рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Перспективы использования водорода в энергетике

Работа сделанна в 2008 году

Перспективы использования водорода в энергетике - Реферат, раздел Физика, - 2008 год - Министерство Образования И Науки Российской Федерации Федеральное Агентство ...

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Томский Политехнический Институт (технический университет) Институт теплоэнергетики и технической физики Реферат на тему: Перспективы использования водорода в энергетике.Группа: Студент: Преподаватель: Томск 2008 Оглавление Введение 3 Топливные элементы 6 Типы топливных элементов 9 Состояние работ по водородной энергетике в России 11 Примеры использования водорода, в качестве источника энергии 14 Список использованной литературы 16 Введение Современная энергетика, как зарубежных стран, так и нашей страны, основана преимущественно на потреблении углеводородных энергоресурсов. Электростанции сжигают природный газ, мазут и уголь.

Двигатели автомобилей, самолетов и других массово применяемых машин используют также топливо на основе невозобновляемых углеводородных природных ресурсов.

В общем балансе потребляемой энергии только атомная и гидроэнергия составляют крупную долю — где-то около одной четверти в нашей стране. Доля солнечной, геотермальной энергии, энергии ветра, морских волн увеличивается значительными темпами, но продолжает составлять очень небольшую величину. Рассчитывать на существенные прорывы в этой области пока не приходится, хотя в целом ряде стран наметился большой прогресс. Так, Франция около 80% электроэнергии получает на АЭС, Исландия и Дания значительную долю электричества вырабатывают с помощью ветра и т. д. Дальнейшее интенсивное развитие современной энергетики и транспорта ведет человечество к крупномасштабному энергетическому и экологическому кризису.

Стремительное сокращение запасов ископаемого топлива принуждает развитые страны принимать серьезные усилия по поиску альтернативных возобновляемых экологически чистых источников энергии. Но в последние годы наметился инновационный поворот к использованию более эффективного энергоресурса — водорода.

Современные авиационные, ракетные и автомобильные двигатели, топливные элементы все чаще начинают возвращаться к частичному или полному использованию водорода. Водород обладает целым набором качеств, делающих сегодня его употребление выгодным: он имеет большую энергоэффективность и химическую активность, в результате его сгорания образуется вода, не обладающая токсичностью и не наносящая ущерба окружающей среде. Правда, есть и недостатки; главные из них — дороговизна производства и пожароопасность.

Водородная энергетика сформировалась как одно из направлений развития научно-технического прогресса более 30 лет назад. Работы по водородной энергетике во многих странах относятся к приоритетным направлениям социально-экономического развития и находят все большую поддержку со стороны как государства, так и частного бизнеса. Ведется активный поиск путей перевода большинства энергоемких отраслей промышленности, включая транспорт, на водородное топливо и электрохимические генераторы на основе использования топливных элементов (ТЭ). Водородные топливные элементы считаются будущим мировой энергетики благодаря своей эффективности и экологической безопасности.

Использование водорода в качестве основного энергоносителя приведет к созданию принципиально новой водородной экономики, станет научно-техническим прорывом, сравнимым по своим социально-экономическим последствиям с тем революционным воздействием на развитие цивилизации, которое оказали электричество, двигатель внутреннего сгорания, химия и нефтехимия, информатика и связь.

Около 1000 фирм, компаний, концернов, университетских лабораторий, государственных и научно-технических объединений Запада уже много лет усиленно работают в различных направлениях водородной энергетики. Учитывая существенный рост цен на энергоресурсы и серьезные экологические проблемы, некоторые страны уже приняли законы и государственные программы по изучению водородных технологий и широкому их применению.

В их числе Исландия, США, Япония, ЕЭС. В работы по ТЭ и энергетическим установкам на их базе ежегодно инвестируется свыше 500 млн.долл. США. Наиболее динамично развиваются эти работы в США, Канаде и Японии, где наряду с большим объемом НИОКР, ведутся активные работы по коммерциализации водородной энергетики. Создано большое количество энергетических установок на топливных элементах мощностью от единиц ватт до мегаватт, уже сейчас конкурентоспособных с аналогичными установками, основанными на традиционных технологиях сгорания углеводородного топлива.

