Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 30
У меня почему-то вызывает большие сомнения КПД такой схемы. Вы оценивали примерно какой процент затраченной электроэнергии можно получить обратно?
Каких либо реальных расчетов я не проводил, но у Honda уже есть рабочий прототип мопеда (типа такого youtu.be/ZhlwuSs6uPM, не могу быстро найти видео от Honda), использующий описанный принцип электрогенерирования. В статьях, они описывали что-то в духе «если бы не платиновые электроды, то мы уже давно совершили революцию». Исходя из этого я делаю вывод, что КПД системы будет достаточным, а размеры приемлимыми.
Хонде пришлось использовать платиновые электроды, чтобы добиться приемлемого КПД. В вашем случае еще добавляются потери в электролизере и на сжатие газа. Я бы на вашем месте первым делом попытался рассчитать КПД.
ИМХО, проблема современных электробатарей не столько в КПД, а сколько в низкой надежности, низком сроке службы, дикими потерями заряда при отрицательных температурах (даже в режиме простоя), высоким отношением (объем устройства/объем заряда). Хотя и КПД там тоже не очень.
Если же предложенная конструкция сможет решить вышеописанные проблемы, то, я думаю, именно показателем КПД можно пожертвовать.
Если же предложенная конструкция сможет решить вышеописанные проблемы, то, я думаю, именно показателем КПД можно пожертвовать.
Но, у вас-то не только электрогенератор, но и генератор водорода/кислорода + их сжатие.
Газосберегающая камера на рендере мало похожа на баллон. Торцы газового баллона должны быть полусферами — это оптимальная форма для ёмкости под давлением, посмотрите на реальные баллоны. Толщина стенок тоже как-то маловата для газов с такой низкой Ткип, как кислород и водород, с текущими стенками максимум бутан хранить. При накачке баллона газ будет адиабатически нагреваться — надо предусмотреть охлаждение тракта накачки, или большое давление (=большая энергоёмкость) у нас не получится. Охлаждение электролизной ванны, к слову, тоже — потери при электролизе никто не отменял.
А так плюс — я водородную энергетику очень люблю. Поставить плюс не могу — нет публикаций — поэтому выражаю его словами :)
А так плюс — я водородную энергетику очень люблю. Поставить плюс не могу — нет публикаций — поэтому выражаю его словами :)
Плиз, делайте скидку на то, что нарисован концепт, а не прототип.
Если бы я реально собирался делать устройство, я конечно все бы посчитал.
А так можно еще придраться к тому, что большая часть конструкции висит воздухе и провода не закреплены, и т. д.
Если бы я реально собирался делать устройство, я конечно все бы посчитал.
А так можно еще придраться к тому, что большая часть конструкции висит воздухе и провода не закреплены, и т. д.
Давайте лучше ТАРДИС построим. Концепт давно есть, а считать что-то там — не обязательно…
> Honda предлагает использовать в качестве электродов (E) платиновые [Pt] пластины. Что делает всю конструкцию непомерно дорогой. Но я уверен, что вполне реально найти значительно более дешевый (народный) химический состав для электродов
Это не совсем электрод, это катализатор… www.mpoweruk.com/hydrogen_fuel.htm
> Catalysts are needed to increase the rate of oxidation at the anode and the rate of reduction at the cathode. In this way they allow the chemical reaction to take place at a lower temperature. Alternatively to avoid the cost of expensive catalysts, some fuel cells are designed to work at elevated temperatures. The platinum catalyst used in PEM and some other cells is very expensive and extremely sensitive to poisoning by even small amounts of Carbon Monoxide (no more than one part per million is usually acceptable)…
… в PEMFC ячейке на базе PEM — протонообменной мембране. Такая мембрана проницаема для штучных протонов, но не для молекул газов H2, O2 или электронов.
> Splitting of the hydrogen molecule is relatively easy by using a platinum catalyst. Unfortunately however, splitting the oxygen molecule is more difficult, and this causes significant electric losses. An appropriate catalyst material for this process has not been discovered, and platinum is the best option.
