет «Fuel Cell Technology Market: By Applications (Portable, Stationary, Transport), Types (PEMFC, DMFC, PAFC, SOFC, MCFC), Fuel (Hydrogen, Natural Gas, Methanol, Anaerobic Digester Gas) & Geography – Global Trends and Forecast to 2018» [Electronic resource]. URL: http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/fuel-cell-market-348.html.

 

Поступила в редакцию 13 ноября 2019 г.

Принята в печать