Речь пойдет про портативную электростанцию, которая в перспективе сможет потреблять любое органическое топливо, от природного газа до коньяка, и перерабатывать его в электричество без сжигания. Цель всей затеи — заменить всевозможные дизель-генераторы на что-то более экологичное и изящное, не требующее постоянного внимания. Например, вы привезли на какой-то удаленный объект баллон топлива и забыли про обслуживание мини-электростанции на целый год. Она работает и работает.
Причем эта самая электростанция может масштабироваться от 100 ватт и до практически неограниченной мощности. На фото выше в шкафу установлена система мощностью чуть больше одного киловатта, состоящая из трех планарных элементов. Справа — рендер микротрубчатого элемента — ноу-хау. Под катом есть фото одного из прототипов размером с компактную кофеварку.
В целом идея не нова, но тут удалось снизить стоимость производства сложного электрохимического топливного элемента, сделав его компактным и коммерчески интересным, причем начиная с самых малых мощностей.
Вкратце о топливных элементах
Прежде чем переходить к ноу-хау «Топаза» (так называется серия этих самых мобильных энергоустановок от InEnergy), несколько слов об общей теории электрохимических генераторов.
В основе любого электрохимического топливного элемента три базовых слоя — анод, катод и расположенный между ними электролит. Анод и катод изначально электрически нейтральны, но на их поверхности протекают разные химические процессы, за счет чего электроды обмениваются зарядами — ионы проходят через электролит, а электроны через внешнюю цепь. Обычная батарейка работает как раз по такому принципу, преобразуя химическую энергию в электричество.
В генераторах «Топаз» используют твердооксидные топливные элементы, в которых в электричество преобразуется энергия органического топлива. Например, реакция с метаном выглядит так:
Вместо метана можно использовать любое другое энергоемкое органическое топливо.
Материалы анода и катода, а также электролит подбирают таким образом, чтобы обеспечить транспорт ионов к месту реакции.
Это значит, что электролит должен пропускать ионы кислорода из воздуха к аноду, но в то же время не допускать смешивания воздуха и газообразного топлива.
И такие вещества существуют. Но свои свойства они проявляют в особых условиях. Например, диоксид циркония является кислородопроводящим при очень высоких температурах — от 750 градусов по Цельсию и выше.
Чтобы генератор работал непрерывно, топливо на анод и окислитель (кислород из воздуха) на катод подают извне. В теории такой элемент может окислять любое топливо, но скорость реакции будет тем меньше, чем тяжелее это топливо. Поэтому, чтобы реакция шла с достаточной скоростью, топливо надо расщеплять на простые компоненты. Для этого необходим так называемый реформер — блок предварительной подготовки сложного органического топлива. Реформер так же работает при высоких температурах — от 600 градусов по Цельсию.
В чем ноу-хау «Топаза»
Технология высокотемпературных топливных элементов известна довольно давно — как минимум пару десятков лет ее пытаются применить различные научные группы по всему миру. В США даже создан альянс Solid State Energy Conversion (SECA), который занимается ускорением промышленной интеграции подобных технологий.
Однако до сих пор основной сферой применения такой конструкции были стационарные установки мощностью от 1 кВт. Стоимость установок получалась довольно внушительной, так что продукт не получалось сделать массовым.
Создателям Топаза удалось существенно удешевить производство высокотемпературных топливных элементов и сделать их применимыми в мобильных кейсах.
Вместо так называемой планарной (плоской) топологии элемента они использовали трубчатую систему и значительно сократили размер этих трубок.
Основа — анод — имеет цилиндрическую форму. Его диаметр 3 мм, а оптимальная длина — 10 см. Трубка покрыта несколькими разными слоями керамики, которые обеспечивают ее работоспособность в качестве топливного элемента. Толщина стенки трубки (включая все слои) — около 0,5 мм.
К такой форме трубок пришли не сразу. Этому предшествовала целая серия экспериментов с экзотическими формами и поверхностями. Пробовали, например, форму трилистника (трубку, поперечное сечение которой напоминает трилистник). Но стоимость нанесения равнотолщинного газоплотного слоя электролита на трубку экзотической формы в разы выше — для этого необходимо использовать дорогое оборудование, чистые комнаты или специальные атмосферы. И даже несмотря на такую подготовку, в производстве остается много брака, что делает итоговый результат еще дороже.
