рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Образование
/
Теплові електричні станції на базі паливних елементів

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Теплові електричні станції на базі паливних елементів

Теплові електричні станції на базі паливних елементів - раздел Образование, Лекція 1 СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ У Зв'язку З Уповільненням Темпу Збільшення Економічності Тес За Рахунок Модер...

У зв'язку з уповільненням темпу збільшення економічності ТЕС за рахунок модернізації традиційних технологій перетворення хімічної енергії палива на електричну в останні роки все більший інтерес викликає використання в енергетиці нетрадиційних технологій, зокрема на основі реалізації електрохімічного процесу перетворення хімічної енергії вуглеводневих палив на електричну енергію на базі паливних елементів. Традиційні технології одержання електричної енергії реалізуються у такій послідовності:

- перетворення хімічної енергії (ХЕ) палива на потенційну енергію (ПЕ) робочого тіла в

котлі або камері згорання;

- перетворення ПЕ на кінетичну енергію (КЕ) робочого, тіла у сопловому апараті

турбіни;

- перетворення КЕ робочого тіла на робочих лопатках турбіни на механічну енергію

(ME) обертання ротора турбіни;

- перетворення ME на електричну енергію (ЕЕ) в електрогенераторі;

- передача ЕЕ через трансформаторні підстанції (ТП) та лінії елект ропередач (ЛЕП)

споживачам.

У результаті необоротності на всіх проміжних стадіях процесу перетворення енергії мають місце великі втрати роботоздатності.

Для ПТУ коефіцієнт втрат роботоздатності може становити 60 % і більше, причому основний внесок дає необоротність процесів теплообміну в котлі ]~40 %), теплові втрати в котлі (~9 %), необоротність розширення пари в гурбіні (~7 %), необоротність теплообміну в конденсаторі (~4 %).

Якщо використовують паливні елементи, то немає всіх проміжних зтадій, крім початкової і кінцевої, тобто ХЕ зразу перетворюється на ЕЕ і гим самим виключаються всі джерела необоротних втрат, що істотно підвищує ККД електрохімічного генератора.

Паливний елемент - електрохімічний пристрій (рис. 8.8), у якому ХЕ палива з достатнім ступенем ефективності перетворюється безпосередньо на електричну у вигляді постійного струму низької напруги. Паливні глементи постійно постачають паливом, вони подібні батареям постійного струму, які працюють безперервно.

Паливний елемент теоретично являє собою пристрій, який складається з двох електродів та іонного провідника між ними. У кожному електроді забезпечується розвинена межа поділу трьох фаз: газоподібної (реагентів), твердої (провідника першого роду) і рідкої або твердої (провідника другого роду). Така межа поділу фаз створюється в пористих електродах з високорозвиненою поверхнею (до 100 м /г). Щоб прискорити реакцію, у пористі електроди вводять каталізатори (платину та її сплави, нікель, оксиди нікелю, кобальту, лантану та ін.). Електроди мають газові камери, у які підводять і рівномірно розподіляють по електроду реагенти і з яких відводять продукти реакції (Н₂О, СО₂ та ін.) і теплоту.

Рис. 8.8. Схема і принцип дії паливного елементу: НН - молекула водню Н₂;

Н- іон водню (протон); 0- електрон; ОО - молекула кисню О₂; О- іон кисню; (Н₂О) _ молекула води (пара); X- електричне навантаження

Паливні елементи можуть бути низько- (до 100 °С), середньо-(100...250 °С) і високотемпературні (500... 1 000 °С). Залежно від робочої температури застосовуть ті або ті іонні провідники (електроліти) і реагенти (паливо і окиснювач).

За типом електролітів паливні елементи поділяють на п'ять видів: з лужним електролітом, фосфорнокислотним електролітом, твердополімер-ним електролітом, розплавленими карбонатами і твердооксидним електролітом.

Низькотемпературні паливні елементи з лужним і твердим полімерним електролітом працюють на водні високої чистоти. Середньо- і високотемпературні паливні елементи (з фосфорнокислотним, розплавленим карбонатним і твердим оксидним електролітами) не потребують особливо чистого палива, яке містить водень. Фосфорнокислотні паливні елементи забезпечують спільну генерацію теплової та електричної енергії. Високотемпературні паливні елементи дозволять у майбутньому використовувати викопні види твердого і рідкого палива з попередньою їх газифікацією.

