Дослідження впливу режимних параметрів на ефективність роботи електролізера високого тиску
Ключові слова:
електролізер, водень, кисень, високий тискАнотація
Високий тиск газів, що генеруються (водню і кисню), дає можливість підвищити ефективність роботи електрохімічного генератора. Описано енергетичні складові процесу розкладання рідкого електроліту під тиском. Наведені залежності зниження витрат енергії на комірці під час електролізу води під тиском за різних температур. Встановлено, що з підвищенням тиску посилюються процеси деполяризації електродів розчиненими газами, проте їх кількісне значення і вплив на вихід за струмом залежить від конструкції електролізерів, прийнятої схеми циркуляції електроліту та умов проникнення розчиненого водню в анодний простір і кисню – в катодний. Зростання тиску електрохімічного процесу отримання водню і кисню супроводжується збільшенням їх розчинності в електроліті, що може супроводжуватися процесами деполяризації анода і катода розчиненими газами. Перехід роботи електролізного обладнання від атмосферного тиску до тисків близько 0,1–4,0 МПа найбільш ефективний. Зниження напруги протікання електрохімічних реакцій обумовлено процесами деполяризації електродів, розчиненими газами, а також зниженням газонаповнения внаслідок зменшення розміру газових бульбашок. З ростом тиску збільшується значення електродного потенціалу, що має призвести до збільшення напруги на комірці, але спостерігається протилежне. Це можна пояснити зниженням напруги втрат в процесі електролізу. Проведено порівняльний аналіз існуючих технологій електролізного одержання водню та кисню. Для коректного порівняння енергоефективності безмембранної технології отримання водню та кисню високого тиску та існуючих промислових електролізних технологій слід підсумувати енерговитрати на електролізне виробництво водню промисловим способом і наступне його компримування.Посилання
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).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Andrii A. Shevchenko, Mykola M. Zipunnikov, Аnatolii L. Kotenko, Iryna O. Vorobiova, Vitalii M. Semykin
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).