А с цилиндрической формой все проще. В ходе производства основу просто окунают в условные ведра с разными суспензиями прямо на воздухе, нанося до шести слоев разных материалов, а потом одновременно спекают их все в печи. Используемые суспензии — это керамические порошки с растворителем. Они подобраны по составу таким образом, чтобы с учетом вязкости и смачивания поверхности после запекания и выжигания растворителя образовывать слои нужной толщины. При этом часть слоев остаются рыхлыми, а один из них — газоплотным, чтобы предотвращать смешивание топлива и воздуха.
Конечно, в гараже на коленках такое не соберешь — нужны лабораторные условия. Например, «ведра» с суспензиями керамических порошков, в которые окунают трубки, герметичны, чтобы минимизировать попадание пыли. Плюс рецепты суспензий, как и топология установки, — ноу-хау. Топливные элементы чувствительны к дефектам поверхности. Но за счет рецептуры и толщины пленки ее качество повысили, чтобы снизить долю производственного брака, который нельзя отследить простыми средствами.
С одной небольшой трубки можно снять не такую уж большую мощность — всего около 1 Вт. Но их можно соединить параллельно и создать топливный элемент много большей мощности.
Как оказалось, маленькие трубки имеют целый ряд преимуществ. Они не требуют подготовки к работе и длительного разогрева, обеспечивают большую удельную мощность с единицы поверхности. И они механически прочные — настолько, что генератор можно использовать в носимых устройствах и на мобильном транспорте, например в электросамокатах.
Удлинение или увеличение толщины трубки ведет к ухудшению механических свойств, поэтому до сих пор технологию не пытались применять к портативным устройствам.
А еще на длинных трубках появляется проблема эффективности снятия тока с элемента — чем она длиннее, тем больше потери на транспорте зарядов вдоль ее оси.
Маленькие трубки можно соединять параллельно, тем самым увеличивая мощность установки. Правда, оказалось довольно сложно закрепить трубки внутри топливного модуля герметично, но так, чтобы они не ломались. В отличие от существующих на рынке разработок, для «Топаза» решили не использовать специальный клей, а проработали технологию закрепления и герметизации трубок «насухую», которая также позволяет снимать с них ток. На ее разработку ушло почти два года.
В итоге одна батарея представляет собой набор трубок, соединенных параллельно, дополненный реформером и другими блоками. Во время работы подготовленное топливо подают внутрь батареи — в трубки, а снаружи сборку обдувают воздухом при помощи вентилятора — так вырабатывается электрический ток.
Протекающая химическая реакция определяет напряжение, а площадь поверхности трубки — силу тока, который она вырабатывает. Всем этим управляет блок электроники, которая следит за поддержанием постоянной температуры работы установки и дозирует топливо.
С газами все как бы просто, а вот возможность работы на жидком топливе пока отрабатывают — тут нужна несколько иная работа реформера. А еще под каждый вид топлива необходимо менять настройки: варьировать сочетание объема газа, подаваемого внутрь трубки, и воздуха, который обдувает трубку снаружи — банально разное количество молекул кислорода необходимо для окисления одной молекулы топлива. Сейчас замену вида топлива делают перепрошивкой электроники, но в перспективе можно заложить варианты в профили настроек и дать пользователю возможность переключаться между ними.
Выхлоп, повышение КПД и стоимость выработанной энергии
Трубка имеет небольшую длину, поэтому все молекулы топлива окислиться не успевают. Не прореагировавшее топливо выходит из трубки в блок дожигателя, где утилизируется. В этом блоке также происходит окисление без открытого пламени, но уже без выработки электрического тока.
Вся энергия остатков топлива уходит в тепло, которое используется для подогрева реформера и самих топливных трубок.
Чтобы эффективнее использовать это тепло, а заодно защищать потребителя от воздействия высоких температур, вокруг корпуса топливного элемента укладывают специальную теплоизоляцию.
Остаточного тепла, которое вместе с выхлопом поступает в атмосферу, совсем немного. Состав этого выхлопа — водяной пар и CO2. Для установки мощностью 100 Вт содержание CO2 в выхлопе соизмеримо с долей углекислого газа в воздухе, выдыхаемом одним человеком (примерно 4,5%). В теории для повышения КПД установки в больших модульных установках тепло этого выхлопа можно использовать для вращения дополнительной турбины или обогрева других объектов, например домов или отдельных помещений.
