Перспективы применения электростанций на топливных элементах
Опубликовано: «Вестник Столичного Национального открытого университета». — 2011 — №2 апрель-июнь — С 45-47. Москва.
Моисеев Виталий Иванович – аспирант кафедры ТЭО энергетического факультета МГОУ
В статье приводится краткая черта работы электростанций на топливных элементах. Указаны возможности применения разработки. Дается сравнительный анализ действия электростанций на внешнюю среду.
The article gives a brief description of the fuel cell power plants. The prospects of application technology are indicated. A comparative analysis of the impact of power plants on the environment is produced in this article.
Главные слова.
Топливные элементы, электростанция, надежность, экологический эффект, энергоснабжение.
Fuel cells, power plant, reliability, environmental effect, energy supply.
Разработка топливных элементов, удачно развиваемая в последние 20 лет, делается все более перспективной как с позиций охраны внешней среды, так и постепенного перехода от централизованного к личному энергоснабжению потребителей электрической и тепловой энергии. Последнее принципиально важно не только для отдаленных потребителей, но и для градостроительной политики мегаполисов, поскольку разрешает исключить из их структуры такие сложные технические образования как ЛЭП и ТЭЦ, либо заметно оптимизировать режимы их работы.
Работа топливных элементов основана на электрохимической реакции, для которой нужны кислород и водород. В качестве горючего в разных типах топливных элементов смогут быть использованы наровне с водородом разные виды углеводородных горючих, дешёвых на территории их применения, данное событие важно для анклавных объектов. Одной из важных черт топливного элемента есть его рабочая температура.
Современные установки на базе расплавленных карбонатов действующий при температурах порядка 650 °C [1], наряду с этим уже существуют полномасштабные проекты применения данных установок за границей. Возможность применения уходящих газов данного вида топливных элементов для применения в целях теплоснабжения открывает еще громадные возможности применения.
Электростанции на базе топливных элементов смогут стать удачным и надежным решением проблемы бесперебойного энергоснабжения серьёзных стратегических объектов, находящихся далеко от больших энергетических фирм, в особенности в том месте, где электроснабжение в большинстве случаев осуществляется от энергосистемы, а теплоснабжение предусматривается от местной паровой либо водогрейной котельной. Резервным источником электричества, в большинстве случаев, являются дизельные генераторы, наряду с этим теплоснабжения при аварийном отключении внешнего электроснабжения обычно не предусмотрено.
Эту позицию подтверждает успешный опыт применения электростанции на топливных элементах в Соединенных Штатах, в частности на авиабазе ВМФ США «Miramar» в Калифорнии, где еще 1990 году был введен в строй последовательность энергоустановок мощностью по 250 кВт, и в Санта-Кларе, где во второй половине 90-ых годов XX века была открыта энергоустановка мощностью 2 МВт [2]. Современные энергоустановки на топливных элементах могут быть около мощности в сотни и десятки МВт, наряду с этим ресурс одной установки удалось довести до 17000 часов [3].
В скором будущем данный показатель без сомнений будет улучшаться. В свете последних событий на АЭС Фукусима-1 (Япония) возможность их применения можно считать очень перспективной.
Электростанции на топливных элементах средней и громадной мощности кроме этого возможно будет применять для энергообеспечения предприятий, в качестве ТЭЦ. Когенерационные промышленные установки на топливных элементах способны не только всецело обеспечить электричеством личные фирмы, но и обеспечить их тепловой энергией, что, без сомнений, будет содействовать повышению КПД, что при номинальной тепловой и электрической нагрузке может быть около 85% [1].Выработка электричества в близи от большого потребителя несомненно удачнее, нежели энергоснабжение от энергосистемы. Отсутствуют утраты в электрических сетях и капитальные затраты на них.
Важен кроме этого экологический эффект при применении электростанции стопливными элементами. Классические электростанции, сжигающие органическое горючее, значительно загрязняют внешнюю среду, прежде всего — выбросами углекислого газа, оксидами азота, бензапирена и серы. Помимо этого, классические электростанции, в особенности угольные, занимают достаточно большую территорию, создают шумовые нагрузки, и в большинстве случаев, негативное зрительное восприятие.
