Основні принципи роботи і алгоритм керування безмембранним електролізером високого тиску
Ключові слова:
електролізер, газопоглинаючий електрод, водень, кисеньАнотація
Розглянуто технологію циклічного генерування водню та кисню високого тиску, що реалізується в одномодульній і багатомодульній електролізній установці. Наведено принципову схему її роботи для реалізації способу із чотирма послідовно підключеними модулями. Під час циклічної подачі знакозмінних потенціалів на активний і пасивний електроди з одержанням кожного з газів роздільно в часі за одночасного оборотного поглинання іншого активним електродом процес можливо проводити як за одномодульною, так і багатомодульною схемою з послідовним підключенням в електричне коло і виведенням (шунтуванням) з кола окремих модулів або блоків електролізерів без переривання процесу одержання газів з оптимальним регулюванням продуктивності газів за умовами технологічного процесу. Це дозволяє реалізувати роботу електролізної установки з низькими струмовими навантаженнями та знизити ризики виникнення електричних пробоїв усередині модулів електролізерів. Описано алгоритм керування чотирьохмодульною електролізною установкою. Визначено оптимальні параметри регулювання продуктивності газів на вимогу умов технологічного процесу. Проведено аналіз циклограми з обмеженням напруги протікання реакції від 0,5 до 1,8 В при генерації водню і кисню. Діапазон робочих температур розробленого процесу електролізу знаходиться в межах від 280 до 423 К, а інтервал тисків становить 0,1–70 МПа. Наведено залежність вольт-амперних характеристик системи живлення електролізера високого тиску від кількості послідовно з'єднаних модулів заданої продуктивності. Оптимальне регулювання продуктивності газів на вимогу умов технологічного процесу або у випадках виведення з електричного кола окремих модулів без переривання процесу генерації газів здійснювалось шляхом керування величиною струму в електричній системі згідно з обернено пропорційною залежністю від кількості підключених модулів. Розглянуто зовнішній вигляд конструкції електродної збірки з використанням газопоглинаючого електрода. Вказано рекомендації з реалізації роботи електролізної установки з низькими струмовими навантаженнями та зниження ризиків виникнення електричних пробоїв усередині модулів електролізерів.Посилання
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].
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 V. V. Solovei, A. L. Kotenko, I. O. Vorobiova, A. A. Shevchenko, M. M. Zipunnikov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