Учитывая невысокую стоимость производства генератора, стоимость энергии (кВт·ч), выработанной им, в основном определяется стоимостью самого топлива. В отдельных кейсах ее можно приблизить к стоимости кВт·ч из розетки. Например, гипотетическая установка мощностью 250 кВт, работающая на природном газе из газопровода, с учетом амортизации в течение 10 лет обеспечит стоимость кВт·ч на уровне 5 руб. Это на порядок меньше, чем стоимость энергии, выработанной при помощи дизель-генератора.
Мощность и ее масштабирование
Взяв больше трубок, можно добиться нужной мощности. Для этого трубки собирают в модули по несколько десятков штук.
Количество модулей при необходимости можно наращивать практически неограниченно.
При этом модули подключают независимо друг от друга, так что и менять их можно без остановки всей электростанции.
Масштабирование установки поднимает вопрос о способе плотной упаковки трубок внутри модуля. Сейчас в сборке трубки не касаются друг друга — это помогает при обдуве кислородом использовать всю площадь поверхности катода. Возможно, в больших установках будет эффективнее укладывать трубки в ряды, оставляя зазор только между рядами (трубочно-планарная геометрия). Это несколько сократит мощность, снимаемую с каждой трубки, зато позволит разместить больше трубок в том же объеме.
А вот сокращать мощность установки ниже определенного предела нерентабельно.
Парни из InEnergy говорят, что использовать меньше 40 трубок неэффективно — тепла, вырабатываемого в дожигателе, просто не хватит на то, чтобы поддерживать температуру внутри реформера и на самих топливных трубках. На подогрев придется тратить дополнительную энергию (забирать часть выработанного электричества), что снизит общий КПД.
Холодный пуск и ресурс
Чтобы выйти на основной режим работы, после старта топливный элемент с помощью специальных катализаторов разогревается самостоятельно, а дальше электроника помогает поддерживать эту температуру, используя энергию из дожигателя. Особенность этих процессов такова, что количество перезапусков устройства ограничено. Каков ресурс — пока до конца не понятно, поскольку испытания еще не закончены. В версии, которая будет выпущена на рынок, инженеры ориентируются на 1000 перезапусков и более, иначе устройство потеряет свою коммерческую привлекательность.
Ограничение на количество перезапусков связано с ресурсом катализаторов и никак не влияет на длительность непрерывной работы. Этот срок довольно большой, но какой точно — до конца испытаний тоже неизвестно. Аналогичные разработки в Японии имеют гарантийный срок эксплуатации 90 тыс. часов — это 12 лет непрерывной работы. Сколько времени установка с тонкими трубками будет работать в разных условиях, в том числе в мобильном исполнении или в суровом климате Крайнего Севера, предстоит выяснить. Пока в реальной длительной эксплуатации находится только одна установка, ее наработка уже порядка 5 тыс. часов.
Чем все закончится…
Года через два InEnergy планирует запустить опытное производство с тиражом несколько тысяч изделий в год. Но это как бы их декларируемые планы. Нюанс в том, что для перехода от стадии НИОКРа и пяти прототипов к массовому производству нужно очень много денег. Это как если бы у вас был на руках фантастический рецепт идеальной «Колы» и оставалось «лишь» построить цеха, установить дорогое разливочное оборудование, нанять людей и запустить все производственные процессы. Сущие «мелочи».
Скорее всего, этот проект будет наполовину профинансирован через НТИ. Он оказался в шорт-листе среди прочих, которые подавались на Архипелаг (это такой проектно-образовательный интенсив). В этом же шорт-листе много всего интересного, и есть пара компаний, о которых мы уже рассказывали: то были интервью с Robbo и iPavlov. В этот раз ребята из Robbo начали создавать многофункциональную образовательную платформу, а iPavlov готовит широкое внедрение разговорного AI везде где только можно. Мне лично тема кажется актуальной, уже начала вытаскивать подробности из их разработчиков. Надеюсь, будет интересно не только мне.
Комментарии (74)
GDragon
27.07.2022 18:57+1"использовать меньше 40 трубок нерентабельно" сразу вопрос, а 40 трубок сколько выдает то?
Киловатт? Два? Десять?
Компактное устройство показанное на фото сколько выдает?
Как насчет долговечности трубок? При химических реакциях как правило страдает кто то из пары анод-катод.
