Применение возобновляемых источников энергии (тепловых ячеек) в области промышленных объектов

АННОТАЦИЯ

Тема исследовательской работы: «Применение возобновляемых источников энергии (тепловых ячеек) в области промышленных объектов».

Работа изложена на 19 листах, включает 3 таблицы, 10 рисунков, 4 формул, 6 источников.

Ключевые слова: топливная ячейка, топливные элементы, собственные нужды, автономная система питания.

Исследовательская работа состоит из введения, 6 разделов основной части и заключения.

Во введении формулируются цель и задачи исследования, указывается объект исследования.

Первый раздел основной части посвящен изучению и принципу действия топливных ячеек. Во втором разделе приведены достоинства и недостатки. Третий раздел содержит принцип действия. В четвертом разделе приведено устройство топливных элементов. В пятом разделе рассмотрены основные типы топливных элементов. Шестой раздел посвящен исследовательской части данной работы, на примере ЖК выяснена уместность применения топливных ячеек в Пермском крае в области гражданского электроснабжения в случае питания как групповой нагрузки, так и индивидуальной.

         Заключение содержит основные выводы и результаты выполненной работы.

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ        3

ВВЕДЕНИЕ        4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ        5

1.        Принцип действия топливных элементов        5

2.        Достоинства и недостатки топливных элементов        6

3.        Принцип действия топливных элементов        8

4.        Устройство топливных элементов        11

5.        Типы топливных элементов        14

6.        Исследование возможности применения топливных ячеек в области гражданского электроснабжения        14

6.1.        Выбор и расчет системы питания на базе топливных ячеек        15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ        19

ВВЕДЕНИЕ

Топливные элементы представляют собой очень эффективный, надежный, долговечный и экологически чистый способ получения энергии.

Топливный элемент подобен батарее в том, что он вырабатывает постоянный ток путем химической реакции. Опять же, подобно батарее, топливный элемент включает анод, катод и электролит. Однако, в отличие от батарей, топливные элементы не могут накапливать электрическую энергию, не разряжаются и не требуют электричества для повторной зарядки. Топливные элементы могут постоянно вырабатывать электроэнергию, пока они имеют запас топлива и воздуха.

Первоначально применявшиеся лишь в космической отрасли, в настоящее время топливные элементы все активней используются в самых разных областях — как стационарные электростанции, автономные источники тепло- и электроснабжения зданий, двигатели транспортных средств, источники питания ноутбуков и мобильных телефонов. Часть этих устройств является лабораторными прототипами, часть проходит предсерийные испытания или используется в демонстрационных целях, но многие модели выпускаются серийно и применяются в коммерческих проектах.

Цель данной работы – выяснить, возможно ли применение топливных ячеек в Пермском крае в области электроэнергетики.

Задачи данной работы:

- Разобрать структуру и принципы работы топливных ячеек;

- Проанализировать подключение топливных ячеек к нагрузке;

- Рассмотреть применение топливных ячеек в области жилого микрорайона на примере ЖК «Вишневый сад».

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Принцип действия топливных элементов

Топливный элемент (электрохимический генератор) — устройство, которое преобразует химическую энергию топлива (водорода) в электрическую в процессе электрохимической реакции напрямую, в отличие от традиционных технологий, при которых используется сжигание твердого, жидкого и газообразного топлива. Прямое электрохимическое преобразование топлива очень эффективно и привлекательно с точки зрения экологии, поскольку в процессе работы выделяется минимальное количество загрязняющих веществ, а также отсутствуют сильные шумы и вибрации. С практической точки зрения топливный элемент напоминает обычную гальваническую батарею. Отличие заключается в том, что изначально батарея заряжена, т. е. заполнена «топливом». В процессе работы «топливо» расходуется и батарея разряжается. В отличие от батареи топливный элемент для производства электрической энергии использует топливо, подаваемое от внешнего источника (рис. 1). Для производства электрической энергии может использоваться не только чистый водород, но и другое водородосодержащее сырье, например, природный газ, аммиак, метанол или бензин. В качестве источника кислорода, также необходимого для реакции, используется обычный воздух. При использовании чистого водорода в качестве топлива продуктами реакции помимо электрической энергии являются тепло и вода (или водяной пар), т. е. в атмосферу не выбрасываются газы, вызывающие загрязнение воздушной среды или вызывающие парниковый эффект. Если в качестве топлива используется водородосодержащее сырье, например, природный газ, побочным продуктом реакции будут и другие газы, например, оксиды углерода и азота, однако его количество значительно ниже, чем при сжигании такого же количества природного газа. Процесс химического преобразования топлива с целью получения водорода называется реформингом, а соответствующее устройство — реформером.