Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание экспериментального образца водородной системы резервного электроснабжения средней мощности на основе альтернативных источников энергии.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
водородная энергетика, водород, альтернативный источник энергии, топливный элемент, генератор водорода, источник бесперебойного питания, резервный источник электроснабжения

Цель проекта:
Разработка новых технических решений, обеспечивающих повышение надежности электропитания телекоммуникационного оборудования и снижение экологической нагрузки за счет применения водородных технологий аккумулирования энергии. Обеспечение максимальной локализации производства компонентов для водородной системы резервного электроснабжения за счет разработки отечественных водородно-воздушных топливных элементов. Создание экспериментального образца водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии (ВСБПАЭ) на основе отечественных и импортных компонентов.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения работ будут получены следующие научно-технические результаты:
1) Будет подготовлен обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по созданию систем резервного электроснабжения и альтернативных источников энергии;
2) Будут выбраны и обоснованы направления исследования, методов и средств создания ВСБПАЭ;
3) Будет разработана рабочая и эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец ВСБПАЭ.
4) Будет разработана эскизная конструкторская документация на водородно-воздушный топливный элемент.
5) Будут получены экспериментальные образцы водородно-воздушных топливных элементов общей мощностью 10 кВт и проведены их испытания.
6) Будет разработана эскизная конструкторская документация на систему управления работой экспериментального образца ВСБПАЭ и изготовлен образец.
7) Будет разработана Программа и методики экспериментальных исследований экспериментального образца ВСБПАЭ.
8) Будет создан экспериментальный образец ВСБПАЭ на основе коммерческого и разработанного в результате выполнения проекта топливных элементов и проведены экспериментальные исследования на нем.
9) Будет проведена оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ.
10) Будут разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
11) Будет разработан Проект технического задания на проведение ОКР по теме: Создание водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии на основе альтернативных источников энергии.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемая водородная система резервного электроснабжения на основе альтернативных источников энергии позволит уменьшить экологическую нагрузку за счет одновременного использования водородных технологий и возобновляемых источников энергии.
Новизна использующихся решений заключается в том, что решена задача улучшения свойств протонпроводящих мембран типа Нафион при низкой влажности. Показано, что использование разработанных мембран позволяет добиться существенного повышения мощности топливных элементов при пониженной влажности. Это позволит существенно упростить конструкцию топливных элементов и повысить эффективность их работы. При этом мощность топливного элемента на основе разработанных мембран при низкой влажности превышает мощность топливных элементов на основе мембран Нафион даже при 100% относительной влажности подаваемых газов. Использование катализатора на оксидном носителе снижает требования к чистоте водорода и рабочим температурам топливного элемента.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Областью применения разрабатываемой в ходе выполнения проекта водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии может являться обеспечение бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования, а также широкого спектра потребителей от автономных рабочих мест до удаленных объектов различного типа в случае отключения или ухудшения качества электрической энергии источника переменного тока, т.е. повышение стабильности энергообеспечения объектов. Кроме того, разрабатываемая система может использоваться для замены традиционных дизельных электростанций, с целью снижения экологической нагрузки.
В настоящий момент на российском рынке подобных систем на основе отечественных разработок не существует. В ближайшие 5 лет по экспертным оценкам ожидается ускоренное развитие систем электроснабжения на основе топливных элементов, в первую очередь, для энергоснабжения ряда транспортных средств и систем резервного энергоснабжения.
Разрабатываемая система будет способствовать повышению стабильности работы оборудования, повышению конкурентоспособности отечественной продукции и импортозамещению.
Возможными потребителями научно-технических результатов ПНИ являются предприятия по производству систем электроснабжения. Индустриальным партнером предлагаемого проекта является ООО "Эй Ти Энерджи", активно занимающийся разработкой и организацией серийного выпуска мембранно-электродных блоков на основе нанокомпозиционных мембран.
Успешное выполнение проекта позволит расширить области практического применения и рынка сбыта топливных элементов.

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающей проблему создания систем бесперебойного питания и аккумулирования энергии. В соответствии с обращением Салихова написана обзорная публикация в журнал «Теплоэнергетика». Обзор принят к печати.
Определены методы и средства создания водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии, а также методы модификации ионообменных мембран и химический состав допантов. Проведен расчет основных характеристик компонентов водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии (топливный элемент, электролизер, солнечная батарея, система хранения водорода, аккумулятор) и оптимизация их компоновки.
Разработаны методики и проведена модификация перфторированных сульфокатионитовых мембран типа Nafion-212 оксидом кремния и кислыми солями гетерополикислот. При относительной влажности ~30% и 25°С проводимость разработанных мембран достигает значений 2.6•10 3 Ом 1см 1, что более чем в 70 раз выше, чем проводимость мембраны Nafion 212 в аналогичных условиях. При этом газопроницаемость полученных материалов не выше, чем исходной мембраны Nafion 212. Показано, что свойства мембран стабильны при проведении циклов гидратации/регидратации.
Наработана партия композиционных мембран на основе мембраны Nafion-212. Наработана партия электрокатализатора для экспериментального образца батареи водородно-воздушных топливных элементов.
Проведен расчет основных характеристик компонентов водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии (топливный элемент, электролизер, солнечная батарея, система хранения водорода, аккумулятор) и оптимизация их компоновки.
Разработаны программа и методики испытания мембран в составе одиночных мембранно-электродных блоков.
Разработаны эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец водородной системы бесперебойного питания и аккумулирования энергии и на экспериментальный образец батареи водород-воздушных топливных элементов.
Изготовлены экспериментальные образцы батарей ВВТЭ общей мощностью 4000 и 6000 Вт и проводятся их испытания. Разработана и изготовлена система управления работой ВСБПАЭ.