Исследование влияния режимных параметров на эффективность работы электролизера высокого давления
Ключевые слова:
электролизер, водород, кислород, высокое давлениеАннотация
Высокое давление генерируемых газов (водорода и кислорода) дает возможность повысить эффективность работы электрохимического генератора. Описаны энергетические составляющие процесса разложения жидкого электролита под давлением. Представлены зависимости снижения затрат энергии на ячейке при электролизе воды под давлением при разных температурах. Установлено, что с повышением давления усиливаются процессы деполяризации электродов растворенными газами, однако их количественное значение и влияние на выход по току зависит от конструкции электролизеров, принятой схемы циркуляции электролита и условий проникания растворенного водорода в анодное пространство и кислорода – в катодное. Рост давления электрохимического процесса получения водорода и кислорода сопровождается увеличением их растворимости в электролите, что может сопровождаться процессами деполяризации анода и катода растворенными газами. Переход работы электролизного оборудования от атмосферного давления к давлениям порядка 0,1 – 4,0 МПа наиболее эффективен. Снижение напряжения протекания электрохимических реакций обусловлено процессами деполяризации электродов, растворенными газами, а также снижением газонаполнения вследствие уменьшения размера газовых пузырьков. С ростом давления увеличивается значение электродного потенциала, что должно привести к увеличению напряжения на ячейке, но наблюдается обратное. Это можно объяснить снижением напряжения потерь в процессе электролиза. Проведен сравнительный анализ существующих технологий электролизного получения водорода и кислорода. Для корректного сравнения энергоэффективности безмембранной технологии получения водорода и кислорода высокого давления и существующих промышленных электролизных технологий следует суммировать энергозатраты на электролизное производство водорода промышленным способом и последующее его компримированние.Библиографические ссылки
Pfleyderer, G. (1935). Elektroliz vody [Electrolysis of water].Leningrad: Khimteoret, 202 p. (in Russian).
Zdanskу, A. (1957). Weltkonferenz Jugoslavien- Bundesrepublik Deutschland, XL Teile Tagung, Abt, B. 5, Bericht 3, Belgrad.
Solovey, V. V., Zipunnikov, N. N., & Shevchenko, A. A. (2015). Issledovaniye effektivnosti elektrodnykh materialov v elektroliznykh sistemakh s razdel'nym tsiklom generatsii gazov [Study of the efficiency 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 (in Russian).
Solovei, V., Shevchenko, A., Kotenko, A., & Makarov, O. (2013). Prystrii dlia heneratsii vodniu vysokoho tysku [Device for generating high pressure hydrogen]: patent 103681; Ukraine: MPK C25B 1/12, C25B 1/03, no. a201115332; stated 26.12.2011; published 11.11.2013, Bulletin no. 21, 4 p. (in Ukrainian). http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/9369.
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.
Solovei, V. V., Kotenko, A. L., Vorobiova, I. O., Shevchenko, A. A., & Zipunnikov, M. M. (2018). Basic Operation Principles and Control Algorithm for a High-pressure Membrane-less Electrolyser. Journal of Mechanical Engineering, vol. 21, no. 4, pp. 57–63. https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.057.
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. V., Zipunnikov, M. M., Shevchenko, A. A., Vorobjova, I.O., & Kotenko, A. L. (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. https://doi.org/10.17721/fujcV6I1P151-156.
Sukhotin, A. M. (1981). Spravochnik po elektrokhimii [Handbook of Electrochemistry].Leningrad: Khimiya, 488 p. (in Russian).
Fedotyev, N. P. (1967). Prikladnaya elektrokhimiya [Applied Electrochemistry].Leningrad: Khimiya, 624 p. (in Russian).
Yakimenko, L. M., Modylevskaya, I.D., & Tkachik, Z. A. (1970). Elektroliz vody [Electrolysis of water].Moscow: Khimiya, 264 p. (in Russian).
Sharma, S. & Ghoshal, S. K. (2015). Hydrogen the future transportation fuel: From production to applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 43, pp. 1151–1158. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.093.
Tomilov, A. P. (1984). Prikladnaya elektrokhimiya: uchebnik [Applied electrochemistry: A textbook].Moscow: Khimiya, 520 p. (in Russian).