С прогрессом в области разработки энергоустановок на основе ТЭ связывается надежда на решение проблемы обеспечения человечества возобновляемыми экологически чистыми энергоресурсами, а также возможность изменения и совершенствования системы энергоснабжения (электро- и теплоснабжения) различных объектов - от сотовых телефонов, компьютеров и автомобилей до жилых домов, крупных промышленных предприятий и в целом городов.

Топливные элементы ТЭ – электрохимический источник тока, в котором осуществляется прямое превращение энергии топлива и окислителя, непрерывно подводимых к электродам, непосредственно в электрическую энергию, без необходимости сначала преобразовывать её в тепло или механическую работу вращения турбин. Так как преобразование тепла в работу у этих установок отсутствует, их энергетический КПД значительно выше, чем у традиционных энергоустановок и может составлять до 90%. Кроме того, топливом здесь служит водород, а значит, основной выхлоп таких систем – просто водяной пар. Ясно, что за топливными элементами – будущее.

Водород будет питать двигатели автомобилей, небольшие топливные батареи будут обеспечивать теплом и светом частные домохозяйства, они же будут встроены в портативную электронику. Химические реакции в ТЭ идут на специальных пористых электродах (аноде и катоде), активированных палладием (или другими металлами платиновой группы), где химическая энергия, запасенная в водороде и кислороде, эффективно преобразуется в электрическую энергию.

Водород окисляется на аноде, а кислород (или воздух) восстанавливается на катоде. Катализатор на аноде ускоряет окисление водородных молекул в водородные ионы (Н+) и электроны. Водородные ионы (протоны) через мембрану мигрируют к катоду, где катализатор катода вызывает образование воды из комбинации протонов, электронов и кислорода. Поток электронов через внешний кругооборот производит электрический ток, который используется различными потребителями.

Напряжение, возникающее на отдельном ТЭ, не превышает 1,1 вольта. Для получения необходимой величины напряжения ТЭ соединяются последовательно в батареи, а для получения необходимой мощности батареи ТЭ соединяются параллельно. Такие батареи ТЭ вместе с элементами газораспределения и терморегулирования монтируются в единый конструктивный блок, называемый электрохимическим генератором (ЭХГ). Однако если бы всё было так просто, топливные элементы уже давно превратились бы в основной источник энергии, сменив статус «перспективной разработки» на место в разнообразных устройствах и машинах в каждом доме. «Перспективные» топливные элементы впервые использовались еще на советской орбитальной станции «Мир», однако были недолговечны и слишком дороги для внедрения в массовое хозяйство. Проблема в том, что для их эффективной работы нужны катализаторы.

Сейчас огромное количество институтов и частных компаний бьются над увеличением эффективности топливных элементов и снижением их себестоимости.

В инновационных решениях нуждаются также и разделяющие электроды твердые электролиты (мембраны), и материалы электродов, которые должны обладать большой коррозионной стойкостью. В качестве катализаторов в топливных элементах чаще всего применяют платину и её сплавы с не менее драгоценным палладием. Этот материал позволяет значительно облегчить процесс ионизации водорода. В реакции участвуют только атомы, находящиеся на поверхности, поэтому для каталитических целей применяют платину в виде наночастиц (так называемой платиновой черни). Однако в процессе нанесения дорогостоящей платины наиболее распространенным методом аэрографии её потери достаточно велики, что еще более удорожает конечный продукт. Техасские специалисты во главе с Питером Страссером предлагают использовать сплав платины с кобальтом и медью.

Новый катализатор представляет собой частицы сплава, содержание металла в которых изменяется от поверхности к ядру: поверхность частиц обогащена платиной, а ядро состоит преимущественно из меди и кобальта.