Електроенергетична установка з паливним елементом містить такі системи: підготовки палива, генерування енергії на основі паливного елементу і перетворення постійного струму на змінний струм із заданими значеннями напруги і частоти. Надійність роботи паливних елементів передусім визначається правильним вибором системи підготовки палива, яким для високотемпературних паливних елементів можуть слугувати продукти конверсії природного газу і газифікації рідкого палива і вугілля.

Пароводяна конверсія метану (риформінг) можлива при температурі 1 300... 1 500 °С. Каталізатори зумовлюють зниження температури проведення цього процесу до 600 °С.

Пароводяна конверсія метану СЕЦ проходить у дві стадії:

СН₄ + Н₂О = CO + 3H₂; (8.8)

CO + Н₂О = СО₂ + Н₂. (8.9)

Першу стадію проводять в апараті на нікелевих каталізаторах під тиском 1...2 МПа і температурі 600...700 °С. Склад продуктів конверсії при 750°С: Н₂ - 59,4 %; CO - 9,8 %; Н₂О - 23 %; СО₂ - 7,8 %. Мінімальне відношення пари до СH₄, за якого сажа не утворюється і продукти конверсії мають окисно-відновні властивості, дорівнює 1,5 і вище. Конверсію монооксиду вуглецю проводять на залізохромовому каталізаторі при 360...400 °С (перша стадія) і на мідному каталізаторі при 220...250 °С (друга стадія).

Парокиснева конверсія полягає у взаємодії вуглеводнів із сумішшю водяної пари і кисню: С H₄ + хН₂О + 1/ 2 (1 - х)О₂ = CO + (х + 2)Н₂. (8.10)

У цьому разі процес не потребує зовнішнього підведення теплоти через стінки реактора. Першу стадію процесу зазвичай проводять при вищій температурі 840...900 °С і тиску до 4 МПа. Ефективний ККД процесу становить 67-70 %.

Найбільших успіхів у використанні паливних елементів досягни фірми Westinghouse, GE (США), Siemens AG, ABB (Німеччина), Fuji Electric, Toshiba, Hitachi (Японія) та ін. Так, у Японії, у рамках програми Moon Light Project з 1991 року на одній з електростанцій діє установка потужністю 11 МВт, принципову схему якої на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Схема енергоустановки на паливних елементах з фосфорно-кислотним електролітом (електростанція Гоі компанії Терсо, Японія) потужністю 11 МВт спільного виробництва фірм IFC і Toshiba

До складу установки входить ГТУ, яка не виробляє корисної роботи, а потрібна тільки для одержання стисненого повітря, що живить батареї паливних елементів. ККД такої установки дорівнює 41,1 %, а з урахуванням споживання теплоти для цілей теплофікації коефіцієнт використання енергії палива може досягати 73 %.

Можливо також реалізувати енергетичну установку, яка працює за так званим потрійним циклом (рис. 8.10).

Така установка складається з трьох частин: електрохімічного генератора, ГТУ і ПТУ. Комбінація ГТУ і ПТУ, по суті, реалізує цикл БПГУ зі г.к-иляїтням газіт» v котел-утилізатоо.

Рис. 8.10. Структурна схема ТЕС з потрійним циклом (з електрохімічним генератором,

газотурбінною і паротурбінною установками): /- електрохімічний генератор; // - ПТУ; /// - ГТУ; 1 - риформер; 2 - газифікатор; 3 - інвертор; 4 - батарея паливних елементів; 5 - котел-утилізатор; 6 - парова турбіна; 7 - система регенерації; 8 - камера згорання; 9 - компресор; 10 - газова турбіна

ККД ТЕС, яка працює за потрійним циклом, може досягати 70 % зі зменшенням викидів b_С₀₂ на 40-60 %. Крім того, у десятки разів знижується b_NOx , виключається забруднення води і з'являється можливість її генерування. Підвищується надійність роботи устаткування ТЕС (що також є показником екологічної безпеки) у зв'язку з браком термонапруже-них елементів і зменшенням кількості обертових механізмів.