> A cheaper alternative to platinum is Cerium(IV) oxide catalysator used by professor Vladimír Matolín in the development of PEMFC.
Подходящие катализаторы ищут не только среди «народных» материалов:
en.wikipedia.org/wiki/Proton_exchange_membrane_fuel_cell#Catalyst_research
Это не совсем электрод, это катализатор… www.mpoweruk.com/hydrogen_fuel.htm
> Catalysts are needed to increase the rate of oxidation at the anode and the rate of reduction at the cathode. In this way they allow the chemical reaction to take place at a lower temperature. Alternatively to avoid the cost of expensive catalysts, some fuel cells are designed to work at elevated temperatures. The platinum catalyst used in PEM and some other cells is very expensive and extremely sensitive to poisoning by even small amounts of Carbon Monoxide (no more than one part per million is usually acceptable)…
… в PEMFC ячейке на базе PEM — протонообменной мембране. Такая мембрана проницаема для штучных протонов, но не для молекул газов H2, O2 или электронов.
> Splitting of the hydrogen molecule is relatively easy by using a platinum catalyst. Unfortunately however, splitting the oxygen molecule is more difficult, and this causes significant electric losses. An appropriate catalyst material for this process has not been discovered, and platinum is the best option.
> A cheaper alternative to platinum is Cerium(IV) oxide catalysator used by professor Vladimír Matolín in the development of PEMFC.
Подходящие катализаторы ищут не только среди «народных» материалов:
en.wikipedia.org/wiki/Proton_exchange_membrane_fuel_cell#Catalyst_research
en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
КПД PEMFC ячеек — 50–70%; систем на базе PEMFC — 30-50%, стоимость ватта генерации — 50-100 долларов.
Дороговато для частных применений. Свинцовые/литиевые аккумуляторы как-то привычнее…
Хотя решения прорабатывались AREVA HELION/MYTRE — www.areva.com/EN/operations-4461/hydrogen-fuel-cells-and-energy-storage.html
> AREVA’s Greenergy Box… is the only device of its kind in the world. Consisting of an electrolyzer and a fuel cell, it stores hydrogen and oxygen generated by water electrolysis when power demand is low and recombines them to generate electricity when power demand is high.… load and peak leveling;… guaranteeing emergency backup supply
мощности 50-500 тыс. кВт, хранение 0,2-2 МВт*ч.
КПД по электричеству — 30-35%, цены не назывались (можно оценить перемножением на стоимость Ватта топливной ячейки).
Экологично, красиво, тихо (pdf 2012). Но имеет смысл при избытке дешевого электричества в неправильное время (кпд 30% -> удорожание на выходе в 3 раза). В частности, основной профиль AREVA — атомная электроэнергетика.
КПД PEMFC ячеек — 50–70%; систем на базе PEMFC — 30-50%, стоимость ватта генерации — 50-100 долларов.
Дороговато для частных применений. Свинцовые/литиевые аккумуляторы как-то привычнее…
Хотя решения прорабатывались AREVA HELION/MYTRE — www.areva.com/EN/operations-4461/hydrogen-fuel-cells-and-energy-storage.html
> AREVA’s Greenergy Box… is the only device of its kind in the world. Consisting of an electrolyzer and a fuel cell, it stores hydrogen and oxygen generated by water electrolysis when power demand is low and recombines them to generate electricity when power demand is high.… load and peak leveling;… guaranteeing emergency backup supply
мощности 50-500 тыс. кВт, хранение 0,2-2 МВт*ч.
КПД по электричеству — 30-35%, цены не назывались (можно оценить перемножением на стоимость Ватта топливной ячейки).
Экологично, красиво, тихо (pdf 2012). Но имеет смысл при избытке дешевого электричества в неправильное время (кпд 30% -> удорожание на выходе в 3 раза). В частности, основной профиль AREVA — атомная электроэнергетика.
разве может быть стоимость у ватта (дж/с)? возможно подразумевалось ватт*час?