Замена оперативная или "выкинь устройство целиком и купи новое"?
Честно говоря статья оставляет странное послевкусие, как в очередной раз рекламу струнного транспорта прочитал.
LightTool
27.07.2022 20:21+1там вроде написано, что одна трубка дает около ватта, базовый модуль - 100 вт. устройство на фото, как написано под ним, с базовым модулем. у японцев долговечность заявлена в 90 тыс. часов...
GDragon
27.07.2022 20:57+1Да, увидел.
На самом деле весьма перспективное для чего нибудь вроде старлинка (терминал в базе потребляет до 180 вт)
hudenkih
28.07.2022 10:47+2Так получилось, что некоторое время назад изучал данный предмет. У меня после прочтения еще вопросы появились.
Цитата: "Например, гипотетическая установка мощностью 250 кВт, работающая на природном газе из газопровода, с учетом амортизации в течение 10 лет обеспечит стоимость кВт·ч на уровне 5 руб. Это на порядок меньше, чем стоимость энергии, выработанной при помощи дизель-генератора".
Если тот же природный газ загнать в газопоршневой генератор - стоимость выйдет 1,7 - 2,5 р./кВт*ч.
По ресурсу - очень большую работу нужно проводить по материалам электродов, пока дольше 5 лет не живут и это очень сложные Mo-Co-FeO-Ni.
Я остановился на схеме с термоакустическим двигателем Стирлинга. Ресурс 100 т.ч. КПД правда чуть ниже, но с учетом стоимости кВт*ч с амортизацией получится интересней.
phaggi
28.07.2022 12:17А что, термоакустические где-нибудь вышли в промышленное производство? То, что читал некоторое время тому назад, было очень сырым прототипом «из желудей и спичек» и эффективностью паровоза Черепанова. И, как все Стирлинги, крайне материалоёмко.
Поделитесь ссылками, пожалуйста.
hudenkih
28.07.2022 13:45+1http://www.aster-thermoacoustics.com/
Это Нидерланды. Есть еще американский стартап. Можно найти..
phaggi
28.07.2022 14:46Спасибо, но есть нюанс… эта хреновина, что монтируют на фото, это термоакустический ХОЛОДИЛЬНИК. Т.е. он потребляет выработанную солнечными панелями электроэнергию и перекачивает тепло. Я понимаю, что в принципе со Стирлингом можно и наоборот, но к.м.к. не в данном конкретном случае.
Но сам факт, что такие монстры уже строят - это, несомненно, плюс.
hudenkih
28.07.2022 13:49По материалоемкости согласен. Так и высокотемпературную топливную ячейку, которую надо на год сразу включать с собой не поносишь.
qyix7z
29.07.2022 13:21Если тот же природный газ загнать в газопоршневой генератор — стоимость выйдет 1,7 — 2,5 р./кВт*ч.
Это только затраты на газ или вместе с кап. затратами ака амортизация?
Вообще заявление:с учетом амортизации в течение 10 лет обеспечит стоимость кВт·ч на уровне 5 руб
очень хитрое. Даже если не оглядываться на спорный ресурс в 5/10 лет, хотелось бы отдельно взглянуть на условно-постоянные и условно-переменные расходы. Сколько там г.у.т./кВт*ч? (Вопрос, разумеется, не к Вам, а к Топазу). Выглядит, как замешали всё вместе, да накинули ресурса, чтобы получить вполне не пугающие 5 руб.hudenkih
30.07.2022 00:22Я в 2013 г. считал себестоимость Квт.ч ГПУ 800 кВт - 1 МВт с зарплатами, амортизацией, топливом, маслом и т.д. Выходило 1,7 руб/кВт.ч. Все из-за дешевого магистрального газа в сравнении с другими вариантами. Сравнение "Топаза" с дизельным вариантом некорректно просто из-за огромной разницы в стоимости самого топлива.
qyix7z
30.07.2022 06:00Ну почему не корректно. Если все затраты правильно учесть (а Вы верно учитываете, я просто уточнял, что включено в конечную цифру), то нормальное сравнение установок на разных вида топлива. Просто дизель проигрывает газу :)
hudenkih
30.07.2022 09:56Да было бы корректно если бы сравнивали Топаз с другим устройством для выявления достоинств, а не дизель с газом. Статья ведь про Топаз..
snowytoxa
27.07.2022 19:29+1Надеюсь у них все получится. Мне бы лично было интересно узнать подробнее о ТТХ "туристического" варианта. LPG гораздо лучше подходит для длительного хранения чем диз топливо для генератора, что, в случае использования в качестве резерва, выглядит очень интересно.
