водорода и водород-воздушных топливных элементов, а водородная. Металлогидридный аккумулятор с электролизным генератором водорода.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Энергоэффективность, энергосбережение и ядерная энергетика
Руководитель исследования:
Тарасов Борис Петрович,
заведующий лабораторией водород
-
аккумулирующих материалов
E
-
mail: [email protected]
.
ru,
т
ел
.
/
ф
акс:
+7(
49652
)
21743
Организация:
ФГБУН Институт проблем химической физики
Российской академии наук
Разработка и создание водородной
системы резервного электроснабжения и
аккумулирования энергии
Соглашение № 14.604.21.0124
Исполнители соглашения № 14.604.21.0124
от 22.08.2014 г
.
2
Получатель субсидии:
ФГБУН
Институт проблем химической физики
РАН
Руководитель и сотрудники лаборатории водород
-
аккумулирующих материалов
более 30 лет работают в области металлогидридных систем хранения водорода
и водородной энергетики.
Соисполнитель:
ООО «
Инэнерджи
»
имеет опыт разработки и испытаний систем постоянного и резервного питания
на базе водородных топливных элементов с баллонами водорода.
Индустриальный партнёр:
ЗАО «ДРАГЦВЕТМЕТ»
занимается переработкой сырья из драгоценных и редкоземельных металлов,
производит и экспортирует продукцию технического назначения из
драгоценных и редкоземельных металлов
Соглашение № 14.604.21.0124
3
Цели и задачи проекта
Разработка новых технических решений, обеспечивающих повышение
надежности электропитания телекоммуникационного оборудования и
снижение экологической нагрузки на природу за счет применения
водородных технологий аккумулирования энергии. Создание
экспериментального образца водородной системы резервного
электроснабжения и аккумулирования энергии.
Новый подход к созданию высокоэффективных систем автономного
электропитания и аккумулирования электроэнергии с использованием
водорода в качестве энергоносителя. Особенность данного проекта

разработка компактных и безопасных металлогидридных
аккумуляторов многократного действия. Разрабатываемая водородная
система электропитания состоит из металлогидридных аккумуляторов
водорода и водород
-
воздушных топливных элементов, а водородная
система аккумулирования энергии

из электролизера,
металлогидридного аккумулятора и топливных элементов.
Научная значимость
Соглашение № 14.604.21.0124
План
-
график исполнения обязательств
4

этапа
Наименование
этапов
Отчетный
период
Средства
субсидии,
млн.руб
.
Внебюд
-
жетные
средства,
млн.руб
.
Индикаторы
и показатели
1
Выбор направления исследований
и способов решения поставленных
задач
22.08.14
-
31.12.14
9,5
3
,0
Статьи

1,
Заявки

0,
Мол.
иссл
.

55%
ЦКП

1,
УНУ

1
2
Экспериментальные исследования
характеристик металлогидридных
материалов и обоснование
конструкционных решений
01.01.15
-
30.06.15
4,75
1,75
Статьи

2,
Заявки

1,
Мол.
иссл
.

55%
ЦКП

2,
УНУ

1,
Заруб.
уст.
-
1
3
Разработка и изготовление
металлогидридного аккумулятора
01.07.15
-
31.12.15
4,75
1,75
4
Разработка образца водородной
системы резервного электроснабжения
и аккумулирования энергии
01.01.16
-
30.06.16
4,75
1,75
Статьи

3,
Заявки

2,
Мол.
иссл
.

55%
ЦКП

2,
УНУ

1,
Заруб.
уст.
-
1
5
Обобщение и оценка результатов
исследований, проведение испытаний
системы резервного электроснабжения
и аккумулирования энергии.
01.07.16
-
31.12.16
4,75
1,75
Соглашение № 14.604.21.0124
Сравнение существующих систем резервного
электропитания с водородными
5
СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ:
Основа:
-
дизельные или бензиновые электрогенераторы,
-
электрохимические аккумуляторные батареи.
Недостатки:
-
конструктивно сложны,
-
дороги в обслуживании;
-
имеют высокий уровень шума;
-
громоздки;
-
загрязняют окружающую среду.
ВОДОРОДНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ:
Основа:
-
система хранения водорода и блок водородно
-
воздушных топливных
элементов.
Достоинства:
-
низкая стоимость владения;
-
простота и модульность конструкции;
-
«длинный» резерв, удаленный мониторинг;
-
возможность исключения логистики топлива;
-
высокая
экологичность
, отсутствие выхлопа,
запаха
, вибраций и шума
;
-
высокая
надежность и безопасность.
Соглашение № 14.604.21.0124
Характеристики
различных систем резервного
электропитания
и стоимость владения
6
Соглашение № 14.604.21.0124
Преимущества и недостатки существующей
водородной системы резервного электропитания
7
Преимущества:

низкая рабочая температура ТЭ

подогрев не требуется;

высокий
кпд
выработки электроэнергии ТЭ;

небольшие габариты модулей ТЭ;

высокая энергоемкость системы;

допустимость 100%
-
ного
разряда;

высокий срок службы ТЭ

не менее 3000 ч.
Недостатки:

жесткие требования по безопасности к системам хранения
водорода,

невозможность использования водородных баллонов
высокого давления в помещениях и вблизи жилых домов;

отсутствие инфраструктуры поставки водорода.
Соглашение № 14.604.21.0124
Основные результаты проекта
8
В ходе выполнения Соглашения разработаны и созданы:
1
Новые водород
-
аккумулирующие материалы и технические решения для
создания металлогидридных аккумуляторов водорода многократного действия.
2
Металлогидридный аккумулятор водорода, заправляемый электролизным
водородом и обеспечивающий питанием топливный элемент.
3
Автоматизированная система управления водородной системой
аккумулирования энергии.
4
Экспериментальный образец водородной системы резервного
электроснабжения, состоящий из металлогидридного аккумулятора водорода и
топливного элемента.
5
Экспериментальный образец водородной системы аккумулирования
электроэнергии, состоящий из электролизера, металлогидридного
аккумулятора водорода и топливного элемента.
6
Проект технического задания на проведение ОКР по созданию водородной
системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии.
Соглашение № 14.604.21.0124
Результат проекта:
новые
материалы для аккумулирования водорода
9
Принцип действия
Материалы
Температура,
o
C
Количество
H
2
,
мас
.%
Обратимое гидрирование
металлов, сплавов, композитов:
M + xH
2

MH
2x
La(Mm)Ni
5
TiFe
(
Ti
,
Zr
)(
Mn
,
Cr
)
2
Mg
2
Ni
Mg
-
Mm
-
Ni
Mg
Mg + 5%C
Mg +
5
%Ni
La(
Ce
)Ni
5
La(Mg)Ni
3
Ti
2
Fe
89Mg
-
11Ni
Mg
-
5%ВОГ
Mg
-
5%Ni/
ВОГ
-
50 ─ +50
-
30 ─ +50
-
30 ─ +50
250 ─ 300
250 ─ 300
300 ─ 350
300 ─ 350
300 ─ 350
-
50
-
+50
-
50
-
+50
0
-
+500
250

300
250

300
250

300
1.5
1.8
2.0
3.6
5.5
7.6
7.
3
7.
3
1.5
1.8
3.0
5.5
7.3
7.3
La
0.67
Mm
0.33
Ni
5

H
2
Соглашение № 14.604.21.0124
10
Варианты модулей металлогидридной системы хранения водорода
Результат
проекта:
металлогидридные аккумуляторы водорода многократного
действия
Композиционный баллон с
металлогидридной засыпкой:
1

корпус, 2

порошок
металлогидрида
,
3

медная трубка с отверстиями,
4

керамический фильтр, 5

композитная
оболочка баллона, 6

горловина, 7

манометр, 8

входной штуцер, 9

вентиль
.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Соглашение № 14.604.21.0124
Результат
проекта:
автоматизированная система управления
Управление
KZ
φ
2,
φ
3,
φ
4
-
Контура регуляторов
запуска ТЭ, температуры ТЭ и отби
-
раемой от ТЭ мощности,
соответственно
SW1
SW2
W
H
Кнопка запуска
А2/
A
3
DC
/
DC
буфер
преобразователь
или управляемая
нагрузка
φ
1
Контур регулятора
подогрева
SW2
W
H
KZ
StL
Uout
A4
P
H
SP
H
H
2
, N, H
2
O
KP
Q
T
ТЭ
ЭК1
ЭК2
H
2
Тте
НВ
Q
a
Воздух
SW1
SW2
U
T
+
U
T
-
Т
a
е
U
T
+
I
T
+
A1
Q
af
Q
af
A4
A4
С
SL

Разработана
автоматизированная система управления (АСУ)
водородного электропитания
.

Система управляет работой ТЭ, подачей водорода к ТЭ, и «подключает» АКБ к нагрузке в случае
необходимости.

Реализована
разработанная схема интеллектуальной автоматической балансировки мощности ТЭ
с буферной АКБ для сглаживания пиковых нагрузок потребителя при любом графике потребления
.

Система
апробирована на мощностях свыше 4 кВт на 1 модуль (2,5 кВт

ТЭ; 1,5 кВт

АКБ).