Додатковою відмінною рисою енергоустановок на базі паливних елементів є можливість використання цієї енерготехнології як у системах автономного (децентралізованого енергоспоживання), так і в установках централізованого виробництва теплової та електричної енергії.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Лекція 1 СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ

На сайте allrefs.net читайте: Лекція 1. ЗМІСТ... ВСТУП...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теплові електричні станції на базі паливних елементів

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Роль енергетики в розвитку цивілізації
Весь тривалий процес освоєння енергії людиною можна умовно розділити на п'ять етапів. Перший етап - етап мускульної енергії, почався багато тисячоліть тому і тривав до V-VII

Енергетика та енергопостачання: основні поняття і визначення
Політична та економічна незалежність і безпека держави багато в чому визначаються виробництвом енергетичних ресурсів у достатній кількості. Різноманіття форм існування енергії, властивість

Паливно-енергетичний комплекс
Паливно-енергетичний комплекс - один з найважливіших і чітко організованих комплексів будь-якої національної економіки. Це єдина система енергопостачання країни, яка охоплює суку

Енергогенерувальні потужності
Основні типи електричних станцій.Залежно від виду первинної енергії розрізняють ТЕС, ГЕС, АЕС та ін. До ТЕС належать конденсаційні електростанції (КЕС) і теплофікаційні або теплое

Енергоспоживання як критерій рівня розвитку і добробуту суспільства
Енергетика і паливно-енергетичний комплекс, що реалізує її призначення, є основою існування і розвитку цивілізації. Концентруючи величезні матеріальні ресурси, переробляючи колосальні паливно-ене

Контрольні питання
1. Етапи освоєння енергії людством. 2. Характеристика основних систем енергетичної галузі для виробництва електроенергії. 3. Основні поняття для енергетики, енергопостачання, пал

Природні ресурси
Природні ресурси - це запаси сировини та енергії, які видобувають з біосфери, наприклад будівельні матеріали, метали, вода, викопне паливо, геотермальна енергія тощо. Природні рес

Викопне органічне паливо
Д. І. Менделєєв визначив паливо як «горючу речовину, яку навмисно спалюють для одержання теплоти». Паливому широкому розумінні називають горючу речовину, яку економічно доцільно с

Склад і характеристики органічного палива
Тверде та рідке паливо, що безпосередньо подають до енерго-технологічних установок для його наступного спалювання, називають робочим. До його складу входять: волога Wр,

Нетрадиційні і відновлювані енергоресурси
Проблему використання нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) у різних галузях народного господарства почали розв'язуватися з другої половини XX ст. До цього спонукали

Класифікація та напрями використання вторинних енергетичних ресурсів
Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) являють собою енергетичний потенціал продукції, побічних і проміжних продуктів, що утворюються в технологічних агрегатах (установках) і втрачаються в самому агре

Ефективність використання вторинних енергетичних ресурсів
Паливні ВЕР необхідно використовувати як паливо повністю (100 %). Об'єм використання вторинних енергетичних ресурсів, що утилізуються з перетворенням енергоносія, визначається можливим виробленням

Контрольні питання
1. Загальна характеристика природних ресурсів. 2. Викопне органічне паливо та його види. 3. Характеристика енергоресурсів світу та України. 4. Загальний склад органічного

Особливості використання органічного палива
У всьому світі понад 80 % теплової та електричної енергії одержують, спалюючи викопне органічне паливо і перетворюючи його хімічну енергію на електричну і теплову. Близько 80 % усіх видів з

Закономірності утворення екологічно шкідливих речовин під час горіння палива
Склад продуктів згорання і кількісні співвідношення в них окремих компонентів залежать від властивостей і складу палива, а також від ступеня завершеності реакції горіння. У цьому можна переконатис

Характеристика шкідливих речовин у продуктах згорання палива і їх вплив на навколишнє середовище
Під забрудненням атмосфери розуміють зміну властивостей і погіршення функцій середовища в результаті викидів забруднювальних речовин (твердих, рідких і газоподібних), теплових та радіоактивних ви

Г/кВттод) від згорання органічного палива за даними
Міжнародного інституту прикладного системного аналізу (м. Відень) Викиди Вид палива Кам'яне вугілля