И вопрос в зал, какие существуют доступные на рынке аналоги и альтернативы?
Sancho_SP
28.07.2022 09:21Доступные на рынке альтернативы - мобильные бензиновые генераторы. Есть дешевые китайские поделки, например 800 Вт и 9 кг. Есть ещё компактнее, (5-7 кг), но намного дороже.
А тут у нас в 3 кг 100 Вт. Если хотим 200 Вт, то уже проще и дешевле генератор.
Отсюда и комментарий в статье, что минимальная мощность ограничена. Так то 30 Вт, 1 кг и питание от баллона плитки уже не имеет альтернатив.
Soorin
28.07.2022 10:27+1На рынке достаточно давно доступны (и востребованы) ещё такие промышленные газоэлектрогенераторы, как ГТЭГ. Тоже для случая, когда кроме газа на сотни километров вокруг нет ничего. http://ecogenthermoelectric.com/ru/gteg-500.html
Sancho_SP
28.07.2022 10:36+1А в чем фишка? На газе отлично работает любой двигатель внутреннего сгорания (и чёт мне кажется стоит дешевле на порядки).
slavius
28.07.2022 12:30Не требует обслуживания и того-же масла, например. На газодобыче очень пригодиться.
Sancho_SP
28.07.2022 14:11Если генератор резервный, то он обслуживается планово и редко.
Если генератор основной, то на той же газодобыче таких тумбочек по 500 вт понадобится пара вагонов. А стоят они ой-йой.
Soorin
28.07.2022 20:03Понадобится, да. А какие варианты? Тянуть ЛЭП? Тут и стоимость генераторов подходящая получается - в сравнении. Если что-то нужно позарез для производства и альтернатив не находится - затраты на оборудование и т.п. просто включаются в себестоимость продукции.
Sancho_SP
28.07.2022 21:26Вариант - генератор с двигателем внутреннего сгорания на том же газе) ну гляньте стоимость этих газовых термоэлементов то)
qyix7z
29.07.2022 13:36+1Если бы в сабже не было вентиляторов (вращающихся механизмов), вот тогда был убер-девайс в части обслуживания. А пока что-то крутится, нельзя сказать «Не требует обслуживания».
lab412
27.07.2022 19:43то-есть чтобы записать мой домашний комп надо будет поставить 3 такие подстанции которые займут место как вся моя квартира?? как то великоват девайс... вообще для домов (не квартир) подводят 15кВт - а это значит что можно такие штуки вместо забора использовать, еще и соседей огородишь на пол-улицы чтобы себя запитать только
cofein51
27.07.2022 22:18Подводят, когда оплатите установку столбов и прокладки кабелей от подстанции до вашего дома.
Так что, не всё так однозначно. К тому же есть дома "в лесу" (точнее очень далеко основных домов, на пример на водохранилище, по среди тайги) тоже не имеют подвода электричества.
UrsusPuh
29.07.2022 11:23В лесу посреди тайги, где не проведено электричество, обычно не проведён и газ. Подвести газ разве дешевле и проще, чем электричество?
Разве что будет сделан вариант на дровах )))
qyix7z
29.07.2022 12:27когда оплатите установку столбов и прокладки кабелей от подстанции до вашего дома.
15 кВт за 550р. И плевать, сколько столбов от подстанции.
kovserg
29.07.2022 13:45Было решено что нужно больше золота: Подключение к электросетям для населения может подорожать почти в 140 раз.
Дрова, было бы хорошо, но тут есть засада.
qyix7z
29.07.2022 15:05+1Подключение к электросетям для населения может подорожать почти в 140 раз.
Вы по ссылке-то сами ходили?
Для Вас выделил жирным ключевое слово.В случае одобрения нововведение может вступить в силу 1 июля 2022 г.
На дворе уже 29.07, а пп. 1) п. 7 Приказа ФАС 1135 все еще содержит «550».
Кроме того, не выиграл, а проиграл, не в 140 раз, а всего в 9 для физиков. Да и эти 5000, как и 550, не покрывают даже затрат на «бумагу/чернила» для сетевых по техприсоединению физиков. Это вопрос не экономический, а политический.
Про дрова и НАМИ-012, извините, не понял совсем.kovserg
29.07.2022 15:30Про дрова: не смотря на доступность дров, за их бесплатную добычу могут посадить.
Помимо паровых грузовиков еще газогенераторные на дровах были.
Еще есть вариант использовать энергию проточной воды, но нужен ручей или река поблизости.qyix7z
29.07.2022 15:57+1Про дрова: не смотря на доступность дров, за их бесплатную добычу могут посадить.
Это все я понимаю. Я не понимаю при чем тут дрова и паровые грузовики с ручьем к моему каменту о стоимости техприсоединения.
Помимо паровых грузовиков еще газогенераторные на дровах были.
Еще есть вариант использовать энергию проточной воды, но нужен ручей или река поблизости.
Sancho_SP
28.07.2022 09:233-4 модуля по 100 Вт, массой 10 кг. Небольшая такая квартирка-то)
lab412
28.07.2022 14:04вообще то 30-40 модулей. где вы видели комп кушающий 300-400Вт? у меня не ноутбук а графическая станция...
Sancho_SP
28.07.2022 14:09+3Тогда не могу не уточнить:
Почему владея графической станцией на 4квт Вы живете в квартире объёмом 200 литров?
В какой мыслимой ситуации может понадобиться питать графическую станцию от автономного генератора и вообще ей пользоваться там, где нет электросети (но есть газ)? :)
kovserg
27.07.2022 20:23+1Насколько я помню, там в качестве катализатора используется платина, которая не позволяет сделать дешево и сердито.
Sancho_SP
28.07.2022 09:25Из текста не ясно, где именно платина. В самом элементе, или только в разжигателе.
Так то на первый взгляд не вижу проблемы стартовать от электрического нагрева (от аккумулятора или от одного дежурного модуля)
developer7
27.07.2022 21:40+2Не знаю как в этой топливной ячейки, но судя по всему раз использует платиновый катализатор, то то же всё плохо.
Смотрел русского экспериментатора Игоря Негода, и в одной из серий он экспериментировал с водородной топливной ячейкой. И как оказалось это очень чувствительная вещь, требующая для своей работы чистейшего водорода. Игорь раздобыл чистый водород, что не помешало этой ячейке, ценой тысяча и более $, безвозвратно деградировать за пару раз использования.Sancho_SP
28.07.2022 09:27+1Да в принципе вопрос очистки поверхности останется открытым. С любым топливом так или иначе идут какие-то примеси, которые будут загрязнять поверхность.
VT100
27.07.2022 21:46+2Интереснее всего — научились ли они окислять в ТЭ углерод без сажи? Или из риформера, как и раньше, идёт почти один водород.
furtaev
28.07.2022 00:29+1Изящное - это РИТЭГ, а этой вашей кочегарке нужен газопровод, судя по фото.
BigBeerman
28.07.2022 06:41+1чего ж там изящного, КПД как у паровоза. КПД этого чудо-девайса неизвестен, но всяко повыше
kovserg
28.07.2022 10:25+1120Вт — 2тонны, норм можно ноутбук зарядить. Плюс кто-нибудь не так утилизирует или повредит оболочку и отчуждение территорий. Особенно перспективно такое в москвах, в муравейниках. Лучше уж небольшие атомные реакторы по 30МВт.
blind_oracle
28.07.2022 10:31+1Весь зонд New Horizons весил 470кг, а там РИТЭГ на 250вт, так что он сильно легче. Но рядом с ним сидеть у костра такое себе...
fndrey357
28.07.2022 06:01+1Интересная целевая группа потребителей - газопровод есть, электролинии нет....
Halt
28.07.2022 08:11+5Мне вот интересно, что делать с меркаптановым одорантом, который подмешивают в бытовой газ на ГРС? В обычных условиях он разрушается в пламени горелки, тут же, насколько я понимаю, гореть ничего не будет. Стало быть и одорант продолжит вонять, радуя окружающих своим непередаваемым ароматом. Каталитическое дожигание?
qyix7z
29.07.2022 12:25бытовой газ на ГРС
Не только. В промышленном газе тот же одорант. Собственно газ один, и нормы одни и те же. Бытовой он только по цене.
Но вопрос очень верный.
UPD.
