Розробка перспективної металогідридної системи енергоакумулювання на базі паливних комірок для вітрової енергетики

Автори

Ю. М. Мацевитий, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-6127-0341

Н. А. Чорна, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: nataliyachernaya7@gmaіl.com, ORCID: 0000-0002-9161-0298

А. А. Шевченко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: shevchenko84@ukr.net, ORCID: 0000-0002-6009-2387

Анотація

Водень є одним з найбільш енергоємних і екологічно чистих енергоносіїв, тому його використання для роботи паливних комірок (ПК) дозволяє створювати ефективні системи автономного енергозабезпечення. Енергоустановки на базі ПК характеризуються високим коефіцієнтом корисної дії та екологічною безпекою. Особливий інтерес становлять енергоустановки на основі низькотемпературних лужних ПК потужністю від 1 до 20 кВт, які можуть знайти широке застосування як джерела автономного живлення для споживачів комунально-житлового сектора. Розміщення таких автономних установок передбачається в безпосередній близькості від споживача енергії, що вимагає від систем паливозабезпечення високого рівня безпеки, надійності та екологічності. Цим вимогам відповідають системи зберігання водню на основі обернених металогідридів (МГ), здатних поглинати і виділяти водень. Одним з основних компонентів автономної системи енергозабезпечення є металогідридний акумулятор водню багаторазової дії. З метою забезпечення ефективності роботи системи «паливна комірка – металогідридний акумулятор водню» необхідно розробити методику визначення основних її технічних характеристик ще на етапі створення і в процесі дослідження цих характеристик. У зв’язку з цим основними задачами дослідження є розробка технологічної схеми металогідридної системи енергозабезпечення на базі паливних комірок, вибір ПК і проведення аналізу їх роботи з металогідридною системою акумулювання водню. На основі системного аналізу запропонованого варіанта технічної схеми  отримано результати, які дозволили визначити закономірність між кількістю відібраного тепла від ПК під час десорбції водню з подальшим його використанням для збільшення потужності паливної комірки і забезпечення пропускної здатності мережі споживача. Визначено, що застосування комплексного підходу до вивчення перспективної схеми акумулювання і використання енергії вітру дозволить вирішити проблему згладжування нерівномірності надходження енергії від поновлюваних джерел, а використання в складі вітроенергетичного комплексу оригінальної електролізної технології підвищує її конкурентоспроможність на ринку технічних засобів, орієнтованих на отримання водню.

Ключові слова: паливні комірки, металогідридний акумулятор водню, енергозабезпечення.

Література

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.

Надійшла до редакції 13 листопада 2019 р.