Главная -> Экология

Стр. 8. Переработка и вывоз строительного мусора

Основными направлениями применения топливных ячеек являются стационарные электрические станции большой мощности, стационарные и передвижные станции маленькой мощности для децентрализованного энергоснабжения, топливно-ячеечного источника тока для транспортных средств гражданского и воинского назначения, переносные источники тока для потребителей типа радиотелефонов, компьютеров, источников кислорода и т.п. вместо батарей (емкость которых, кстати, уже сейчас в 4 раза больше, чем в наилучших литиевых).

Производство электрической энергии

Станции на топливных ячейках имеют значительные преимущества: большая эффективность, низшие выбросы, лучшие погрузочные возможности. Сейчас в мире насчитывается более 150 демонстрационных мощных электрических станций, которые вместе вырабатывают около 40 МВт энергии. По данным Мирового Совета Топливных Ячеек (Франкфурт) 75% из них установлены в Японии, 15% - в Северной Америке и только 9% - в Европе. В Японии уже работают станции мощностью 11, 5 и 1 Мвт. В 1997 году русский Газпром тоже приобрел одну топливно-ячеечную электрическую станцию ONSI PS25 мощностью 200 квт.

Исследование в мире сейчас сконцентрированы на развитии топливных ячеек разной мощности для стационарных и передвижных станций для объединения их с газовыми турбинами. Комбинация этих двух устройств предлагает значительный синергетический экономический эффект через увеличение эффективности использования топлива с 60 до 80 процентов со снижением выбросов оксидов азота и углерода до 2 миллионных частиц (ppm) и снижением затрат на 25% в сравнении с соответствующей одной лишь топливно-ячеечной системой.

Использование турбин дает возможность использовать исходную тепловую энергию и остаточное топливо на выходе топливной ячейки, как и повторное использование исходных газов турбины топливной ячейкой. Керамическая топливная ячейка с её наиболее высокой рабочей температурой является наилучшим кандидатом для такого пара.

Производство транспортных средств

Практически все ведущие автомобильные компании мира начали “перегоны” по созданию машин с топливно-ячеечными двигателями. Примером государственной поддержки здесь является президентская программа США План для топливных ячеек при перевозке , которая нацелена на создание топливно-ячеечных транспортных средств. США еще в 1993 году поставили цель втрое повысить эффективность использования топлива. Сам американский Президент Б. Клинтон начал программу Партнерство для автомобиля нового поколения , по которой семью федеральными агентствами и тремя наибольшими автомобильными производителями Даймлеркрайслер – Форд – Дженерал Моторз была начата работа, которая, как уже упоминалось выше, может завершиться в 2004 году снабжением на рынок 400 000 автомобилей на топливных ячейках, конкурентно способных по цене и надежностью перед обычными автомобилями. Но в конце 2000 года японская “Honda” заявила, что она выставит на рынок топливно-ячейковые автомобили уже в 2003 году. Бывший вице-президент Эл Гор в автомобильном журнале ISATA Magazine даже заявил, что ...он ошибался, если говорил, что ...двигатель внутреннего сгорания сойдет на нет... до 2017 года. Это произойдет значительно раньше... Даже компания Деув и та израсходовала несколько миллионов долларов на разработку систем топливно-ячеечного двигателя.

Уже все мощные автомобильные компании, даже те, которые раньше только присматривались и не верили в успех применения топливно-ячеечных технологий, втянулись в водоворот конкурентной борьбы за новый рынок, которым является рынок топливно- ячеечных автомобилей. Так, в конце концов к топливно-ячеечному процессу присоединилась и компания BMW, которая вместе с американской компанией Delphi, канадской Global Thermoelectric и французской Renault уже создали первые образцы автомобилей именно с применением циркониево-керамичных топливных ячеек. Русский ВАЗ также подключился к перегонам, создав передвижную “бомбу”, которая использует космическую топливно-ячеечную электрическую станцию на водороде и кислороде.

Из-за того, что топливные ячейки являются тихими, гибкими и работают при сравнительно низкой температуре, они являются идеальными для использования в разведывательных самолетах стелс . Топливные ячейки также разрабатываются для подводных и надводных лодок и других разнообразных воинских целей. Вырабатывая 30 тысяч ячеек однородно высокого качества на год, фирма Сіменс еще в 1996 году подписала контракт на снабжение топливно-ячеечных батарей мощностью 34 квт для подводных лодок нового класса 212.