Первые испытания этого катализатора показали эффективность, превышающую аналогичный показатель современных катализаторов для топливных элементов в 4–5 раз. Вдобавок нанокатализатор оказался существенно дешевле. Для производства катализатора нанесенные на графитовый электрод частицы сплава помещаются в раствор кислоты и подвергаются циклическому воздействию переменного напряжения. Менее благородные металлы, в особенности медь, растворяются с поверхности, оставляя её обогащенной платиной.

Ядро же имеет тот же состав, что и исходный сплав. Более того, образовавшиеся в результате электрохимического травления меди и кобальта пустоты на поверхности частиц приводят не только к обогащению поверхности платиной, но и к значительному увеличению площади поверхности катализатора. Тем не менее, увеличение эффективности катализатора в 4–5 раз по сравнению с чистой платиновой чернью, по мнению Страссера, не может быть объяснено исключительно увеличением площади поверхности.

Компьютерные расчеты показали, что расстояние между атомами платины в обогащенной ей оболочке короче по сравнению с этой дистанцией в чистой платине. Такое «сжатое» состояние фиксируется с помощью обогащенного кобальтом и медью ядра. Сокращенное межатомное расстояние платина–платина, по всей видимости, способствует более легкой адсорбции кислорода. Это же, судя по всему, изменяет электронную структуру оболочки так, что процесс переноса электрона с образованием отрицательно заряженной молекулы кислорода становится значительно упрощенным.

Типы топливных элементов

Существуют различные типы ТЭ. В отличии от аккумулятора и батареек, ТЭ не истощается и не требует пе... Типы топливных элементов. Водород считается основным источником топлива для ТЭ, однако процесс п... Их обычно классифицируют по используемому топливу, рабочему давлению и...

Состояние работ по водородной энергетике в России

Состояние работ по водородной энергетике в России. Россия имеет уникальные достижения в области разработки ТЭ. Гибридный автомобиль оборудован также электродвигателем с постоянным м... В топливных элементах источником энергии является водород, метанол или... При этом выделяется достаточное количество экологически чистой энергии...

Список использованной литературы

Список использованной литературы 1. «Перспективы и проблемы развития водородной энергетики и топливных элементов». Программа ОАО «Норильский Никель» 2. Статья Георгия Лазарева, депутата Государственной думы. "ЭПРО" № 3 2007 3. Материлы сайтов http://www.gazeta.ru и http://www.energospace.ru/.

– Конец работы –

Используемые теги: перспективы, использования, водорода, энергетике0.075

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Перспективы использования водорода в энергетике

Что будем делать с полученным материалом:

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

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Атомная энергетика: история, нынешнее состояние, перспективы
В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 Мвт. Себестоимость 1 квт-ч электроэнергии (важнейший экономический показатель… В декабре 1969 был пущен второй блок Нововоронежской АЭС (350 Мвт). За рубежом… Для экономики АЭС характерно, что доля топливной составляющей в себестоимости вырабатываемой электроэнергии 30—40% (на…

биотехнологии и перспективы его использования
В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном… Одной из бурно развивающихся отраслей биотехнологии считается технология… С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв (гумусообразовании и…

Перспективы развития атомной энергетики в РФ
Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и… Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82% от уровня 1990 и… В 1995 г установленная мощность электроэнергетики России составляла 215,3 млн. кВт, в том числе доля мощностей ТЭС -…

Водородная энергетика. Роль Михаила Прохорова в становлении российской альтернативной энергетики
Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом… Менее всего применялись MCFC (расплавные карбонатные) топливные элементы. В автомобильных приложениях PEM технологии занимали практически 100 % рынка.SOFC (твердо-оксидные) технологии занимают…

Опыт и перспективы использования сети Интернет в коммерческих целях
В данном учебном пособии детально анализируется сеть Интернет с точки зрения истоков ее создания и коммерциализации технологии.Исследуя реалии и… В Интернете ищут партнеров или клиентов, создают решения поддержки… Одна из ведущих консалтинговых компаний мира The Boston Consulting Group BCG опубликовала исследование европейского…

Лекция 16. Теория атома водорода по Бору. Элементы квантовой механики. План лекции 2. Постулаты Бора. Спектр атома водорода по Бору
гл... План лекции... Ядерная модель атома Резерфорда Постулаты Бора Спектр атома водорода по Бору...

Перспективы развития автомобильных двигателей, работающих на водороде
Нет опасений, что на Солнце скоро иссякнут запасы водорода. Оно существует миллиарды лет, а запас водорода в нём достаточен для того,… Поэтому водород представляет для нас очень большой интерес. Влияние и польза водорода в наши дни очень велика. …

Берёзы. Применение и перспективы использования
Однако их использование еще долгое время было основано на более или менее фантастических представлениях. В средние века принципы траволечения… Только в эпоху Возрождения наука отбросила эликсиры алхимиков и прочее… Началось широкое применение старательно собранных растений в виде настоев, отваров и мазей. В 30-е годы 20 века химия…

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ ООО «ЗЕЛЕНАЯ РОЩА» РЕБРИХИНСКОГО РАЙОНА АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Изучение специальной литературы по теме дипломного проекта (изготовление плановой основы). Написание введения и 1-ой главы (1-ая редакция).… Написание 3-ей главы (первая редакция). Написание 4-ой и 5-ой главы (1-ая… Завершение написания дипломного проекта.

Особенности размещения и развития атомной энергетики РФ. Противоречия, перспективы
Необходимость выработки долговременной стратегии вызвана тем, что завершающий период её первого этапа связан со сложными и противоречивыми… Рост мировых потребностей в топливе и энергии при ресурсных и экологических… Активные исследования новых возобновляемых источников энергии и управляемого термоядерного синтеза пока не позволяют…

0.035
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Перспективы развития атомной энергетики в России Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и… Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82 от уровня 1990 и… Отсутствие необходимых инвестиций не позволило в 90-х годах компенсировать естественное выбытие производственных …
  • Обучение иностранному языку с использованием компьютерных технологий: мультимедиа комплекс "Linguist" Поэтому, проблема модернизации учебно-методического комплекса (УМК) ложится на плечи обучающего.Процесс обучения английскому языку является… Компьютеризация обучения иностранному языку, помогает облегчить доступ к… Многие ВУЗы и школы используют компьютерные технологии и программное обеспечение для обучения ИЯ, которое предлагает…
  • Методика использования изобразительных средств наглядности на уроках истории Ры¬дая, про¬тя¬ги¬ва¬ли ру¬ки и кла¬ня¬лись до зем¬ли ему, по¬след¬не¬му за¬щит¬ни¬ку так и не по¬ко¬рив¬шей¬ся кре¬по¬сти… Он шел и шел, шел… От¬рыв¬ки из про¬из¬ве¬де¬ний ху¬до¬же¬ст¬вен¬ной ли¬те¬ра¬ту¬ры,… За¬клю¬че¬ние. Ко¬неч¬но, на¬ша ис¬то¬рия бо¬га¬та и раз¬но¬об¬раз¬на. Не ме¬нее бо¬га¬та и на¬ша ли¬те¬ра¬ту¬ра.…
  • Административно-территориальное деление России, его изменение с течением времени. Проблемы и перспективы изменения деления страны Введение. 2 Административно-территориальное деление России в XVIII – XX вв. 2 Создание и территориальная организация федеральных округов. 2… Особенности административно-территориального деления государства… Задачами территориально-государственного строительства являются определение количества управленческих уровней,…
  • ВТО: проблемы и перспективы вступления России Соглашение об учреждении ВТО предусматривает создание постоянно действующего форума стран-членов для урегулирования проблем, оказывающих влияние на… ВТО функционирует во многом так же, как и ГАТТ, но при этом осуществляет… С 1947 г. обсуждение глобальных проблем либерализации и перспектив развития мировой торговли проходит в рамках…