Yakimenko, L. M. (1981). Elektrokhimicheskiye protsessy v khimicheskoy promyshlennosti: Proizvodstvo vodoroda, kisloroda, khlora i shchelochey [Electrochemical processes in the chemical industry: Production of hydrogen, oxygen, chlorine and alkalis].Moscow: Khimiya, 280 p. (in Russian).
Langas, H. G. (2015). Large scale hydrogen production. Renewable Energy and Hydrogen Export: Proceedings of conference,Trondheim, Norway. March 24, 2015, 20 p.
Elektrolizery [Electrolyzers]: official site of Uralkhimmash [Electronic resource] (in Russian). URL: http://ekb.ru/catalog/elektrolizery (Accessed 20.08.2019).
Barisic, M. (2012). Alkalische Elektrolyse in der Industriellen Anwendung. Wind to Gas – Speicherlosung Elektrolyse: proceedings of conference, VDI, IHK Gieben – Friedberg, November 26, 2012, 18 p.
Titan EC-500: official site of Teledyne Energy Systems Inc. [Electronic resource]. URL: http://www.teledynees.com/products/Hydrogen%20Oxygen%20Generation%20Systems/Product%20Files/TESI_Brochure_TITAN_EC_Series_English_2013.pdf (Accessed 20.08.2019).
HySTAT–A Energy Station: official site of Hydrogenics Corporation [Electronic resource]. URL: http://www.drivehq.com/file/df.aspx/isGallerytrue/shareID452352/fileID27809605?1=1 (Accessed 20.08.2019).
Wasserstoffprojekt Flughafen München Gesellschaft für Hochleistungselektrolyse – GHW: official site of Argemuc [Electronic resource]. URL: https://www.linde-gas.de/de/images/argemuc_projektbeschreibung_tcm565-71308.pdf (Accessed 20.08.2019).
Smart Hydrogen Station (SHS): official site of Honda [Electronic resource]. URL: https://global.honda/innovation/FuelCell/smart-hydrogen-station-engineer-talk.html(Accessed 20.08.2019).
Hogen H Series Technical Specifications: official site of Proton Energy Systems Inc. [Electronic resource]. URL: https://diamondlite.com/wp-content/uploads/2017/05/H-Serie-Englisch-1.pdf (Accessed 20.08.2019).
Solovey, V. V., Shevchenko, A. A., & Vorobyeva, I. A. (2008). Povysheniye effektivnosti protsessa generatsii vodoroda v elektrolizerakh s gazopogloshchayushchim elektrodom [Increasing the efficiency of the process of hydrogen generator]. Vestnik Kharkovskogo natsionalnogo avtomobilno-dorozhnogo universiteta – Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, iss. 43, pp. 69–73 (in Russian).
Solovei, V., Shevchenko, A., Kotenko, A., & Zipunnikov, M. (2019). Strumovvid dlia elektrokhimichnoho heneratora vysokoho tysku [Current collector for high-pressure electrochemical generator: Patent 119090]; Ukraine: MPK 51, H01B 17/26; H01B 7/00, no. a201707264; stated 10.07.2017; published 25.04.2019, Bulletin no. 8, 6 p. (in Ukrainian). http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/9368.
Shevchenko, A. A. (1999). Ispolzovaniye ELAELov v avtonomnykh energoustanovkakh, kharakterizuyushchikhsya neravnomernostyu energopostupleniya [Use of ELAELs in autonomous power plants characterized by uneven energy supply]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya – Aerospace Engineering and Technology, no. 13, pp. 111–116 (in Russian).
Rusanov, A. V., Solovei, V. V., Zipunnikov, M. M., & Shevchenko, A. A. (2018). Termohazodynamika fizyko-enerhetychnykh protsesiv v alternatyvnykh tekhnolohiiakh [Thermo-dynamics of physico-energy processes in alternative technologies] in 3 vols. Vol. 1 Termohazodynamika fizyko-enerhetychnykh protsesiv v vodnevykh tekhnolohiiakh [Thermo-dynamics of physico-energy processes in hydrogen technologies]. Kyiv: Naukova dumka, 337 p. (in Ukrainian).
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2019 Andrii A. Shevchenko, Mykola M. Zipunnikov, Аnatolii L. Kotenko, Iryna O. Vorobiova, Vitalii M. Semykin
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).