Производство кислорода

Через выборочное пропускание через себя кислорода циркониево-керамическая топливная ячейка является идеальным устройством для производства кислорода. Сейчас уже существуют образцы малогабаритных переносных ґенераторов кислорода для больных, которые могут работать не только от электрической сети, а и от батареи. Тем самым впервые появилась возможность постоянного обеспечения больных кислородом, который уже не будет “привязан” к кислородному баллону или к сети электрического тока.

Другие применения

Удельная мощность топливно-ячеечных батарей вдвое выше, чем у существующих батарей. Это чрезвычайно расширило применение топливных ячеек маленькой мощности, например, в шпионских микросамолетах или для измерения количества алкоголя в крови и дыхании человека.

Потенциал Украины

Украина является единственной в Европе страной, которая владеет месторождением циркона – сырья для изготовления циркониевой керамики. Украинское месторождение является третьим по размерам в мире и даже наибольшим во всем северном полушарии. Украина имеет и свои залежи скандия и других редкоземельных элементов, которые необходимы для обеспечения высокой преобразующей способности циркония. Поэтому циркониево-керамические топливные ячейки являются, без преувеличения, важнейшими для Украины и учитывая естественные преимущества именно циркониево-керамические топливные ячейки являются наиболее перспективными для Украины.

А что же в Украине в сфере новых достижений? 22 января в этом году состоялся официальный показ первой в Украине циркониево-керамической топливной ячейки, которая была разработана и изготовлена специалистами Института проблем материаловедения им. И.М. Францевича НАН Украины и ООО Циркония Украины при поддержке Госкомэнергосбережения Украины.

Испытания показали, что используя в качестве топлива продукты прямого сгорания бытовой газовой смеси (пропан-бутан) один элемент циркониево-керамической топливной ячейки площадью около 3 см2 дает постоянный ток силой до 1, 5 мА при напряжении 0,8 В. В пламени спиртовки эта же топливная ячейка дает постоянный ток силой до 1, 0 ма при напряжении 0,5 В, что лучшее, как известно из литературы, например, [5].

Запланировано, что в дальнейшем, используя отдельные топливные элементы, можно будет создать топливный модуль, с которого можно будет в каждом конкретном случае, согласно разработанного технико-экономического обоснования, набирать установку - станцию нужной мощности соответственно потребностям энергетики и промышленности.

Сердцем керамических топливных ячеек является керамика на основе циркония, которая осуществляет желание водорода и углерода объединяться с кислородом. Именно успех в развития циркониевой керамики и послужил причиной развития всей топливно-коморочной технологии в мире, которая осуществлялась на протяжении последних почти 100 лет со времени изобретения так называемых масс Нернста , которые являются соединениями на основе циркония. Для этого в Украине есть все основания: собственное самодостаточное единственное в Европе, наибольшее во всем Северном полушарии и одно из наибольших в мире, месторождение песка-циркона и имеющийся научный потенциал, который умеет вырабатывать циркониевую керамику по технологии, описанной в [4]. Кроме того, специалистами Центра угольных электротехнологий НАН и Минтопливэнерго Украины успешно проводятся работы по подготовке газа для использования его топливными каморками, которые существенно улучшают экономические показатели преобразования [6]. Ними разработана и изготовлена станция подготовки газа для обеспечения мощности 3 квт.

Таким образом, главным достижением Украины в области топливно-ячеечных технологий является ее Научно-технологический задел. Что же к циркониевой керамике, то здесь специалисты Украины имеют постоянный и признанный в мире авторитет. Керамика, которую они умеют вырабатывать способна удовлетворять высокие требования промышленности, как видно из представленной ниже Таблицы 2. Для промышленного развития нужно только привлекать соответствующие инвестиции. Таблица 2. Свойства циркониевой керамики, которая вырабатывается ООО Циркония Украины используя холодное и горячее изостатическое прессование Материал Y-PSZ Y-PSZ Mg-PSZ С обработкой Свойства Единица измерения ХИП* ГИП** ХИП* Плотность г/см3 5,77 6,07 5,54 Прочность ГПa 0,94 1,4 0,7 Трещиностойкость mПa*г1/2 9-12 13-16 9-14 Твердость ГПa 11,0 13,0 11,2 Цвет Белый Черный Белый
*- холодное, **- горячее изостатическое прессование

Текущие задачи

Программа Топливные ячейки может быть нацеленной на развитие в Украине экономной и экологически безопасной альтернативы ядерной энергетики – энергетики на основе циркония, то есть на основе циркониево-керамических топливных ячеек, промышленности технической керамики и транспортных средств, в том числе автомобилей нового поколения, которая в целом даст возможность на 30-50 % сократить потребление газа только при производстве электрической энергии и уменьшить ее стоимость на 20-30 %, значительно увеличить использование угля вместо естественного газа, существенно уменьшить выбросы в атмосферу, в том числе двуокиси углерода на 50 %, а также создать сотни тысяч новых рабочих мест.

