Многие из нас (особенно жители частных домов) хотели бы иметь собственный, персональный электрогенератор и быть независимыми от существующих коммунальных структур. Было бы классно поставить у себя во дворе ветряк или сделать крышу своего дома из солнечной батареи и даже не подводить электропроводку. И вроде бы современные технологии могут предоставить достойные устройства электрогенерирования (современные солнечные батареи уже имеют приемлемый КПД и срок эксплуатации, к ветрякам также критичных замечаний нет), но системы накопления и хранения электроэнергии, чаще всего представленные аккумуляторными батареями, имеют ряд существенных недостатков (высокая стоимость, низкая емкость, короткий срок службы, плохие эксплуатационные характеристики при низких температурах и т. д.). И эти недостатки делают всю концепцию индивидуальных, возобновляемых источников электроэнергии, непривлекательной для рядовых граждан.
В этой статье предлагаю познакомиться с концепцией индивидуального водородного накопителя электроэнергии, который, в некоторой перспективе, может заменить классические аккумуляторные батареи.
Примечания
- Все представленные схемы и изображения носят исключительно концептуальный характер, при проектировании инженерной модели обязательно надо будет пересмотреть все размеры и конструктивные особенности компонентов устройства;
- Я допускаю, что где-то описаны аналоги представленного устройства, даже возможно есть коммерческие образцы, но я ничего подобного не нашел.
Общая концепция (принцип работы)
Несмотря на то, что конструкция получилась весьма громоздкой, принцип работы устройства достаточно прост. Поступающий от возобновляемого источника (солнечная батарея, ветряк и т. д.) электрический ток, подается на две электролизные камеры (A), где в результате процесса электролиза начинает накапливаться кислород/водород. Полученный кислород/водород, с помощью компрессора (B) накачивается в газосберегающую камеру (С). Из газосберегающей камеры (С), кислород/водород подается на электрогенерирующие батареи (E), после чего, не принявший участие в реакции кислород/водород, а также полученная в результате реакции вода, поступает обратно в газосберегающую камеру. Полученный в результате химического объединения кислорода и водорода электрический ток поступает на трансформатор, далее на инвертор и блок управления турбиной/дренажным клапаном (H). С инвертора, электрический ток подается потребителю. Накопленная в газосберегающей камере вода, через дренажный механизм (F), поступает в накопительный бак (G) и обратно в электролизные камеры.
Далее, предлагаю более подробно рассмотреть механику работы компонентов системы.
Электролизная камера
Основное назначение — выработка и первичное накопление кислорода/водорода, и его передача в компрессор.
Поступающий на контакт (A) электрический ток, попадает на электрод (С) где и начинается процесс электролиза воды в камере. Газ, постепенно накапливаясь в верхней части камеры и попадая непосредственно к компрессору через отверстие (E), выталкивает воду через отверстие (B), обратно в бак. Таким образом происходит первичное накопление газа, перед его закачкой в газосберегающую камеру компрессором. Весь процесс первичного накопления газа контролируется оптическим (лазерным) датчиком (D), показания которого передаются на контролирующее устройство.
Компрессор
Основное назначение — накачка полученного в результате электролиза газа, в газосберегающую камеру.
Газ (кислород/водород) из электролизной камеры поступает в камеру компрессора через клапан (A). Когда газ в камере компрессора накапливается в достаточном количестве (сигнал об этом поступает с оптического датчика электролизной камеры), активируется электродвигатель (F) и с помощью поршня (С), накопленный газ накачивается в газосберегающую камеру через клапан (B).
Наличие компрессора позволяет создать в газосберегающей камере определенное давление, что позволяет повысить эффективность работы электрогенерирующих ячеек.
Очень важно рассчитать конструкцию компрессора (мощность двигателя, передаточное отношение редуктора, объем камеры компрессора и т. д.) таким образом, чтобы компрессор мог полноценно работать (создавать необходимое давление) от энергии возобновляемого источника питания.
Система управления подачей электроэнергии
Основное назначение — управление процессом генерирования и накопления газа (кислород/водород), полученного в результате электролиза.