У аккумулятора есть хранимый (полезный) заряд, максимальная величина которого измеряется в кулонах, ампер-часах, и энергетическая емкость — Дж или ватт⋅час.
Для топливной ячейки, как и для иных генераторов, нет такого же параметра, т.к. генератор способен выдавать электрическую энергию, пока к нему подводится соответствующий носитель энергии (и пока не выработан ресурс). Википедия, (cc-by-sa 3) — "Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне[1] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе."
В данном случае имеется в виду стоимость водородной топливной ячейки, способной выдавать мощность в 1 Вт (т.е. Установленная мощность). Требуется генерировать 100 Вт для ноутбука — можно поставить условно 100 ячеек на 1 Вт каждая (батарею ячеек). Общую стоимость (из-за платиновых катализаторов и мембран) при непонятной оценке для PEMFC в 50-100 $/Wt (указано в англ. вики без источника) получим порядка 5-10 тыс. долларов.
В 2013 году DOE Fuel Cell Technologies (FCT) Office прогнозировал, что при массовом производстве на уровне 0,5 млн 80-кВт сборок в год водородная PEM ячейка (катализатор + мембрана) могла бы иметь стоимость в 55-67 долларов за киловатт (более ранние оценки — 120-80 долларов за кВт). При производстве лишь единиц тысяч 80-кВт сборок в год стоимость возрастает до ~260-300 долларов за кВт. Мембраны и катализатор в этой стоимости составили бы около 50-60%.
В 2015 представителем DOE FCTназывались цели к 2020 году: 40$ за кВт, ресурс в 5 тыс часов, стоимость хранения водорода 10$ за кВт⋅ч (1.8 кВт⋅ч/литр, 1.3 кВт⋅ч/кг).
Электрический КПД водородных PEM-ячеек с низкими и средними температурами (60-80°C) — 50%: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4174133 «If low or intermediate temperature fuel cell systems are operated directly on hydrogen, electric efficiencies greater than 50% (with system efficiency over 80% with heat recovery) can be achieved»
Для топливной ячейки, как и для иных генераторов, нет такого же параметра, т.к. генератор способен выдавать электрическую энергию, пока к нему подводится соответствующий носитель энергии (и пока не выработан ресурс). Википедия, (cc-by-sa 3) — "Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне[1] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе."
В данном случае имеется в виду стоимость водородной топливной ячейки, способной выдавать мощность в 1 Вт (т.е. Установленная мощность). Требуется генерировать 100 Вт для ноутбука — можно поставить условно 100 ячеек на 1 Вт каждая (батарею ячеек). Общую стоимость (из-за платиновых катализаторов и мембран) при непонятной оценке для PEMFC в 50-100 $/Wt (указано в англ. вики без источника) получим порядка 5-10 тыс. долларов.
В 2013 году DOE Fuel Cell Technologies (FCT) Office прогнозировал, что при массовом производстве на уровне 0,5 млн 80-кВт сборок в год водородная PEM ячейка (катализатор + мембрана) могла бы иметь стоимость в 55-67 долларов за киловатт (более ранние оценки — 120-80 долларов за кВт). При производстве лишь единиц тысяч 80-кВт сборок в год стоимость возрастает до ~260-300 долларов за кВт. Мембраны и катализатор в этой стоимости составили бы около 50-60%.
В 2015 представителем DOE FCTназывались цели к 2020 году: 40$ за кВт, ресурс в 5 тыс часов, стоимость хранения водорода 10$ за кВт⋅ч (1.8 кВт⋅ч/литр, 1.3 кВт⋅ч/кг).
Электрический КПД водородных PEM-ячеек с низкими и средними температурами (60-80°C) — 50%: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4174133 «If low or intermediate temperature fuel cell systems are operated directly on hydrogen, electric efficiencies greater than 50% (with system efficiency over 80% with heat recovery) can be achieved»
Т. е это стоимость именно генератора определенной мощности и к ней необходимо еще приплюсовать стоимость генерации энергии?
