Основные принципы работы и алгоритм управления безмембранных электролизером высокого давления
Ключевые слова:
электролизер, газопоглощающий электрод, водород, кислородАннотация
Рассмотрена технология циклического генерирования водорода и кислорода высокого давления, реализуемая в одномодульной и многомодульной электролизной установке. Приведена принципиальная схема ее работы для реализации способа с четырьмя последовательно подключенными модулями. Во время циклической подачи знакопеременных потенциалов на активный и пассивный электроды с получением каждого из газов раздельно во времени при одновременном оборотном поглощении другого активным електродом процесс можно проводить как с одномодульной, так и многомодульной схем с последовательным подключением в электрическую цепь и выводом (шунтированием) из цепи отдельных модулей или блоков электролизеров без прерывания процесса получения газов с оптимальным регулированием производительности газов по условиям технологического процесса. Это позволяет реализовать работу электролизной установки с низкими токовыми нагрузками и снизить риски возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров. Описан алгоритм управления четырёхмодульной электролизной установки. Определены оптимальне параметры регулирования производительности газов по требованию условий технологического процесса. Проведен анализ циклограммы изменения напряжения генерации водорода и кислорода с ограничением напряжения протекания реакции от 0,5 до 1,8 В. Диапазон рабочих температур разработанного процесса электролиза находится в пределах от 280 до 423 К, а интервал давлений составляет 0,1–70 МПа. Приведена зависимость вольт-амперных характеристик системы питания электролизера высокого давления от количества последовательно соединенных модулей заданной производительности. Оптимальное регулирование производительности газов по требованию условий технологического процесса или в случаях вывода из электрической цепи отдельных модулей, без прерывания процесса генерации газов, осуществлялось путем управления величиной тока в электрической системе согласно обратно пропорциональной зависимости от количества подключенных модулей. Рассмотрен внешний вид конструкции электродной сборки с использованием газопоглощающего электрода. Указаны рекомендации по реализации работы электролизной установки с низкими токовыми нагрузками и снижению рисков возникновения электрических пробоев внутри модулей электролизеров.
Библиографические ссылки
Solovey, V. V., Zhirov, A. S., & Shevchenko, A. A. (2003). Vliyaniye rezhimnykh faktorov na effektivnost elektrolizera vysokogo davleniya. Sovershenstvovaniye turboustanovok metodami matematicheskogo i fizicheskogo modelirovaniya. Sb. nauch. tr. [Influence of regime factors on the efficiency of a high-pressure electrolyzer. Improvement of turbines using mathematical and physical modeling methods. Collection of scientific works].Kharkov, pp. 250–254. [in Russian].
Solovey, V. V., Shevchenko, A. A., Vorobyeva, I. A., Semikin, V. M., & Koversun, S. A. (2008). Povysheniye effektivnosti protsessa generatsii vodoroda v elektrolizerakh s gazopogloshchayushchim elektrodom [Enhancing the efficiency of the process of generating hydrogen in electrolyzers with a gas-absorbing electrode]. Vestn. Kharkov. nats. avtomob.-dor. un–ta − Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, no. 43, pp. 69–72. Retrieved from https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-effektivnosti-protsessa-generatsii-vodoroda-v-elektrolizerah-s-gazopogloschayuschim-elektrodom [in Russian].
Shevchenko, A. A. (1999). Ispolzovaniye ELAELov v avtonomnykh energoustanovkakh, kharakterizuyushchikhsya neravnomernostyu energopostupleniya [The use of ELAELs in autonomous power plants characterized by uneven energy supply]. Aviats.-kosm.tekhnika i tekhnologiya − Aerospace Technic and Technology.Kharkov:KharkivAerospaceUniversity ''KhAI'', iss. 13, pp. 111–116 [in Russian].
Solovey, V. V., Zipunnikov, N. N., & Shevchenko, A. A. (2015). Issledovaniye effektivnosti elektrodnykh materialov v elektroliznykh sistemakh s razdelnym tsiklom generatsii gazov [Investigation of the effectiveness of electrode materials in electrolysis systems with a separate gas generation cycle]. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 18, no. 1, pp. 72–76. Retrieved from: http://journals.uran.ua/jme/article/view/46689 [in Russian].
Solovey, V., Kozak, L., Shevchenko, A., Zipunnikov, M., Campbell, R., & Seamon, F. (2017). Hydrogen technology of energy storage making use of wind power potential. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 20, no. 1, pp. 62–68. Retrieved from: http://journals.uran.ua/jme/article/view/96745.
Vorobyeva, I. A., Shevchenko, A. A., & Zipunnikov, N. N. (2018). Eksergeticheskiy analiz elektrokhimicheskikh sistem generatsii vodoroda vysokogo davleniya [Exergy analysis of electrochemical systems for the generation of high-pressure hydrogen]. Information technologies: Science, Engineering, Technology, Safety and Health: Proceedings of the XXVI International Scientific-Practical Conference, Kharkiv, 16–18 May 2018, part 2, pp. 232 Retrieved from http://www.kpi.kharkov.ua/archive/MicroCAD/2018/S11/microcad18_53.pdf [in Russian].
Vorobyeva, I. A., Shevchenko, A. A., Zipunnikov, N. N., & Kotenko, A. L.(2018). Ispolzovaniye vetroenergeticheskikh kompleksov v infrastrukture vodorodnoy energetiki [The use of wind power complexes in the infrastructure of hydrogen energy]. Information technologies: Science, Engineering, Technology, Safety and Health: Proceedings of the XXVI International Scientific-Practical Conference, Kharkiv, 16–18 May 2018, part 2, pp. 330 Retrieved from http://www.kpi.kharkov.ua/archive/MicroCAD/2018/S11/microcad18_151.pdf [in Russian].
Solovey, V., Zipunnikov, N., Shevchenko, A., Vorobjova, I., & Kotenko, A. (2018). Energy Effective Membrane-less Technology for High Pressure Hydrogen Electro-chemical Generation. French-Ukrainian Journal of Chemistry, vol. 6, no. 1, pp. 151–156 Retrieved from http://www.kyivtoulouse.univ.kiev.ua/journal/index.php/fruajc/article/view/201.
Bukhkalo, S. I., Zipunnikov, M. M., & Kotenko, A. L. (2017). Osoblyvosti protsesiv otrymannia vodniu z vody. [Features of the processes of hydrogen from water]. Information technologies: Science, Engineering, Technology, Safety and Health: Proceedings of the XXV International Scientific-Practical Conference, Kharkiv, 17–19 May 2017, part 3, pp. 28 Retrieved from http://www.kpi.kharkov.ua/archive/MicroCAD/2017/S13/tez_mic_17_III_1_28.pdf [in Ukrainian].
Yakimenko, L. M., Modylevskaya, I. D., & Tkachek, Z. A. (1970). Elektroliz vody [Electrolysis of water].Moscow: Khimiya, 264 p. [in Russian].
Rotinyan, A. L. (Ed.) (1974). Prikladnaya elektrokhimiya: 3-ye izd [Electrolysis of water: 3 edition]. Moscow: Khimiya, 536 p. [in Russian].
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2019 V. V. Solovei, A. L. Kotenko, I. O. Vorobiova, A. A. Shevchenko, M. M. Zipunnikov
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).