В исходном состоянии, устройство подает напряжение источника питания (D), на электроды электролизных камер (B). В результате, в электролизных камерах начинает образовываться и накапливаться газ, а уровень воды постепенно уменьшается. Как только один из оптических датчиков уровня воды (С) покажет, что достигнут нижний предел (т. е. газа в электролизной камере накопилось достаточно), устройство должно отключить подачу напряжения на электролизные камеры (B) и задействовать один из электродвигателей компрессора (A), выполнив один полный цикл работы поршня. В случае, если нижний уровень воды достигнут одновременно в 2-х электролизных камерах, то устройство должно обеспечить последовательную работу компрессоров (иначе, напряжения источника может не хватить для выполнения цикла работы компрессора). После завершения цикла работы компрессора, устройство должно вернуться в исходное состояние и подать напряжение на электроды электролизных камер.
Газосберегающая камера
Основное назначение — накопление, хранение и подача газа (кислород/водород) к электрогенерирующим батареям.
Газосберегающая камера — это баллон с набором отверстий, через которые газ поступает в камеру (С), подается на электрогенерирующие батареи (A) и возвращается от них (B), а также обеспечивается вывод воды из системы (D). Объем газосберегающей камеры прямо пропорционально влияет на способность системы накапливать энергию, и ограничен только физическими размерами самой камеры.
Турбина
Основное назначение — обеспечение циркуляции газа (кислород/водород) в электрогенерирующих батареях.
Газ, из газосберегающей камеры, попадает в камеру устройства из отверстия (B). Далее, с помощью лопастей турбины (С) и центробежной силы, газ нагнетается в выпускное отверстие (A). Работа лопастей турбины (С) обеспечивается с помощью электродвигателя (D), питание на который подается через разъем (E).
Турбина, пожалуй, самый сомнительный модуль из всей концепции. С одной стороны, мои скудные познания в химии говорят, что циркулирующие реагенты гораздо лучше вступают в химические реакции. С другой стороны, я не нашел ни подтверждения, ни опровержения того, что активная циркуляция газа повысит эффективность электрогенерирующих ячеек. В итоге я решил предусмотреть данное устройство в конструкции, но его влияние на КПД работы системы надо проверить.
Электрогенерирующая батарея
Основное назначение — обеспечивает выработку электрического тока из процесса химического объединения кислорода и водорода.
Кислород и водород, попадая в соответствующие камеры через отверстия (A) и (B) вступает в латентную химическую реакцию, при этом на электродах (E) образуется электрический ток, который передается потребителю через контакты (F) и (G). В результате химического объединения кислорода и водорода, в кислородной камере будет образовываться большое количество воды.
Пожалуй, самое любопытное устройство. При подготовке конструкции этого модуля я пользовался публичной информацией предоставленной на сайте компании Honda (в момент написания статьи, ссылок было несколько, в том числе и на документы, но в момент публикации, рабочей осталась только одна).
Основная проблема в том, что Honda предлагает использовать в качестве электродов (E) платиновые [Pt] пластины. Что делает всю конструкцию непомерно дорогой. Но я уверен, что вполне реально найти значительно более дешевый (народный) химический состав для электродов электрогенерирующих ячеек. На крайний случай, всегда можно сжигать водород в двигателе внутреннего сгорания, но при этом значительно упадет КПД всей конструкции, а сложность и стоимость вырастет.
Дренажная система
Основное назначение — обеспечение вывода воды из газосберегающих камер.
Вода, поступая через отверстие (A) в камеру дренажной системы, постепенно в ней накапливается, что фиксируется оптическим датчиком (B). По мере наполнения камеры водой, управляющая система (D) открывает задвижку (С) и вода выходит через отверстие (E).
Важно предусмотреть, что при отсутствии питания, задвижка должна закрываться (например, при возникновении внештатной ситуации). В противном случае, возможна ситуация когда большие объемы водорода и кислорода попадут в отстойник, где может произойти детонация.
Отстойник для воды
Основное назначение — накопление, хранение и дегазация воды.
Вода из дренажной системы через отверстия (B), попадает в камеру где происходит её дегазация путем отстаивания. Высвобожденная смесь кислорода и водорода выходит через вентиляционное отверстие (A). Отстоянная и готовая к электролизу вода, подается в электролизные камеры через отверстие (С).
Стоит отметить, что вода поступающая из дренажной системы будет сильно насыщенна газом (кислород/водород). Обязательно необходимо реализовать механизмы дегазации воды, перед её подачей в электролизные камеры. Иначе это скажется на эффективности и безопасности работы системы.
Управление электрогенерацией (стабилизатор, инвертор)
Основное назначение — подготовка выработанной электроэнергии к подаче потребителю, питание и управление дренажной системой и турбинами.
Поступающее от электрогенерирующих ячеек напряжение (A), подается на трансформатор/стабилизатор, где оно выравнивается до 12-ти вольт. Стабилизированное напряжение подается на инвертор и систему управления внутренними устройствами. В инверторе напряжение из 12-ти вольт постоянного тока преобразуется в 220 вольт переменного тока (50 герц), после чего подается к потребителю (D).
Управляющее устройство обеспечивает питание для дренажной системы (B) и турбин (С). Причем устройство следит за работой турбины и при повышении нагрузки от потребителя, повышает обороты, стимулируя интенсивность выработки энергии электрогенерирующими батареями.
Особенности эксплуатации
Когда с механикой работы устройства стало все более ли менее понятно, предлагаю рассмотреть особенности (ограничения) эксплуатации установки.
- Установка всегда должна находиться в перпендикулярном положении, относительно силы гравитации. Т. к. в механике работы системы широко используется гравитационное притяжение (первичное накопление газа, дренажная система и т. д.). В зависимости от уровня отклонения, от этого условия, установка либо снизит КПД, либо вообще станет неработоспособной;
- С оглядкой на предыдущий пункт (по тем-же причинам) можно сделать вывод, что для нормальной работы установки, она должна быть в состоянии покоя (т. е. должна быть установлена стационарно);
- Устройство должно работать исключительно в открытом пространстве (за пределами помещения, на улице). Т. к. установка постоянно выделяет свободный кислород и водород, в рамках закрытого пространства, это приведет к накоплению и дальнейшей детонации этих газов. Соответственно, в рамках закрытого пространства, эксплуатация устройства является небезопасной.
Недостатки представленной конструкции
Представленная в статье конструкция является 1-й версией моей идеи. Т. е. все имеет тот вид, который я изначально задумал. Соответственно, в процессе реализации концепции, я увидел определенные недоработки/ошибки, но схему переделывать не стал (т. к. это привело бы к бесконечному, итеративному процессу доработок/усовершенствований, и эта статья так и не была бы опубликована). Но пройти мимо того, что мне прям бросилось в глаза я тоже не могу, поэтому я просто кратко опишу те недоработки, которые обязательно необходимо исправить.
- Так как диффузные процессы никто не отменял, в кислородной газосберегающей камере будет появляться и накапливаться водород и соответственно, в водородной камере будут аналогичные процессы. В результате, это приведет к детонации газа в соответствующей газосберегающей камере. Такую ситуацию необходимо предусмотреть и в конструкцию газосберегающих камер необходимо добавить перегородки для гашения взрывной волны. Также, газосберегающие камеры необходимо оснастить клапанами для выпуска газа при избыточном давлении;
- В представленной конструкции нет никакого механизма индикации накопления энергии. Соответственно установка датчика давления в газосберегающей камере позволит реализовать индикацию накопленной энергии (на самом деле газа, но т. к. мы на выходе получаем электроэнергию, то опосредованно получается энергия). Также, при достижении максимального расчетного давления в обеих газосберегающих камерах, процесс газообразования можно остановить (чтобы установка не работала впустую);
- Текущая конструкция водоотстойной камеры недостаточно эффективна. Достаточно много загазованной воды будет попадать прямо в электролизные камеры, что отрицательно скажется на КПД работы установки. В идеальной ситуации, конструкцию необходимо переделать таким образом, чтобы водородный и кислородный кругооборот не пересекались (т. е. сделать два независимых контура). В более простом варианте, конструкцию водоотстойника следует сделать двухкамерной (возможно даже трехкамерной);
- Если устройство и расположение компрессора оставить без изменений, то со временем, в камере компрессора и околоклапанных трубках образуется конденсат, который снизит эффективность работы компрессора (или даже сделает его неработоспособным). Поэтому, как минимум, компрессор следует перевернуть, а в идеале, заменить механический компрессор, например, пъезоэлектрическим.
Заключение
В итоге, если я не допустил принципиальных ошибок (например, в устройстве электрогенерирующей батареи), получится устройство накопления энергии, отличающееся простотой конструкции (и соответственно надежностью) с относительно компактными размерами (в отношении ампер/часы к объему), лишенное каких либо серьезных эксплуатационных ограничений (например, работоспособность при отрицательных температурах окружающей среды). Причем, ограничения описанные в разделе «Особенности эксплуатации», теоретически, можно устранить.