Ну так везде и всегда. Взять даже банальный мобильный бензиновый генератор («тарахтелку»):
— сначала нужно купить сам генератор (сколько-то $ за 1 кВт максимальной мощности генератора) + канистры для хранения топлива
— потом регулярно платить за саму выработку в кВт*ч (вообще платить придется за литры топлива при покупке, но при известном КПД генератора одно прямо пропорционально другому)
— сначала нужно купить сам генератор (сколько-то $ за 1 кВт максимальной мощности генератора) + канистры для хранения топлива
— потом регулярно платить за саму выработку в кВт*ч (вообще платить придется за литры топлива при покупке, но при известном КПД генератора одно прямо пропорционально другому)
Там в вики явно какие-то ошибки. (может вообще кВт с ватами перепутаны?). Либо очень старые и давно не актуальные данные приведены.
Стоимость серийных промышленных ячеек уже как минимум на порядок ниже.
И продолжает снижаться в несколько раз быстрее чем дешевеют аккумуляторы (аккумуляторы где-то в 2 раза за 10 лет, ячейки в 10-30 раз за 10 лет).
Например Toyota Mirai имеет блок топливных ячеек на 100 кВт. (100 000 Вт)
При ценах в десятки $ за 1 Вт мощности один этот генератор стоил бы в разы дороже чем вся машина целиком (60-70 тыс $)
Стоимость серийных промышленных ячеек уже как минимум на порядок ниже.
И продолжает снижаться в несколько раз быстрее чем дешевеют аккумуляторы (аккумуляторы где-то в 2 раза за 10 лет, ячейки в 10-30 раз за 10 лет).
Например Toyota Mirai имеет блок топливных ячеек на 100 кВт. (100 000 Вт)
При ценах в десятки $ за 1 Вт мощности один этот генератор стоил бы в разы дороже чем вся машина целиком (60-70 тыс $)
Было бы очень здорово увидеть серию статей, которая объяснила бы любому параноику, слабо разбирающемуся в физике, что такое автономное электроснабжение и вообще инфраструктура для дома\бункера\бэт-пещеры, как оно может быть устроено и как за ним надо было бы ухаживать. Очень люблю такие статьи.
Один только компрессор сведёт на нет всё КПД установки. Поршневые компрессоры крайне неэкономичны, но они чуть ли не единственные способные создавать высокие давления. И кстати очень я сомневаюсь что вообще возможно однокаскадным компрессором получить давление необходимое для сжатия водорода. Обычно для таких случаев используют 3-4 и более ступенчатые компрессоры… соответственно с ещё более низким КПД. И диаметр цилиндров на последних ступенях доходит до нескольких миллиметров — только представьте что на требуемых уровнях давления на каждый квадратный сантиметр поршня будет оказываться давление в 100...400Кг.
И потом, баллоны с таким уровнем давления и по своим свойствам и по энергетике подобны бомбам. Даром что там хранится водород, даже без его воспламенения только за счёт энергии сжатого газа может рвануть прилично.
Я предлагаю обратится к мировому опыту хранения водорода. Давно уже придумали баки для эффективного хранения водорода при очень низких давлениях — от 0.5 до 10атм. Работают они за счёт диффузии водорода в литий и натрий! Уже лет 10 имеются прототипы водородных автомобилей с такими баками.
И никаких проблем с огромными давлениями и неэффективными компрессорами.
Остаётся только избавится от кислорода. Который, впрочем, не менее опасен чем водород, особенно чистый кислород.
И потом, баллоны с таким уровнем давления и по своим свойствам и по энергетике подобны бомбам. Даром что там хранится водород, даже без его воспламенения только за счёт энергии сжатого газа может рвануть прилично.
Я предлагаю обратится к мировому опыту хранения водорода. Давно уже придумали баки для эффективного хранения водорода при очень низких давлениях — от 0.5 до 10атм. Работают они за счёт диффузии водорода в литий и натрий! Уже лет 10 имеются прототипы водородных автомобилей с такими баками.
И никаких проблем с огромными давлениями и неэффективными компрессорами.
