рефераты бесплатно
Рефераты бесплатно, курсовые, дипломы, научные работы, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения,рефераты литература, рефераты биология, рефераты медицина, рефераты право, большая бибилиотека рефератов, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент и многое другое.
ENG
РУС
 
рефераты бесплатно
ВХОДрефераты бесплатно             Регистрация

Дипломная работа: Аналіз можливих схем електрохімічних генераторів для автономних джерел електричної енергії  

Дипломная работа: Аналіз можливих схем електрохімічних генераторів для автономних джерел електричної енергії

ЗМІСТ

Перелік скорочень

Вступ

1. Загальна характеристика системи автономного електропостачання

2. Будова і склад електрохімічного генератора

3. Аналіз робочого процесу паливних елементів

4. Системи електрохімічних генераторів

5. Технологічн схеми електрохімічних агрегатів

5.1. Стаціонарний аміачно-повітряний електрохімічний агрегат

5.2. Пересувний метанольно-повітряний електрохімічний агрегат

5.3. Стаціонарний вуглецеводяний – повітряний електрохімічний агрегат

5.4. Пресувний вуглецеводяно-повітряний електрохімічний агрегат

5.5. Пересувний вуглецеводяно-повітряний електрохімічний агрегат, заснований на термічному розкладанн пального

6. Вибір можливих схем електрохімічних генераторів для автономних джерел електричної енергії

6.1. Захист електрохімічних генераторів від струму короткого замикання і перенавантаження

6.2. Стан розробки електрохімічних генераторів за кордоном

Висновки

Список використаних джерел


ВСТУП

Серед важливіших проблем енергетики особливе місце займають проблеми безпосереднього перетворення хімічної енергії палива в електричну енергію. Електрохімічні генератори суттєво відрізняються від інших перетворювачів енергії, тому що енергія хімічно реакції безпосередньо перетворюється в електричну енергію, минаючи проміжну стадію перетворення її в теплоту. Тому ККД сучасних ЕХГ досягає 70-80%. Основною складовою частиною ЕХГ є паливний елемент. Для одержання необхідних значень напруги і струму паливні елементи об’єднуються у батареї.

Електрохімічний генератор становить з себе джерело енергії, яке складається з батареї паливних елементів систем, які забезпечують її нормальне функціонування при зміні навантаження зовнішніх умов експлуатації.

Відома значна кількість різних типів паливних елементів. Вони розподіляються по роду палива і стану електроліту, температур і тиску робочого процесу і виду електродів. На цей час достатньо розроблені і знаходять застосування в основному водень-киснев паливні елементи з пористими електродами (лужний електроліт) або з онообмінними (кислий електроліт).

Для використання в космічній енергетиці більш за все розроблені водень-кисневі низько- і середн температурні паливні елементи з лужним електролітом і іонообмінними мембранами.

Основними вузлами технологічних схем ЕХА є генератори водню, що забезпечують отримання водню із вказаних ісходних горючих, та електрохімічні генератори (ЕХГ). У будь-якому виконанні ЕХА передбачається використання водяно-повітряного низькотемпературного ЕХГ зі щелочним електролітом. Для досягнення мети роботи необхідно розглянути технологічні схеми з припущенням щодо використання стаціонарних ЕХА, як резервних джерел енергії, пересувні – як резервні.


1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМИ АВТОНОМНОГО

ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

Відповідно до нормативних документів всі електроприймачі за надійністю і безперебійністю електропостачання підрозділяються на три категорії. До першої категор прийнято відносити ті електроприймачі, порушення електропостачання яких може викликати небезпека для життя людей, значний збиток народному господарству, викликаний ушкодженням устаткування, масовим браком продукції чи розладом складних важковідновлювальних технологічних процесів, а також порушенням режиму роботи особливо важливих об'єктів, в тому числі військових. Електроприймач першої категорії у свою чергу розділяються на двох груп: групу ІA і групу ІB. До електроприймачів групи ІA відносяться такі електроприймачі, перерва в електропостачанні яких не допустимо, тому що створює особливу небезпеку для життя людей і завдає шкоди державним інтересам. Електроприймачі групи ІA, як правило, особливо чуттєві до якості електроенергії. До електроприймачів групи ІB відносяться такі електроприймачі, що допускають короткочасний (на десят частки секунди) переривши в електропостачанні. Електроприймачі групи ІB у меншому ступені, чим електроприймачі групи ІA, чуттєві до якост електроенергії.

До друго категорії відносяться електроприймачі, перерва в електропостачанні яких спричиняє масовий недовипуск продукції, простий робітників, устаткування, промислового транспорту, порушення нормальної життєдіяльності людей. Електроприймачі другої категорії допускають перерва в електропостачанні на час автоматичного включення резервних джерел живлення. До третьої категор відносяться інші електроприймачі, що не підходять під визначення першо другої категорій. Електроприймачі третьої категорії допускають перерви в електропостачанні на час, необхідне для чи ремонту заміни несправного устаткування, але не більш однієї доби.

