Hidrogen yanacağı hüceyrəsinin elektrik enerjisi istehsalının təhlili

Hidrogen yanacaq hüceyrəsiMühərrik, elektrokimyəvi reaksiya yolu ilə hidrogen və oksigenin kimyəvi enerjisini elektrik enerjisinə birbaşa çevirən bir elektrik enerjisidir. Bu məqalədə elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyinə, termodinamik səmərəliliyi və s. Görüləcəkdir.

Sistem elektrik enerjisi istehsal effektivliyi = geri çevrilən termodinamik effektivlik (94.53%, 25 ℃) × elektrokimyəvi səmərəlilik × Yanacaq istifadəsi × Sistem komponenti effektivliyi (hər alt sistem komponentinin itirilməsi istisna olmaqla):

(1) Termodinamik effektivliyi

Yanacaq molekullarının tam reaksiyasının və iş üçün istifadə olunan oksigen molekullarının (termodinamikanın ikinci qanununun məhdudlaşdırılması ilə nəticələnən enerjinin maksimal dəyərini əks etdirir.

Elektrokimyəvi reaksiya gücü nəsil mahiyyətcə, redoks reaksiyasının şarj ötürülməsinə əsaslanır. Maye suya çevrilən qaz suyunun prosesi az töhfə verir. Buna görə, hidrogen elektrik nəsli aşağı kalorifik dəyərdən istifadə etməlidir.

Termodinamikanın ikinci qanuna görə: bir istilik mənbəyindən istilik götürən və digər dəyişikliklərə səbəb olmadan (KELVIN ifadəsi), bu, 1 kq hidrogen və oksigenin yanması, dəyişikliklər etməyən bütün istilikdən istifadə etmək mümkün deyil. Bu dəyişiklik "Entropy" ilə xarakterizə olunan istilikdir. Buna görə, elektrik enerjisini yaratmaq üçün kimyəvi enerji (yanacaq) istifadə edən hər hansı bir cihaz təbii bir məhdudlaşma səmərəliliyinə malikdir. Yanacaq hüceyrələri üçün, geri çevrilən termodinamik güc nəsil səmərəliliyi, yanacaq hüceyrəsinin əldə edə biləcəyi ən yüksək nəzəri güc istehsal effektivliyidir. Otaq temperaturunda (25 ° C), nəzəri cəhətdən, 1 kq hidrogen 500mol * 241.8 / 3600kj = 33.58 kVt / saat elektrik enerjisi istehsal edə bilər; Cari maksimum dərəcədə qiymətləndirilən səmərəliliyinə görəYanacaq hüceyrə sistemiReytinqli əməliyyat şərtləri (60%, o cümlədən geri çevrilmiş termodinamik səmərəlilik), əslində, 1 kq hidrogen 500mol * 241.8 / 3600 * 60% = 20,15 kVt / saat elektrik enerjisi istehsal edə bilər. 

(2) Elektrokimyəvi səmərəliliyi elektrokimyəvi səmərəliliyi, əsasən, ohmik qütbləşmə, elektrokimyəvi aktivləşdirmə qütbləşməsi və qaz diffuziya qütbləşməsi və qaz diffuziya qütbləşməsi (konsentrasiya qütbləşməsi) daxil olmaqla reaksiya prosesində qütbləşmə fenomenində zərərlər var. Elektrokimyəvi səmərəliliyi texniki səviyyənin ölçülməsinin açarıdırYanacaq hüceyrəsi yığınları. 

(3) Yanacaq istifadəsi nisbəti reaksiyada iştirak edən yanacaq nisbətini. Bəzi yanacaq hüceyrələri yığma yolu ilə axan yanacağın təkrar istifadə edə bilər, lakin bir dövriyyə nasosu vasitəsilə reaksiya iştirak etməmiş, buna görə də istifadə nisbəti çox yüksək olacaq, ancaq zərərlər də olacaq; Bəzi yanacaq hüceyrələri reaksiyada iştirak etməyən yanacağı yandırır və istilik enerjisi şəklində çıxır. Bu vəziyyətdə, yanacaq istifadəsi nisbəti yalnız reaksiya iştirakının nisbəti olaraq hesablana bilər.

(4) Sistem komponenti effektivliyi

Su idarəetmə, istilik idarəetmə, qaz (hidrogen, hava) təchizatı və idarəetmə-elektrik idarəetməsi kimi alt sistem komponentləri müəyyən bir enerji (elektrik və ya istilik) istehlak etməlidir.

Əgər kogenerasiya istifadə olunarsa, istilik istifadəsi səmərəliliyi əlavə edilməlidir, yəni: sistem hərtərəfli səmərəliliyi = sistem elektrik enerjisi istehsal effektivliyi + istilik istifadəsi səmərəliliyi.

İstilik istifadəsi səmərəliliyi: İstilik enerjisi istifadə / giriş yanacağının enerjisi. DİQQƏT: Yalnız kənarda çıxan və istilik fayda gətirən hissə "istilik enerjisi" hesab olunur.

Məsələn, ümumi yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələri - bərk oksidi yanacaq hüceyrələri (Soft) və əridilmiş karbonat yanacaq hüceyrələri (MCFC) - 600 ~ 1000 ℃ qədər əməliyyat temperaturu var və egzoz qazı evlərdə, kommersiya yerləri, ictimai vahidlər, soyuq zəncir, təmiz su təchizatı, təmiz su təchizatı və yüksək temperaturlu buxarlar üçün istifadə edilə bilən yüksək dərəcəli tullantılar və yüksək temperaturlu buxar.

Kogenerasiya tez-tez yalnız yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələrinin sahibi bir bacarıqdır. Kimi ümumi aşağı temperaturlu yanacaq hüceyrələriProton mübadiləsi membranıYanacaq hüceyrələri (pemfc) və qələvi yanacaq hüceyrələri (AFC) nisbətən məhdud istilik bərpa etdilər.