Остаётся только избавится от кислорода. Который, впрочем, не менее опасен чем водород, особенно чистый кислород.
А чем опасен кислород, если он будет контактировать только с металлическими деталями? То, что опилки, смоченные жидким кислородом — неплохое ВВ и даже в горном деле применяется, я в курсе. То, что сталь в кислороде горит — тоже, но сталь должна быть раскалённая. От искры там ничего не бомбанёт.
Как раз от искры в атмосфере чистого кислорода и может бомбануть. Все процессы окисления очень сильно ускоряются, даже капелька жира в среде чистого кислорода может вспыхнуть как спичка.
http://www.svarpost.ru/stati/9-ekspluatatsiya-kislorodnykh-ballonov.html самым первым пунктом идёт предупреждение…
Даже резина и пластик в кислороде могут самовоспламенится.
http://www.svarpost.ru/stati/9-ekspluatatsiya-kislorodnykh-ballonov.html самым первым пунктом идёт предупреждение…
Даже резина и пластик в кислороде могут самовоспламенится.
Экзотермически поглощает водород титан. Есть проекты безопасных водородных накопителей. Скорее всего КПД не высокое.
в принципе цикл замкнутый, если подобрать материалы то отравления катализатора практически не будет
но двойное преобразование с потрей тепла
даже если КПД элемента взять за 80%
КПД электролизера не линейна, примем условно за 60%
итого получим 48%
при КПД свинцового аккумулятора около 70%
если удастся сделать установку с ресурсом в 2 раза больше аккумулятора и тойже стоимостью
то есть смысл замороситься
но двойное преобразование с потрей тепла
даже если КПД элемента взять за 80%
КПД электролизера не линейна, примем условно за 60%
итого получим 48%
при КПД свинцового аккумулятора около 70%
если удастся сделать установку с ресурсом в 2 раза больше аккумулятора и тойже стоимостью
то есть смысл замороситься
Даже хуже. Есть промышленные прототипы подобных систем хранения энергии. КПД за полный цикл (от энергии взятой от сети или внешнего генератора до возрата энергии обратно в сеть: преобразователь, электролиз, сжатие, топливные ячейки, преобразователь/инвертор + управляющие схемы) получается в районе 30-35%.
Но вот ресурс уже сейчас выше чем у химических аккумуляторов. А главное это емкость — если нужен большой запас энергии(а не большая мощность), то дополнительные баки с водородом под давлением обходятся намного дешевле чем хим. аккумуляторы.
Но вот ресурс уже сейчас выше чем у химических аккумуляторов. А главное это емкость — если нужен большой запас энергии(а не большая мощность), то дополнительные баки с водородом под давлением обходятся намного дешевле чем хим. аккумуляторы.
А можно пруфы?
Лично я, вразумительного ничего не нашел…
Лично я, вразумительного ничего не нашел…
geektimes.ru/post/259574/#comment_8729150
habrastorage.org/getpro/geektimes/comment_images/e2a/af4/635/e2aaf4635568d52bbe6c7f87f69ec99a.jpg
+ energystorage.org/energy-storage/technologies/hydrogen-energy-storage
«Hydrogen Production… The conversion efficiency for both technologies is about 65%~70% (lower heating value).»
«Hydrogen Re-Electrification… Hydrogen can be re-electrified in fuel cells with efficiencies up to 50%, or alternatively burned in combined cycle gas power plants (efficiencies as high as 60%).»
«The round trip efficiency today is as low as 30 to 40% but could increase up to 50% if more efficient technologies are developed»
habrastorage.org/getpro/geektimes/comment_images/e2a/af4/635/e2aaf4635568d52bbe6c7f87f69ec99a.jpg
+ energystorage.org/energy-storage/technologies/hydrogen-energy-storage
«Hydrogen Production… The conversion efficiency for both technologies is about 65%~70% (lower heating value).»
«Hydrogen Re-Electrification… Hydrogen can be re-electrified in fuel cells with efficiencies up to 50%, or alternatively burned in combined cycle gas power plants (efficiencies as high as 60%).»