Первые коммерческие топливные ячейки, которые сейчас имеются на рынке, а именно – наименее эффективные топливные ячейки на фосфорной кислоте (PAFC), досказывают, что даже для относительно высокой стоимости в 3-4 тысячи долларов США за кВт мощности существует выход на рынок. Эти рынки включают потребление мощности типа “премиум”, такие, как больницы, компьютерные центры, и такие благоприятные применения, где в достаточном количестве может быть генерированы газ из отходов. Реґионы, где существуют высокие стандарты относительно качества воздуха, также являются первыми потребителями на этом рынке. Один лишь “премиум”ный рынок США постоянно оценивается в один миллиард долларов ежегодно. Агенство США по охране окружающей среды оценивает размер глобального рынка мира в 40-50 ГигаВат. Для того , чтобы использовать все возможности топливных ячеек, их цены должны также быть конкурентоспособными в сравнении с другими технологиями распределенной генерации, прежде всего, такие как газовые турбины и поршневые двигатели.

Размер мирового рынка побуждает к снижению цен. Можно ожидать, что рост рынков США и Европы для новых и возобновляемых мощностей на следующую декаду будет составлять до 10 ГВт в год. Что касается всего мира, то рост будет 20 ГВт в год.

Исследования и разработка новых керамических материалов и их производственных технологий продолжаются. В ближайшее время исследования должны завершиться улучшением стоимостных и технологических показателей твердооксидных и гибридных систем. Долгодействующей целью правительства США (Отдел Энергии) является разработка так называемых Топливных Ячеек ХХI столетия, которые сделают прыжок в снижении стоимости и улучшении качества. Интегрированная конструкция, быстрого производства и выбор материалов с самого начала выглядит как критическая, относительно достижения этой цели. Впрочем уже сейчас ощущается, что разработка материалов со стабильными во времени свойствами даст возможность Топливным Ячейкам ХХI столетия реализоваться. Целью относительно стоимости и возможностей является достижение стоимости производства:
топливных ячеек и их батарей - 100 долларов США за один КВт,
систем - 400 долларов США за один КВт,
при эффективности - 80 процентов или больше,
и выбросах вредных веществ - около нуля.

Главная

1.3.2 Летучие вещества и кокс

Другими важным теплотехническими характеристиками топлива является выход летучих горючих веществ и твердый нелетучей остаток - кокс. Содержание летучих горючих веществ определяется путем нагревания навески топлива без доступа воздуха до температуры порядка 850°С. Потеря в весе навески за вычетом содержания влага дает выход летучих веществ. В состав летучих входят водород Н2, углеводороды СmНn, в окись углерода СО, двуокись углерода СО2 некоторые другие соединения.

Выход летучих принято относить к горючей массе топлива (lГ ). Чем геологически моложе топливо, тем меньше его степень углефикации (насыщение углеродом), тем больше выход летучих веществ. Так, lГ у дров » 85 %, у бурого угли » 60 %, а у антрацитов » 4 %. Выход летучих горючих веществ характеризует способность топлива к воспламенению. Чем больше выход летучих и чем ниже температура их выделения, тем легче топливо воспламеняется и тем выше его реакционная способность при горении. Это свойство топлива учитывается при организации его сжигания.

Твёрдый осадок после отгонки летучих – кокс может быть сыпучим - неспекающимся, слабоспекающимся и спекающимся. Свойства кокса, естественно, в значительной мере влияют на организацию сжигания топлива, а также на использования топлива для его коксования, газификации и т.д.

При сжигании твёрдых топлив большое значение имеет также температура плавления золы.

1.4 Горение топлива

Горение – сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем, протекающий при высоких температурах и сопровождающийся интенсивным выделением теплоты.

В качестве окислителя чаще всего используется кислород атмосферного топлива.

Для обеспечения непрерывного и устойчивого горения топлива необходимы физические условия, важнейшими среди которых являются: бесперебойный подвод топлива и окислителя в зону горения; непрерывное и интенсивное их перемешивание; подогрев топлива до температуры воспламенения;

Главная

#bn {display:block;}#bt {display:block;}Роем котлованы: ознакомьтесь - выгодный вывоз строительного мусора.

Газовый. Украина может бить независимой в. 100 долларов устроили бы туркмению. Правительство инициирует введени. Water and ecology.ru - добро пожаловать!.

Главная -> Экология