К сожалению, в силу различных обстоятельств, я скорее всего не смогу собрать и протестировать описанное устройство. Но я надеюсь, что кто нибудь, когда нибудь, начнет делать и продавать что-то подобное, а я смогу это купить.
Возможно уже существуют аналоги описанного устройства, но я такой информации не нашел (возможно плохо искал).
В общем, вперед, в светлое, экологически чистое будущее!!!
Комментарии (30)
Raegdan
25.11.2015 09:31Газосберегающая камера на рендере мало похожа на баллон. Торцы газового баллона должны быть полусферами — это оптимальная форма для ёмкости под давлением, посмотрите на реальные баллоны. Толщина стенок тоже как-то маловата для газов с такой низкой Ткип, как кислород и водород, с текущими стенками максимум бутан хранить. При накачке баллона газ будет адиабатически нагреваться — надо предусмотреть охлаждение тракта накачки, или большое давление (=большая энергоёмкость) у нас не получится. Охлаждение электролизной ванны, к слову, тоже — потери при электролизе никто не отменял.
А так плюс — я водородную энергетику очень люблю. Поставить плюс не могу — нет публикаций — поэтому выражаю его словами :)Magister-Ice
25.11.2015 09:37Плиз, делайте скидку на то, что нарисован концепт, а не прототип.
Если бы я реально собирался делать устройство, я конечно все бы посчитал.
А так можно еще придраться к тому, что большая часть конструкции висит воздухе и провода не закреплены, и т. д.
Stalker_RED
25.11.2015 18:43Давайте лучше ТАРДИС построим. Концепт давно есть, а считать что-то там — не обязательно…
a5b
25.11.2015 09:40> Honda предлагает использовать в качестве электродов (E) платиновые [Pt] пластины. Что делает всю конструкцию непомерно дорогой. Но я уверен, что вполне реально найти значительно более дешевый (народный) химический состав для электродов
Это не совсем электрод, это катализатор… www.mpoweruk.com/hydrogen_fuel.htm
> Catalysts are needed to increase the rate of oxidation at the anode and the rate of reduction at the cathode. In this way they allow the chemical reaction to take place at a lower temperature. Alternatively to avoid the cost of expensive catalysts, some fuel cells are designed to work at elevated temperatures. The platinum catalyst used in PEM and some other cells is very expensive and extremely sensitive to poisoning by even small amounts of Carbon Monoxide (no more than one part per million is usually acceptable)…
… в PEMFC ячейке на базе PEM — протонообменной мембране. Такая мембрана проницаема для штучных протонов, но не для молекул газов H2, O2 или электронов.
> Splitting of the hydrogen molecule is relatively easy by using a platinum catalyst. Unfortunately however, splitting the oxygen molecule is more difficult, and this causes significant electric losses. An appropriate catalyst material for this process has not been discovered, and platinum is the best option.
> A cheaper alternative to platinum is Cerium(IV) oxide catalysator used by professor Vladimir Matolin in the development of PEMFC.
Подходящие катализаторы ищут не только среди «народных» материалов:
en.wikipedia.org/wiki/Proton_exchange_membrane_fuel_cell#Catalyst_researcha5b
25.11.2015 09:57en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
КПД PEMFC ячеек — 50–70%; систем на базе PEMFC — 30-50%, стоимость ватта генерации — 50-100 долларов.
Дороговато для частных применений. Свинцовые/литиевые аккумуляторы как-то привычнее…
Хотя решения прорабатывались AREVA HELION/MYTRE — www.areva.com/EN/operations-4461/hydrogen-fuel-cells-and-energy-storage.html
> AREVA’s Greenergy Box… is the only device of its kind in the world. Consisting of an electrolyzer and a fuel cell, it stores hydrogen and oxygen generated by water electrolysis when power demand is low and recombines them to generate electricity when power demand is high.… load and peak leveling;… guaranteeing emergency backup supply
мощности 50-500 тыс. кВт, хранение 0,2-2 МВт*ч.
КПД по электричеству — 30-35%, цены не назывались (можно оценить перемножением на стоимость Ватта топливной ячейки).
