Разработка перспективной металлогидридной системы энерго-аккумулирования на базе топливных элементов для ветровой энергетики

Авторы

  • Yurii M. Matsevytyi Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6127-0341
  • Natalia A. Chorna Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9161-0298
  • Andrii A. Shevchenko Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0002-6009-2387

Ключевые слова:

топливные элементы, металлогидридный аккумулятор водорода, энергообеспечение

Аннотация

Водород является одним из самых энергоемких и экологически чистых энергоносителей, поэтому его использование для работы топливных элементов (ТЭ) позволяет создавать эффективные системы автономного энергообеспечения. Энергоустановки на базе ТЭ характеризуются высоким коэффициентом полезного действия и экологической безопасностью. Особый интерес представляют энергоустановки на основе низкотемпературных щелочных ТЭ мощностью от 1 до 20 кВт, которые могут найти широкое применение в качестве источников автономного питания для потребителей жилого сектора. Размещение таких автономных установок предполагается в непосредственной близости от потребителя энергии, что требует от систем топливообеспечения высокого уровня безопасности, надежности и экологичности. Этим требованиям отвечают системы хранения водорода на основе обратимых металлогидридов (МГ), способных поглощать и выделять водород. Одним из основных компонентов автономной системы энергообеспечения является металлогидридный аккумулятор водорода многократного действия. Для эффективности работы системы «ТЭ – МГ аккумулятор водорода» необходимо разработать методику определения основных ее технических характеристик еще на этапе создания и в процессе исследования этих характеристик. В статье представлена разработанная схема ветроэнергетической установки с водородным накопителем энергии, выбран ТЭ и проведен анализ работы ТЭ с МГ системой аккумулирования водорода. Полученные результаты позволили определить закономерность между количеством отобранного тепла от ТЭ для десорбирования водорода с последующим его использованием для прироста мощности топливного элемента и обеспечения характеристик сети потребителя. Показано, что применение комплексного подхода к изучению перспективной схемы аккумулирования и использования энергии ветра позволит решить проблему сглаживания неравномерности поступления энергии от возобновляемых источников.

Биографии авторов

Yurii M. Matsevytyi, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Академик НАН Украины

Natalia A. Chorna, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Ma, Zh., Eichman, J., & Kurtz, J. (2018). Fuel cell back up power system for grid-service and micro-grid in telecommunication applications. ASME 12th Intern. Conf. on Energy Sustainability, June 24–28, 2018, Lake Buena Vista, FL, USA, pp. 1–9. https://doi.org/10.1115/es2018-7184.

Tarasov, B. P. (2011). Metal-hydride accumulators and generators of hydrogen for feeding fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 36, iss. 1, pp. 1196–1199. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.07.002.

Chorna, N. A. (2019). Rozrobka vodnevoi systemy rezervuvannia ta akumuliuvannia enerhii na osnovi metalohidrydnykh system zberihannia vodniu [Development of hydrogen system of energy storage on the basis of metal hydride systems of hydrogen storage]. Informatsiini tekhnolohii: nauka, tekhnika, tekhnolohiia, osvita, zdorovia [Information technology: science, technology, technology, education, health]: abstracts of the XXVII International Scientific Conference MicroCAD-2019, May 15-17,2019, in four parts, part I, pp. 273 (in Ukrainian).

Solovey, V. V., Shmalko, Yu. F., & Lototskiy, M. V. (1998). Metallogidridnyye tekhnologii. Problemy i perspektivy [Metal hydride technologies. Problems and prospects]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 1, no. 1, pp. 115–132 (in Russian).

Matsevityy, Yu M., Solovey, V. V., & Chernaya, N. A. (2006). Povysheniye effektivnosti metallogidridnykh elementov teploispolzuyushchikh ustanovok [Increasing the efficiency of metal hydride elements of heat-using plants]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 9, no. 2, pp. 85–93 (in Russian).

Solovey, V. V., Koshelnik, A. V., & Chernaya, N. A. (2012). Modelirovaniye teplomassoobmennykh protsessov v metallogidridnykh teploispolzuyushchikh ustanovkakh [Modeling of heat and mass transfer processes in metal hydride heat-using plants]. Promyshlennaya teplotekhnika – Industrial Heat Engineering, vol. 34, no. 2, pp. 48–53 (in Russian).

Solovey, V., Khiem, N. T., Zipunnikov, M. M., & Shevchenko, A. (2018). Improvement of the membrane-less electrolysis technology for hydrogenand oxygen generation. French-Ukrainian Journal of Chemistry, vol. 6, no. 2, pp. 73–79. https://doi.org/10.17721/fujcV6I2P73-79.

Solovey, V., Kozak, L., Shevchenko, A., Zipunnikov, M., Campbell, R., & Seamon, F. (2017). Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. Journal of Mechanical Engineering, vol. 20, no. 1, pp. 62–68. https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.062.

M&M (MarketsandMarkets), (Dallas, TX Market Research Company and Consulting Firm). Аналитический отчет «Fuel Cell Technology Market: By Applications (Portable, Stationary, Transport), Types (PEMFC, DMFC, PAFC, SOFC, MCFC), Fuel (Hydrogen, Natural Gas, Methanol, Anaerobic Digester Gas) & Geography – Global Trends and Forecast to 2018» [Electronic resource]. URL: http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/fuel-cell-market-348.html.

Загрузки

Опубликован

2019-12-25

Выпуск

Том 22 № 4 (2019)

Раздел

Нетрадиционные энерготехнологии

Лицензия

Copyright (c) 2019 Yurii M. Matsevytyi, Yurii M. Matsevytyi, Natalia A. Chorna, Andrii A. Shevchenko, Andrii A. Shevchenko

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в этом  журнале, соглашаются со следующими условиями:

  • Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного  договора (соглашения).
  • Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
  • Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).