Все классические электростанции являются большими потребителями водных ресурсов, наряду с этим водоподготовительные установки кроме этого оказывают заметное негативное влияние на внешнюю среду.
Энергетические установки на топливных элементах занимают значительно меньшие территории, например, умелая электростанция мощностью 2 МВт в Санта-Кларе, Калифорния, занимает площадь размером с теннисный корт, наряду с этим сохраняется низкий уровень шума. Шумность установки мощностью в 200 кВт не превышает уровня шума от кондиционера [1]. Так же отсутствует потребность и в сложной системе и топливном складе резервирования горючего.
Электростанции на топливных элементах не нуждаются в таких количествах водных ресурсов, как КЭС. Помимо этого, выбросы загрязняющих веществ в воздух от современных энергоустановок большое количество меньше, чем от классических электростанций, что разъясняется и неспециализированной эффективностью производства электричества, и применением более «чистого» горючего, к тому же отказ от прямого сжигания горючего кроме этого содействует понижению выбросов. Плюс ко всему, для функционирования электростанций на топливных элементах не нужно громадной штат эксплуатационного персонала, что кроме этого есть их преимуществом.
У аналогичных ТЭС имеется и последовательность заметных отрицательных сторон. В первую очередь – это цена установки. На данный момент цена держится на уровне порядка $7000-8000за кВт установленной мощности [4].
Такая цена неподъемна для большинства производств, но при наращивании спроса на топливные элементы цена в скором будущем может снизиться до отметки в $3000за кВт установленной мощности, что будет содействовать еще удешевлению установок и большему распространению на топливных элементах. Кроме этого недочётом топливных элементов есть относительно маленький срок работы, что не превышает на данный момент в среднем 12 – 15 тыс. часов.
Еще одной проблемой есть утилизация уже выработавших собственный ресурс установок, поскольку в большинстве собственном все они содержат вредные а также ядовитые вещества. Не обращая внимания на достаточно значительные недочёты, топливные элементы должны занять хорошее место в энергосистеме страны.
Установка электростанций на топливных элементах на промышленных фирмах разрешит сглаживать пики электрических нагрузок в энергосистеме. При достаточном количестве этих установок в энергосистеме они смогут взять на себя фактически всю часть графика переменных нагрузок, отдавая в энергосистему излишки электричества при необходимости. это вероятно за счет возможности электростанций на топливных элементах фактически без утрат и в маленькие промежутки времени поменять собственную электрическую нагрузку.
Данное событие, без сомнений, благоприятно скажется на эффективности и надёжности работы классических электростанций [5].. Наряду с этим КЭС смогут трудиться солидную часть времени при номинальных нагрузках в базисной части графика. Все это довольно важен в свете неприятности высокой степени изношенности главных фондов большинства электростанций страны.
Маленькие электростанции в рамках распределенного электроснабжения идеально подходят для коммерческих строений, поликлиник, телефонных станций. Везде, где нужно бесперебойное, надежное и высокоэффективное энергоснабжение целесообразна установка электростанций на топливных элементах.
Для улучшения экологической обстановке в больших мегаполисах уже существуют замыслы по сокращению количества бензиновых и дизельных транспортных средств в ряде городов Европы, причем выяснены конкретные сроки – 2030 год. В данной ситуации топливные элементы станут хорошей заменой бензиновых и дизельных двигателей.
Перечень литературы:
1. EGG Services Parsons, Inc. Science Applications International Corporation // Fuel Cell Handbook (Fifth Edition) www.fuelcells.org/info/charts/fchandbook.pdf
2. Бродач М. М., Шилкин Н. В.Применение топливных элементов для энергоснабжения строений, Часть 1 //AВОК. – №2 – 2004
3. Пудников А. Электрохимические микро ТЭЦ: практически готовы // Аква-Терм –#2(36) – 2007 // www.aqua-therm.ru/articles/articles_103.html
4. Попов Л. Компании-гиганты открыли тайную электростанцию в коробке // www.membrana.ru/particle/3365
5. Тувальбаев Б. Г. Перспективные схемно-конструкторские схемы классических ТЭС // водоподготовка и Энергосбережение. 2008. №6. С. 2-4.