Экологично, красиво, тихо (pdf 2012). Но имеет смысл при избытке дешевого электричества в неправильное время (кпд 30% -> удорожание на выходе в 3 раза). В частности, основной профиль AREVA — атомная электроэнергетика.kumbr_87
25.11.2015 21:16разве может быть стоимость у ватта (дж/с)? возможно подразумевалось ватт*час?
a5b
26.11.2015 01:34У аккумулятора есть хранимый (полезный) заряд, максимальная величина которого измеряется в кулонах, ампер-часах, и энергетическая емкость — Дж или ватт?час.
Для топливной ячейки, как и для иных генераторов, нет такого же параметра, т.к. генератор способен выдавать электрическую энергию, пока к нему подводится соответствующий носитель энергии (и пока не выработан ресурс). Википедия, (cc-by-sa 3) — "Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне[1] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе."
В данном случае имеется в виду стоимость водородной топливной ячейки, способной выдавать мощность в 1 Вт (т.е. Установленная мощность). Требуется генерировать 100 Вт для ноутбука — можно поставить условно 100 ячеек на 1 Вт каждая (батарею ячеек). Общую стоимость (из-за платиновых катализаторов и мембран) при непонятной оценке для PEMFC в 50-100 $/Wt (указано в англ. вики без источника) получим порядка 5-10 тыс. долларов.
В 2013 году DOE Fuel Cell Technologies (FCT) Office прогнозировал, что при массовом производстве на уровне 0,5 млн 80-кВт сборок в год водородная PEM ячейка (катализатор + мембрана) могла бы иметь стоимость в 55-67 долларов за киловатт (более ранние оценки — 120-80 долларов за кВт). При производстве лишь единиц тысяч 80-кВт сборок в год стоимость возрастает до ~260-300 долларов за кВт. Мембраны и катализатор в этой стоимости составили бы около 50-60%.
В 2015 представителем DOE FCTназывались цели к 2020 году: 40$ за кВт, ресурс в 5 тыс часов, стоимость хранения водорода 10$ за кВт?ч (1.8 кВт?ч/литр, 1.3 кВт?ч/кг).
Электрический КПД водородных PEM-ячеек с низкими и средними температурами (60-80°C) — 50%: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4174133 «If low or intermediate temperature fuel cell systems are operated directly on hydrogen, electric efficiencies greater than 50% (with system efficiency over 80% with heat recovery) can be achieved»kumbr_87
26.11.2015 02:38Т. е это стоимость именно генератора определенной мощности и к ней необходимо еще приплюсовать стоимость генерации энергии?
Mad__Max
27.11.2015 17:51Ну так везде и всегда. Взять даже банальный мобильный бензиновый генератор («тарахтелку»):
— сначала нужно купить сам генератор (сколько-то $ за 1 кВт максимальной мощности генератора) + канистры для хранения топлива
— потом регулярно платить за саму выработку в кВт*ч (вообще платить придется за литры топлива при покупке, но при известном КПД генератора одно прямо пропорционально другому)
Mad__Max
27.11.2015 17:43+1Там в вики явно какие-то ошибки. (может вообще кВт с ватами перепутаны?). Либо очень старые и давно не актуальные данные приведены.
Стоимость серийных промышленных ячеек уже как минимум на порядок ниже.
И продолжает снижаться в несколько раз быстрее чем дешевеют аккумуляторы (аккумуляторы где-то в 2 раза за 10 лет, ячейки в 10-30 раз за 10 лет).
Например Toyota Mirai имеет блок топливных ячеек на 100 кВт. (100 000 Вт)
При ценах в десятки $ за 1 Вт мощности один этот генератор стоил бы в разы дороже чем вся машина целиком (60-70 тыс $)
RealFLYNN
25.11.2015 09:42Было бы очень здорово увидеть серию статей, которая объяснила бы любому параноику, слабо разбирающемуся в физике, что такое автономное электроснабжение и вообще инфраструктура для дома\бункера\бэт-пещеры, как оно может быть устроено и как за ним надо было бы ухаживать. Очень люблю такие статьи.
Alexeyslav
25.11.2015 10:51+2Один только компрессор сведёт на нет всё КПД установки. Поршневые компрессоры крайне неэкономичны, но они чуть ли не единственные способные создавать высокие давления. И кстати очень я сомневаюсь что вообще возможно однокаскадным компрессором получить давление необходимое для сжатия водорода. Обычно для таких случаев используют 3-4 и более ступенчатые компрессоры… соответственно с ещё более низким КПД. И диаметр цилиндров на последних ступенях доходит до нескольких миллиметров — только представьте что на требуемых уровнях давления на каждый квадратный сантиметр поршня будет оказываться давление в 100...400Кг.