Думаю, ответ на вопрос здесь:прореагировавшее топливо выходит из трубки в блок дожигателя, где утилизируется
Ну и часть меркаптана прореагирует в трубках, ибо:В теории такой элемент может окислять любое топливо
MikeVC
28.07.2022 08:12+4Сам использую всякие каталитические грелки, паяльник и прочее подобное. Даже делал собственные каталитические смеси на основе оксидов хрома, кобальта и прочих.
Так вот. СО2 и водичка на выходе это только теория. Они воняют. Даже на платине катализаторы воняют. А еще, газ сам плохого качества. Сам воняет и отравляет катализаторы.
mikelavr
28.07.2022 09:15Как осуществляется регулировка мощности? В реальной жизни потребление прыгает в широких пределах.
В случае использования в качестве резервного источника электричества большой проблемой станет ограниченное количество перезапусков. И скорее всего, заметное время для выхода установки на режим. Возможно ли поддерживать ее в горячем резерве, когда электричество не вырабатывается, но внутри поддерживается рабочая температура?
T-minus
28.07.2022 10:48Есть проекты для создания автономного энергопотребления. Ряд подобных компаний уже несколько лет работают. Немецкая компания HPS Picea производит установку, которая в домашних условиях производит водород, хранит его (до нескольких МВТч) и потом с помощью топливных элементов производит электричество и тепло (для нагрева воды, отопления, КПД 90%) Это позволяет сделать дом автономным по электричеству и уменьшить расход по теплу (хотя при увеличении числа солнечных панелей можно сделать дом полностью автономным. Продано уже 200 установок. Цена достаточно высокая - 80к евро. Но там еще батарея на 15 кВтч, система вентиляции, котел.
Markscheider
28.07.2022 11:05Поясните, пожалуйста, по поводу старта (вроде бы не нашел ответа в статье).
Допустим вводная: установка стоит, не работает, топливо есть, а вот источника электричества - нет. Как я понимаю, чтобы запустить агрегат, надо покрутить вентиляторы (нагнетатели), дать питание на схему управления... Установлено что-то вроде аккумуляторного блока? Или "кривой стартер", как в ДВС? :)LightTool
28.07.2022 12:07глянул на сайте у разработчика - похоже, там везде стоят аккумуляторные блоки, которые компенсируют изменения нагрузки в большую и меньшую стороны, а за одно хранят энергию для запуска
alexhott
28.07.2022 11:36+2Топливные элементы есть давно и серийные и можно купить побаловаться.
Проблемы 2
1 Сильно дорого, в статье кстати намеренно даже порядок стоимости не указан?
2 Высокие требования к чистоте топлива. В том же газе примесей много, и ресурс вместо 50 тыс. часов, сильно снижается. Причем если примесь "удачно" прореагирует с материалами топливного элемента, то убъет его за считанные часы.Эти проблемы эффективно решить пока не смог никто.
T-minus
28.07.2022 12:10+1Надо понимать, что существуют несколько типов топливных элементов. PEM элементы, которые работают на чистом водороде с рабочей температурой 80-100С и которые, действительно, более чувствительны к примесям (примеси ухудшают работу катализатора) и SOFC, которые работают на разном топливе и особой проблемы с примесями нет. Что касается цены, то цена очень сильно зависит от объема производства. При большем распространении цена должна быстро падать. Есть анализ для PEM. Для такой динамично развивающейся отрасли 5 лет это много и анализ староват, но порядок можно посмотреть. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f34/fcto_sa_2016_pemfc_transportation_cost_analysis.pdf стр 33, например
VT100
28.07.2022 21:08Для такой динамично развивающейся отрасли 5 лет
RLY? По описаниям, КМК, топливные элементы на том же уровне, что и лет 40 назад. А ballard.com — вообще поставлял ТЭ ещё для космических кораблей Apollo.
T-minus
29.07.2022 00:07VT100
29.07.2022 22:28Будьте любезны предоставить синопсис. Из слов "hydrogen-energy" в ссылке можно предположить, что это банальный, но непросто получаемый водород. У которого вагон трудностей с хранением (проницает всё) и применением (охрупчивает многие констструкционные материалы).
Что касается "40 лет назад", то уже тогда писали в научпопе — "вот если бы и углерод окислять, как водород, — вот на всеядном ТЭ всё бы и заколосилось".
По факту — сколько энергии метана-этана-пропана-бутана пропадает на сбрасываемом из риформера оксиде(?) углерода?T-minus
30.07.2022 08:45Водород проникает сквозь все все как радиация - это народный фольклор. Он диффузирует в твердые металлы при очень высоком давлении (как в магистральных трубопроводах) В 1998 году на территории химического завода при сносе были найдены два баллона водородом, которые пролежали там с 1937 года. Это предприятие поставляло водород для дирижаблей, но потом их перестали использовать и баллоны куда-то завалились. Они были полные, то есть водород никуда не делся. https://www.wenger-engineering.de/wp-content/uploads/Wasserstoff_kompendium-003.pdf стр 13. А вообще, его можно хранить под землей https://innovation.engie.com/en/articles/detail/hydrogen-underground-storage-salt-caverns/25906/general и получать его можно десятком способов, включая из пластмассовых отходов, вместо того, чтобы они миллионами тонн в океане плавали. Цена примерно доллар за килограмм.
semennikov
28.07.2022 12:11Мне конечно сложно давать авторитетные комментарии, но в тексте есть ссылка что их генератор уже отработал 5 тыс часов, а это значить что он не очень чувствителен к примесям
tormozedison
29.07.2022 13:57Для уличных музыкантов идеально. То, чем они пользуются сейчас, приходится менять каждые 500 часов. Да, расходы отбиваются многократно, но всё же.
John_Balag
29.07.2022 14:00Так всё же: каков КПД установки в итоге? Например, у бытовой газогенераторной электростанции КПД в районе 47%. Понятно, что КПД сильно зависит от размера и мощности установки. Проводились ли такие расчеты?
qyix7z
29.07.2022 15:13+2Например, у бытовой газогенераторной электростанции КПД в районе 47%.
Извините, я по ссылке прочел совсем другое:Электростанции данного вида – самое эффективное оборудование для производства электрической энергии в больших диапазонах мощностей (до 100 МВт). Их коэффициент полезного действия достигает 47 процентов.
Вот на 100 МВт поверю в КПД 47%. Но 100 МВт никак нельзя назвать бытовой электростанцией. Господин учитель в школе для электрика передергивает.John_Balag
29.07.2022 16:30Простите, я зацепился за цифру в 47%. Значит у бытовых электростанций КПД порядочно ниже. Допустим около 30% (если по полному циклу считать: сколько энергии топлива першло в тепловую энергию, далее в механическую, далее в электрическую).
Вот теперь интересно - описываемая в статье установка каким КПД обладает?
kovserg
29.07.2022 17:38гипотетическая установка мощностью 250 кВт, работающая на природном газе из газопровода, с учетом амортизации в течение 10 лет обеспечит стоимость кВт·ч на уровне 5 руб
Можно прикинуть:
Q(газа)=33МДж/м^3
1кВт*ч=3.6МДж
V=5руб/9.05руб/м^3=0.55м^3
КПД = 1кВт*ч/(V*Q)=3.6/(33*0.55) = ~20%
То есть еще 1.2МВт тепла для отопления что-нибудь будет. И газа надо всего почти на 900тыс в месяц. Сплошные плюсы.qyix7z
30.07.2022 06:09V=5руб/9.05руб/м^3=0.55м^3
Вы вот здесь посчитали, что все 5 рублей ушли на газ, а тамс учетом амортизации
В статье недостаточно данных ни чтобы сделать вывод о КПД, ни чтобы сделать вывод об амортизации.T-minus
30.07.2022 08:14А зачем КПД высчитывать. У SOFC он 60+%
qyix7z
30.07.2022 08:37А и действительно, зачем у меня отдел из трех человек сидит и ежедневно считает КПД электростанции?
T-minus
30.07.2022 09:01Так это характеристика, которую сообщает производитель. Она может меняться в зависимости от нагрузки, скажем от 55 до 65, но опять же это все указано. А если выделяемое тепло использовать для отопления и горячего водоснабжения, там кпд близкий к 90%. То есть дома ты включаешь свет, производится электричество и заодно нагревается вода. Это даже не теоретические рассуждения, такие системы есть, я выше писал.
MAXH0
Надеюсь, лет через 5 появятся такие генераторы российского, а не китайского производства.
Написано вкусно, но это, как с более емкими аккумуляторами на технику - анонсов много, а в продаже и не планируется.
Sancho_SP
Если они китайские, то можно дальше не думать. Лучше классический генератор, произведённый здесь, чем вот такой импортный.