«The round trip efficiency today is as low as 30 to 40% but could increase up to 50% if more efficient technologies are developed»
Очень странный компрессор. Работать не будет. Либо это — центробежный, либо — турбинного типа. Представленный вариант — ни то, ни другое.
К подбору материалов нужно отнестись очень тщательно. Водород насыщает большинство металлов, легко проходит сквозь них.
Емкость такого накопителя будет крайне мала.
КПД, при первом рассмотрении, будет отрицательным.
Выход тока будет небольшим.
Перспективный накопитель, на мой взгляд — маховик. Существующие на данный момент имеют срок службы десятки лет, гигантские токи разряда, относительную дешевизну.
Но, плюсик за современную идею, на мой взгляд, она будет работать в более крупных, промышленных масштабах.
К подбору материалов нужно отнестись очень тщательно. Водород насыщает большинство металлов, легко проходит сквозь них.
Емкость такого накопителя будет крайне мала.
КПД, при первом рассмотрении, будет отрицательным.
Выход тока будет небольшим.
Перспективный накопитель, на мой взгляд — маховик. Существующие на данный момент имеют срок службы десятки лет, гигантские токи разряда, относительную дешевизну.
Но, плюсик за современную идею, на мой взгляд, она будет работать в более крупных, промышленных масштабах.
Вопрос немного не по теме
А в какой программе вы такие 3Д модели нарисовали?
А в какой программе вы такие 3Д модели нарисовали?
Заодно сразу необходимо проработать проект с точки зрения безопасности для окружающих. Боюсь, по результату экспертизы будут наложены серьезные ограничения на размещение и защиту объекта генерации.
Турбина, пожалуй, самый сомнительный модуль из всей концепции. С одной стороны, мои скудные познания в химии говорят, что циркулирующие реагенты гораздо лучше вступают в химические реакции. С другой стороны, я не нашел ни подтверждения, ни опровержения того, что активная циркуляция газа повысит эффективность электрогенерирующих ячеек. В итоге я решил предусмотреть данное устройство в конструкции, но его влияние на КПД работы системы надо проверить.
Если как понял предполагается полностью замкнутый цикл, т.е. работа только на чистом водороде и кислороде(полученных в предыдущем цикле при электролизе воды), то в этом нет никакой надобности. Такое имеет смысл только для «открытых» (работающих на атмосферном кислороде, когда в баллонах хранится только водород) топливных ячеек — там в процессе реакции концентрация кислорода снижается (растет доля азота и других атмосферных газов) и поддержания эффективности процесса желательно все это дело продувать.
Тут же всегда будет 100% кислород поступать, ну а продукты реакции это вода и удаляется в жидком виде
Так как диффузные процессы никто не отменял, в кислородной газосберегающей камере будет появляться и накапливаться водород и соответственно, в водородной камере будут аналогичные процессы. В результате, это приведет к детонации газа в соответствующей газосберегающей камере. Такую ситуацию необходимо предусмотреть и в конструкцию газосберегающих камер необходимо добавить перегородки для гашения взрывной волны. Также, газосберегающие камеры необходимо оснастить клапанами для выпуска газа при избыточном давлении;
Проще и намного безопаснее использовать специально предназначенные для борьбы с подобными проблемами каталитические «дожигатели» разместив их внутри бака. Которые будут вызывать медленную реакцию кислорода с водородом и превращать их в воду задолго до того, как соотношение газов станет опасным с точки зрения взрыва или воспламенения.
Про подобные штуки например тут писалось: geektimes.ru/post/260390
Там они используются для утилизации и рекуперации образующегося гремучего газа(водород+кислород) при зарядке свинцовых аккумуляторов.
Подобные штуки так же используются на АЭС как одна из пассивных защитных систем, т.к. в реакторе возможно образование водорода из воды (при активное — при критическом перегреве реактора во время аварии- термическая диссоциация, и постепенное и постоянно идущее при радиоактивном разложении воды излучением — радиолиз)
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Персональный водородный накопитель (концепт)