И потом, баллоны с таким уровнем давления и по своим свойствам и по энергетике подобны бомбам. Даром что там хранится водород, даже без его воспламенения только за счёт энергии сжатого газа может рвануть прилично.
Я предлагаю обратится к мировому опыту хранения водорода. Давно уже придумали баки для эффективного хранения водорода при очень низких давлениях — от 0.5 до 10атм. Работают они за счёт диффузии водорода в литий и натрий! Уже лет 10 имеются прототипы водородных автомобилей с такими баками.
И никаких проблем с огромными давлениями и неэффективными компрессорами.
Остаётся только избавится от кислорода. Который, впрочем, не менее опасен чем водород, особенно чистый кислород.Raegdan
25.11.2015 11:02А чем опасен кислород, если он будет контактировать только с металлическими деталями? То, что опилки, смоченные жидким кислородом — неплохое ВВ и даже в горном деле применяется, я в курсе. То, что сталь в кислороде горит — тоже, но сталь должна быть раскалённая. От искры там ничего не бомбанёт.
Alexeyslav
25.11.2015 12:01+2Как раз от искры в атмосфере чистого кислорода и может бомбануть. Все процессы окисления очень сильно ускоряются, даже капелька жира в среде чистого кислорода может вспыхнуть как спичка.
http://www.svarpost.ru/stati/9-ekspluatatsiya-kislorodnykh-ballonov.html самым первым пунктом идёт предупреждение…
Даже резина и пластик в кислороде могут самовоспламенится.
Rumlin
25.11.2015 12:10Экзотермически поглощает водород титан. Есть проекты безопасных водородных накопителей. Скорее всего КПД не высокое.
alexhott
25.11.2015 19:16-1в принципе цикл замкнутый, если подобрать материалы то отравления катализатора практически не будет
но двойное преобразование с потрей тепла
даже если КПД элемента взять за 80%
КПД электролизера не линейна, примем условно за 60%
итого получим 48%
при КПД свинцового аккумулятора около 70%
если удастся сделать установку с ресурсом в 2 раза больше аккумулятора и тойже стоимостью
то есть смысл замороситьсяMad__Max
27.11.2015 17:47+1Даже хуже. Есть промышленные прототипы подобных систем хранения энергии. КПД за полный цикл (от энергии взятой от сети или внешнего генератора до возрата энергии обратно в сеть: преобразователь, электролиз, сжатие, топливные ячейки, преобразователь/инвертор + управляющие схемы) получается в районе 30-35%.
Но вот ресурс уже сейчас выше чем у химических аккумуляторов. А главное это емкость — если нужен большой запас энергии(а не большая мощность), то дополнительные баки с водородом под давлением обходятся намного дешевле чем хим. аккумуляторы.Magister-Ice
27.11.2015 18:12А можно пруфы?
Лично я, вразумительного ничего не нашел…a5b
27.11.2015 22:38geektimes.ru/post/259574/#comment_8729150
habrastorage.org/getpro/geektimes/comment_images/e2a/af4/635/e2aaf4635568d52bbe6c7f87f69ec99a.jpg
+ energystorage.org/energy-storage/technologies/hydrogen-energy-storage
«Hydrogen Production… The conversion efficiency for both technologies is about 65%~70% (lower heating value).»
«Hydrogen Re-Electrification… Hydrogen can be re-electrified in fuel cells with efficiencies up to 50%, or alternatively burned in combined cycle gas power plants (efficiencies as high as 60%).»
«The round trip efficiency today is as low as 30 to 40% but could increase up to 50% if more efficient technologies are developed»
Dioniss81
25.11.2015 22:40Очень странный компрессор. Работать не будет. Либо это — центробежный, либо — турбинного типа. Представленный вариант — ни то, ни другое.
К подбору материалов нужно отнестись очень тщательно. Водород насыщает большинство металлов, легко проходит сквозь них.
Емкость такого накопителя будет крайне мала.
КПД, при первом рассмотрении, будет отрицательным.
Выход тока будет небольшим.
Перспективный накопитель, на мой взгляд — маховик. Существующие на данный момент имеют срок службы десятки лет, гигантские токи разряда, относительную дешевизну.