Контрольні питання
1. Роль органічного палива в розвитку енергетики й енергоспоживання країни. 2. Характеристика повного і неповного згорання палива. 3. Основні стадії спалювання палива і їх характе

Шляхи пошуку екологічно-безпечної електроенергетики.
Одним з перспективних шляхів вирішення проблеми виходу з енергетичної кризи є залучення до паливно-енергетичного балансу України нетрадиційних поновлюваних джерел енергії (енергія с

Системи перетворення сонячної радіації в електричну й теплову енергію в системах енергопостачання.
Найвідоміший альтернативний ресурс енергії — сонячний. Тепловий потік сонячного випромінювання, який сягає Землі, дуже великий. Він більш як у 5000 разів перевищує сумарне

Вітрові електричні станції
Новітні дослідження направлені переважно на вироблення електричної енергії за рахунок енергії вітру. Споруджуються ВЕС переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить у рух динамо-машину — ге

Геотермальна енергія
Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, по оцінці МРЕК-XI досягає 137 трлн. т у.п., що в 10 разів перевищує геологічні ре

Можливості застосування біомаси й твердих побутових відходів для виробництва електричної й теплової енергії.
Біомаса – це вуглецевомісткі органічні речовини рослинного та тваринного походження (деревина, солома, рослинні залишки сільськогосподарського виробництва, гній і т. ін.). Також до

Відновлювані джерела енергії
На сучасному етапі для України актуальною проблемою є інтеграція її економіки у світову, що має дати певні вигоди від участі в міжнародному поділі праці. Подальше розширення міжнародного економічно

Біоенергетика
Біоенергетика є однією з найперспективніших складових відновлюваної енерге-тики України. Вона заснована на використанні енергії біомаси — вуглецевомістких ор-ганічних речовин рослин

Вітроенергетика
На території України є сприятливі умови для розвитку вітроенергетики. У багатьох регіонах середньорічна швидкість вітру становить 5—5,5 м/с на стандартизованій ви-соті 10 м над пове

Сонячна теплова енергетика
Часто вважають, що сонячну енергію доцільно використовувати переважно для локального забезпечення гарячого водопостачання в літній період, і потенціал вико-ристання сонячної енергії

Фотоенергетика
З технічної точки зору в Україні існують цілком сприятливі умови для викорис-тання фотоенергетики. Основні потужності (близько 80%) колишнього Радянського Союзу з виробництва кремні

Геотермальна енергетика
Україна має значний потенціал геотермальної енергії. Найбільш перспективни-ми районами щодо цього є Закарпаття, Крим, Прикарпаття, Харківська, Полтавська, Донецька, Луганська, Черні

Гідроенергетика
Серед відновлюваних джерел енергії гідроенергетика є добре відомим і техноло-гічно опанованим способом виробництва електроенергії. На р. Дніпро побудовано сім потужних ГЕС та одна Г

Загальні положення
Сукупність установок, які перетворюють хімічну енергію органічного палива на теплову та електричну, мають назву теплова електрична станція. Основне призначення електр

Типові схеми ТЕС
За способом компонування котлів і парових турбін ТЕС бувають з поперечними зв'язками і з блочним компонуванням. Принципову теплову схему ТЕС з поперечними зв'язками по

Теплофікація і централізоване теплопостачання
Як показано вище, електричну енергію виробляють на теплових електростанціях, де потенційна енергія водяної пари перетворюється на механічну енергію в паровій турбіні, звідки відпрацьовану пару на

Графіки електричних і теплових навантажень
Особливістю роботи електричних станцій є те, що загальна кількість електричної енергії, яку виробляють у кожний момент часу, майже цілком відповідає кількості споживаної. Електричні станц

Техніко-економічні показники ТЕС. Оцінка економічності роботи теплової електростанції
Ефективність роботи ТЕС характеризується різними техніко-економічними показниками. Одні з них оцінюють досконалість теплових процесів, наприклад показники теплової економічності, до яких належать К

Контрольні питання
1. Призначення й основні типи ТЕС. 2. Типові схеми ТЕС. 3. Особливості технологічної схеми ТЕС, що працює на твердому паливі. 4. Особливості реалізації циклу Ренкіна.

НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ
_ СЕРЕДОВИЩЕ_______________ Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна

Негативний вплив на навколишнє середовище підстанцій і ліній електропередач
Щоб транспортувати електричну енергію до споживачів, використовують електричні мережі, зокрема високовольтні лінії (ВЛ) і трансформаторні підстанції (ТП). У районах розміщення електрични

Контрольні питання
1. Загальна характеристика впливу теплової енергетики на навколишнє середовище. 2. Характеристика газових і аерозольних викидів ТЕС. 3. Ступінь ризику і дія токсичних газових вики

Вплив термодинамічного фактора на показники екологічної безпеки ТЕС
Для визначення ролі термодинамічного фактора скористаємося співвідношенням (7.1), з якого випливає, що, за інших рівних умов (К = const), питомий показник екологічної безпеки обернено пропо

Сучасні тенденції підвищення коефіцієнта корисної дії теплових електростанцій
Провідні фірми в галузі енергетичного машинобудування (ABB, Siemens, General Electric, консорціум MAN Energy і GEC Alsthom (ME/GA) та ін.) в останні десятиліття нарощують свої зусилля і капіталовкл

Технологічні і паливні фактори впливу на екологічну безпеку
Крім термодинамічного фактора істотно впливають на поліпшення екологічної безпеки технологічні та паливні фактори. Особливо чутливим є ефект від комплексної реалізації технологічного і па

Контрольні питання
1. Характеристика універсального показника екобезпеки енерго об'єкта. 2. Перелік основних факторів впливу на екобезпеку енергооб'єкта. 3. Характеристики впливу термодинамічно

Лекція 8
ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМИ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ,ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬ ОРГАНІЧНЕ ПАЛИВО

Парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією вугілля
Технології внутрішньоциклової газифікації вугілля для ПГУ - один з найперспективніших напрямів розвитку енергетики. На їх основі вирішують проблеми, пов'язані з підвищенням ККД існуючих ТЕС і потр

Газопарові установки
Термодинамічний аналіз традиційних циклів ГТУ і ПТУ показує, що у процесі їх реалізації мають місце великі втрати работоздатності (ексергії). У ПТУ основні втрати виникають у процесі підведення те

Підвищення параметрів циклів ПТУ
Існуючі у світовій енергетиці тенденції підвищення ефективності ТЕС на основі нетрадиційних енерготехнологій не виключають пошук шляхів підвищення економічності традиційних ПТУ і ГТУ на основі під

Використання каталітичних камер згорання у складі ГТУ
Дослідження застосування каталітичного горіння в камерах згорання ГТУ з метою створення екологічно чистих установок проводять фірми й організації General Electric Corporation, U. S. Department o

Контрольні питання
1. Загальна характеристика перспективних напрямів підвищення еко логічної безпеки об'єктів теплоенергетики. 2. Конверсія органічного палива як метод підвищення екологічної без пе

Консалтингові схеми в енергетиці
Паливно-енергетичні кризи, яких зазнали країни Західної Європи на початку 70-х років XX ст., змусили переглянути ставлення суспільства до взаємодії процесів виробництва та використання енергії і

Енергетичний аудит
Кінцева мета підвищення енергетичної ефективності будь-якого виробництва (підприємства) - знизити рівень споживання енергії за умови зберігання обсягів виробництва з одночасним скороченням негатив

Енергетичний менеджмент
Енергетичний менеджмент (ЕМ) дозволяє одержати докладну картину споживання енергії на підприємстві і порівняти ефективність існуючого споживання зі споживанням енергії на інших підприємствах (виро

Енергозбереження
Розглянуті вище заходи - енергетичний аудит і менеджмент, спрямовані на підвищення ефективності виробництва і споживання енергії, тісно пов'язані із загальними організаційними заходами щодо енерго

Контрольні питання
1. Основи управління підвищенням ефективності виробництва і споживання енергії. 2. Консалтингові схеми в енергетиці як державний механізм раціонального використання енергії. 3.

Конспект лекцій до самостійного вивчення розділів з дисципліни
„Виробництво електричної енергії ”для студентів спеціальності 6.090603«Електротехнічні системи електроспоживання» усіх форм навчання Уклада