У склад споживачів електричної енергії різних об'єктів є електроприймачі всіх трьох категорій. Забезпечення їхньою електроенергією здійснюється системою електропостачання, яку можна представити системи, що складається із системи зовнішнього електропостачання, внутрішнього електропостачання і системи автономного електропостачання. Система зовнішнього електропостачання забезпечує прийом електричної енергії від держенергосистеми і передачу її через системи внутрішнього й автономного електропостачання до електроприймачів об'єкта для хнього тривалого живлення. Система внутрішнього електропостачання здійсню прийом, виробництво і розподіл електроенергії між електроприймачами споруджень об'єкта. Розподіл електроенергії усередині найбільше відповідальних споруджень об'єкта здійснюється системою автономного електропостачання. Як правило, основними електроприймачами системи автономного електропостачання електроприймачі першої категорії. Ці електроприймачі вимагають організувати своє електропостачання від двох незалежних джерел, тобто таких джерел, один із яких зберігає свою працездатність при ушкодженнях і аваріях іншого джерела. Одним з таких джерел є держенергосистема, іншим резервним джерелом може служити дизель-електричні, газо та паротурбінні, атомні й інші електричні станції, а також електрохімічні генератори.

На рис. 1.1. наведений один з можливих варіантів структурної схеми системи автономного електропостачання, що містить основний (ОД) і резервний (РД) джерела, та комутаційну апаратуру, представлену автоматичними вимикачами QF1 - QF5. Далі позначено розподільні пристрої РП1 і РП2, перетворювач (ПЕ) і накопичувач (НЕ) енергії. У розглянутому варіанті системи автономного електропостачання в якості основного джерела в переважній більшост випадків використовується держенергосистема, а в якості резервного джерела застосовується електрохімічний генератор. Застосування ЕXГ у порівнянні з дизель-електричними станціями (ДЕС) з газотурбінними установками (ГТУ), радіоізотопними термоелектричними генераторами (РІТЕГ), ядерними енергетичними установками (ЯЕУ) з термоелектричними (ТЕЛП) і термоемісійними (ТЕМП) перетворювачами обумовлено їх кращими техніко-економічними показниками (табл. 1.2).


Таблиця 1.2

Характеристики основних накопичувачів енергії

з/п

Типи накопичувачів ККД, %

Виділяєма енергія, кВт ч/м3

Виділяєма потужність, Вт/кг Виділяєма енергоємність, кДж/кг Довговічність при глибині розряду
1 Інерційні 90 60-150

>104

10-60000

>105

2 Свинцево-кислотні 75 30-60 500 64 300-500
Нікель-кадмієві 75 70-100 200 110 1000-3000
Окиснювально-відновлювальні 75 15-60 - - -
Літієві 75-80 40-1000 - - 10 років
3 ГАЕС 75 300-500

>104

28 -
4 Молекулярні накопичувач енергії 95 0.2

104

1-10

104-106

5 Накопичувач тепла 30 600 - - -
6 Термоелектричн генератори 10 30 50 - -
7 ЕХГ 10 500-1000 500-1000

70-104

5000

2. БУДОВА І СКЛАД ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО ГЕНЕРАТОРА

Серед важливіших проблем енергетики особливе місце займають проблеми безпосереднього перетворення хімічної енергії палива в електричну енергію. ЕХГ суттєво відрізняються від нших перетворювачів енергії, тому що енергія хімічної реакції безпосередньо перетворюється в електричну енергію, минаючи проміжну стадію перетворення її в теплоту. Тому ККД сучасних ЕХГ досягає 70-80%. Основною складовою частиною ЕХГ паливний елемент. Для одержання необхідних значень напруги і струму паливн елементи об’єднуються у батареї.

На цей час достатньо розроблені і знаходять застосування в основному водень киснев паливні елементи з пористими електродами (лужний електроліт) або з онообмінними (кислий електроліт).

Паливні елементи першого типу (рис.2.1) мають два електрода, простір між якими заповнений електролітом. До одного електрода (анода) подається газоподібний водень, а до другого (катода) – кисень. Позитивні іони водню переходять у розчин і анод заряджається негативним зарядом. Внаслідок д електростатичного притягання між негативно зарядженим анодом і позитивно зарядженими іонами водню на поверхні розділу електрод-розчин виникає подвійний електричний шар, позитивна сторона якого знаходиться у розчині, а негативна – у металі. Різниця потенціалів між сторонами називається електродним потенціалом. Навколо катода також виникає подвійний електричний шар, тому що негативно зарядженні іони кисню утримуються позитивно зарядженим катодом. При підключенн споживача збиток електронів з анода починає переходити до катоду, здійснюючи корисну роботу в зовнішньому ланцюгу. Коли щезнуть збиточні електрони, іони водню почнуть переходити у глиб розчину.


Рис. Схема паливного елемента

Порушення рівноваги між атомами і іонами палива приведе до виникнення нових іонів електронів. Безперервний процес іонізації окислювача забезпечується переходом електронів до катоду.

Таким чином, в паливних елементах реакція йде не між атомами і молекулами, а між іонами. Етапи реакції:

1.   Під впливом каталітичних властивостей анода молекули водню розпадаються на атоми і іонізуються з утворенням іонів і електронів

.

2.   Електрони через споживач енергії переходять на катод, де створюються негативні іони кисню

.

3. Іони кисню переходять у розчин електроліту і створюють іони гідроксилу

.

4.   Іони гідроксилу переміщуються у розчині електроліту від катода до анода і створюється кінцевий продукт реакції – вода

.

Для того, щоб не знижалася концентрація електроліту, необхідно постійно відводити воду.

Схема паливного елемента з іонообмінною мембраною приведена на рис.2.2. В такому елемент газові простори поділені мембраною, яка пропускає іони водню, але не пропуска молекули кисню і гідроксильні групи „ОН”.

Рис. Схема паливного елемента з іонообмінною мембраною

Страницы: 1, 2, 3


© 2010.