Но, плюсик за современную идею, на мой взгляд, она будет работать в более крупных, промышленных масштабах.
kerby2000
26.11.2015 01:44+1Вопрос немного не по теме
А в какой программе вы такие 3Д модели нарисовали?Magister-Ice
26.11.2015 08:03Использовал макс, правда с рендером толком не разобрался, поэтому результат получился не таким классным, как хотелось бы.
berber
26.11.2015 11:56Заодно сразу необходимо проработать проект с точки зрения безопасности для окружающих. Боюсь, по результату экспертизы будут наложены серьезные ограничения на размещение и защиту объекта генерации.
Mad__Max
27.11.2015 18:11Турбина, пожалуй, самый сомнительный модуль из всей концепции. С одной стороны, мои скудные познания в химии говорят, что циркулирующие реагенты гораздо лучше вступают в химические реакции. С другой стороны, я не нашел ни подтверждения, ни опровержения того, что активная циркуляция газа повысит эффективность электрогенерирующих ячеек. В итоге я решил предусмотреть данное устройство в конструкции, но его влияние на КПД работы системы надо проверить.
Если как понял предполагается полностью замкнутый цикл, т.е. работа только на чистом водороде и кислороде(полученных в предыдущем цикле при электролизе воды), то в этом нет никакой надобности. Такое имеет смысл только для «открытых» (работающих на атмосферном кислороде, когда в баллонах хранится только водород) топливных ячеек — там в процессе реакции концентрация кислорода снижается (растет доля азота и других атмосферных газов) и поддержания эффективности процесса желательно все это дело продувать.
Тут же всегда будет 100% кислород поступать, ну а продукты реакции это вода и удаляется в жидком виде
Так как диффузные процессы никто не отменял, в кислородной газосберегающей камере будет появляться и накапливаться водород и соответственно, в водородной камере будут аналогичные процессы. В результате, это приведет к детонации газа в соответствующей газосберегающей камере. Такую ситуацию необходимо предусмотреть и в конструкцию газосберегающих камер необходимо добавить перегородки для гашения взрывной волны. Также, газосберегающие камеры необходимо оснастить клапанами для выпуска газа при избыточном давлении;
Проще и намного безопаснее использовать специально предназначенные для борьбы с подобными проблемами каталитические «дожигатели» разместив их внутри бака. Которые будут вызывать медленную реакцию кислорода с водородом и превращать их в воду задолго до того, как соотношение газов станет опасным с точки зрения взрыва или воспламенения.
Про подобные штуки например тут писалось: geektimes.ru/post/260390
Там они используются для утилизации и рекуперации образующегося гремучего газа(водород+кислород) при зарядке свинцовых аккумуляторов.
Подобные штуки так же используются на АЭС как одна из пассивных защитных систем, т.к. в реакторе возможно образование водорода из воды (при активное — при критическом перегреве реактора во время аварии- термическая диссоциация, и постепенное и постоянно идущее при радиоактивном разложении воды излучением — радиолиз)Magister-Ice
27.11.2015 18:33Спасибо за комментарий, люблю когда аргументированно, по делу и с пруфами )
unnk2004
У меня почему-то вызывает большие сомнения КПД такой схемы. Вы оценивали примерно какой процент затраченной электроэнергии можно получить обратно?
Magister-Ice
Каких либо реальных расчетов я не проводил, но у Honda уже есть рабочий прототип мопеда (типа такого youtu.be/ZhlwuSs6uPM, не могу быстро найти видео от Honda), использующий описанный принцип электрогенерирования. В статьях, они описывали что-то в духе «если бы не платиновые электроды, то мы уже давно совершили революцию». Исходя из этого я делаю вывод, что КПД системы будет достаточным, а размеры приемлимыми.
unnk2004
Хонде пришлось использовать платиновые электроды, чтобы добиться приемлемого КПД. В вашем случае еще добавляются потери в электролизере и на сжатие газа. Я бы на вашем месте первым делом попытался рассчитать КПД.
Magister-Ice
ИМХО, проблема современных электробатарей не столько в КПД, а сколько в низкой надежности, низком сроке службы, дикими потерями заряда при отрицательных температурах (даже в режиме простоя), высоким отношением (объем устройства/объем заряда). Хотя и КПД там тоже не очень.
Если же предложенная конструкция сможет решить вышеописанные проблемы, то, я думаю, именно показателем КПД можно пожертвовать.
9mm
Но, у вас-то не только электрогенератор, но и генератор водорода/кислорода + их сжатие.