Реализован
алгоритм автоматики безопасности: по датчику давления в системе, датчику утечки
водорода, температурным датчикам на ТЭ.
Плато
управления
(
без подключенной периферии)
11
Соглашение № 14.604.21.0124
Результат проекта:
водородная
система
резервного
электропитания
Ногинский район Московской обл.
ООО
«
Инэнерджи
»
-
ПАО «Мобильные
ТелеСистемы
»
,
металлогидридный аккумулятор

ИПХФ РАН
12
Шкаф
климатический
Соглашение № 14.604.21.0124
13
Результат проекта:
водородная система аккумулирования электроэнергии
Металлогидридный
аккумулятор
с электролизным генератором водорода
Металлогидридный
аккумулятор
водорода
Блок водород
-
воздушных
топливных элементов
Газовый
коммутатор
Блок
топливных
элементов
Электролизный
модуль с блоками
управления
Соглашение № 14.604.21.0124
Результат проекта:
выполнение запланированных индикаторов
14

Наименование
Единица
измерения
Значение
2014 год
2015 год
2016 год
План.
Дост
.
План.
Дост.
План.
Дост.
Индикаторы
1
Число публикаций в научных журналах,
индексируемых в
Scopus
или WEB
of
Science
единиц
1
1
2
2
3
5
2
Число патентных заявок, поданных по результатам
исследований и разработок
единиц
0
0
1
1
2
2
3
Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей
численности участников проекта
процент
55
80
55
70
55
62
4
Объем привлеченных внебюджетных средств (не
менее 20% от общего объема финансирования)
млн. руб.
3,0
3,0
3,5
3,5
3,5
3,5
Показатели
1
Средний возраст исследователей

участников
проекта
лет
42
35
43
39
43
40
2
Количество мероприятий по демонстрации и
популяризации результатов
единиц
0
4
0
3
1
4
3
Число диссертаций на соискание ученых степеней,
защищенных по результатам исследований
единиц
0
0
0
0
1
1
4
Использование при выполнении ПНИ уникальных
научных установок
единиц
1
1
1
1
1
1
5
Использование научного оборудования центров
коллективного пользования
единиц
1
2
2
2
2
2
6
Использование объектов зарубежной
инфраструктуры
единиц
0
0
1
1
1
1
Соглашение № 14.604.21.0124
Результат:
проект ОКР на производство систем резервного электропитания и
аккумулирования
электроэнергии
система
резервного
электропитания
система
аккумулирования
электроэнергии
Исполнитель ОКР

ООО «
Инэнерджи
», соисполнитель

ИПХФ РАН, инд. партнер

ЗАО
«
Драгцветмет
»
15
Соглашение № 14.604.21.0124
16
Практическая значимость исследования
Эффекты внедрения результатов проекта:

Снижение эксплуатационных затрат
при
обеспечении функционирования
систем резервного электропитания.

Снижение суммарных затрат владения
более
10% при сроке эксплуатации

5 лет.

Повышение надежности
и безотказной
работы после
3
-
5
лет
эксплуатации.

Повышение
экологичности
из
-
за наличия в выбросах только водяного
пара и отсутствия необходимости переработки вредных и загрязняющих
веществ после завершения срока эксплуатации.

Повышение эффективности использования возобновляемых источников
энергии с помощью систем аккумулирования
энергии.
Соглашение № 14.604.21.0124
Перспективы практического
использования
17
Потенциальные потребители результатов:
ОАО «Ростелеком», ОАО «МТС», ОАО «
Вымпелком
», ОАО «Мегафон»,
Heliocentris
Energy
Solutions
AG (Германия), УФМС и ПФР Оренбургской
области, ЗАО «
Газпром
-
инвест
Юг», ОАО «ЦИУС ЕЭС»
Области
применения
результатов:

Электроэнергетика: резервное электропитание вместо дизельных
генераторов и электрохимических аккумуляторных батарей.

Телекоммуникация: повышение надежности электропитания
оборудования.

Электротехника: бесперебойное питание ключевых узлов корпоративной
сети и критичных объектов.

Возобновляемая энергетика: повышение эффективности использования
солнечных и ветровых электрогенераторов.

Промышленная энергетика: выравнивание суточного графика нагрузки в
бытовых и промышленных электросетях.
Соглашение № 14.604.21.0124
Спасибо за внимание!
18
Тарасов
Борис Петрович
заведующий лабораторией
водород
-
аккумулирующих материалов
Института
проблем химической физики РАН
E
-
mail
: [email protected],
тел/факс
: +
7
-
496
-
5221743
Исследование
выполнено в рамках ФЦП
Минобрнауки
РФ,
мероприятие
1.2
Соглашение № 14.604.21.0124 от 22.08.2014 г.
Получатель субсидии:
ФГБУН Институт проблем химической физики РАН,
Соисполнитель:
ООО «
Инэнерджи
»
Индустриальный партнёр:
ЗАО
«ДРАГЦВЕТМЕТ»

Приложенные файлы

  • pdf 14969293
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий