Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»)

[einstitut.livejournal.com]

Оригинал взят у einstitut в Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»)

Более десяти лет назад американский экономист Джереми Рифкин провозгласил «водородную революцию», путь в новую энергетическую эру: многие миллионы топливных элементов, в которых водород вступает в реакцию с кислородом, будут децентрализовано производить электроэнергию и тепло для всего мира.

В текущем году началось активное движение, топливные элементы стали постепенно перемещаться из исследовательских лабораторий ближе к потребителям.

Топливный элемент (fuel cell) - устройство, в котором происходит химическая реакция веществ, в результате которой вырабатывается электрический ток. Обычно этими веществами выступают водород и кислород.



Многие уже слышали про авто, работающее на топливных элементах («на водороде»), которое запустила в серию компания Тойота. Собственно концепты и прототипы подобных автомобилей создавались чуть ли не всеми крупными автопроизводителями ещё с середины 90-х годов. А в космической отрасли топливные элементы используются ещё с 60-х и, например, применялись для электроснабжения корабля многоразового использования «Буран».

Так выглядел топливный элемент в Мерседесе:


И вот пришло время запустить их в массовое производство.
Но мы поговорим не об авто. Наша речь об отопительном оборудовании для жилых домов.

В 2014 году практически все основные производители отопительного оборудования заявили о (скором) начале серийного производства котлов на топливных элементах для домашнего применения и представили готовые прототипы (и уже есть отдельные модели в продаже). Данная техника фактически представляет собой когенерационные установки, основным продуктом которых является электроэнергия, а побочным – тепло.
В Германии уже второй год проводится масштабный тест, в рамках которого установлено 350 единиц отопительной техники на топливных элементах, которые уже проработали в общей сумме 2,3 миллиона часов, выработав 1,3 миллиона КВтч электроэнергии. Промежуточные итоги теста оцениваются специалистами как «чрезвычайно положительные».



Как работает такая техника?

Все представленные на сегодняшний день варианты отопительных установок устроены схожим образом. Берется конденсационный газовый котел, к нему приставляется блок топливного элемента плюс водонагревательный и накопительный (буферный) бак для отопления. Котел и топливный элемент параллельно подключаются к газовой сети. Газ поступает в блок топливного элемента, где из него выделяется водород, после чего водород в топливном элементе вступает в реакцию с кислородом, вырабатывая электричество и тепло. То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа. Газовый котел подключается только в том случае, если вырабатываемой тепловой энергии не хватает для бытовых нужд.



Схема блока топливного элемента:

Каковы основные технические характеристики такого оборудования?

Бытовые котлы на топливных элементах производят от 10 до 35 КВтч электроэнергии в день, что в целом покрывает потребности среднего домохозяйства (4000 КВтч в год – приблизительная «расчетная» величина годового потребления электроэнергии семьи из 4-х человек, проживающих в индивидуальном доме, принятая в Германии).

Тепловая мощность оборудования (без газового котла) по российским меркам незначительна: 0,6 – 1,8 КВт в зависимости от модели.
Тем не менее, поскольку сейчас в Европе время тотальной, так сказать, энергоэффективности в строительстве, для компактного пассивного дома такой тепловой мощности может быть и достаточно.

К достоинствам рассматриваемой технологии относится высокая эффективность производства электричества из газа (60%), экологичность, бесшумность работы, сокращение затрат потребителей на электро- и теплоснабжение.
Ну а основным недостатком является цена. Такой прибор стоит сейчас определенно несколько десятков тысяч евро (по имеющимся у нас данным примерно 25 – 35 тысяч). Это в общем-то нормально для новой технологии. Компьютеры раньше тоже стоили дорого.

Comments

[roquefort-tln.livejournal.com]

В статье есть немного цифр, но нет двух главных - сколько энергии (ок, в сумме, тепло+электричество) получается из одного кубика газа в нормальном современном отопительном котле, и сколько в этой вундервафле.
И за сколько эта вилка окупит стоимость вундервафли.

"от 10 до 35 КВтч электроэнергии в день" - это никому не нужная болтовня.

[ubpskh.livejournal.com]

В нормальном современном отопительном котле из природного газа делают углекислый газ и воду

Здесь происходит ровно то-же самое. ==>, если грубо, то на то и выходит.

[roquefort-tln.livejournal.com]

ну, может тут кпд заметно выше, чем у просто котла?

[djkmomega.livejournal.com]

Где это видано, чтобы просто котел вырабатывал электроэнергию?

[roquefort-tln.livejournal.com]

Тепло и электричество измеряются в одинаковых единицах измерения :)

[djkmomega.livejournal.com]

Вы в рублях сравните стоимость 1 КВт*ч электрической и тепловой энергии. Отопить дом можно и дровами (или сушеным дерьмом пополам с соломой), а вот электроэнергию из них не получить.

[roquefort-tln.livejournal.com]

ок, будет ли такое самодельное электричество дешевле обычного?

Ну то есть считаем на кубик газа не киловаттчасы а рубли по курсу электрической и отопительной конторы.
(заодно думаем - надо ли нам в доме столько электричества или будем излишки сжигать в электрорадиаторах :)

[djkmomega.livejournal.com]

Излишки продадите сети (зарядите электромобиль, как вариант). Все дело в КПД, если как и обещают, 40%, то это сказка - КПД парогазового блока выше, но есть потери на передачу. Вся штука, удалось ли немцам(японцам) ресурс топливных элементов поднять и снизить стоимость устройства. Стоимость пока велика, но раз уже ставят серийно, то игра стоит свеч. Там не Чубайсы, а люди, умеющие считать.

[einstitut.livejournal.com]

Заявляют не 40, а 60% по электричеству - самая эффективная генерация

[djkmomega.livejournal.com]

Не знаю, я специально не слежу. Из-за конверсии метана в водород кпд не будет очень высоким, конечно. Но все равно это похоже на энергетическую революцию. Все дело в том, насколько удалось снизить цену катализатора и ресурс, конечно.

[einstitut.livejournal.com]

до 60% по электричеству, если говорить корректно. Производители настраивают технику по разному - или электричества больше или тепла. Но общий КПД все заявляют 85-90%

[djkmomega.livejournal.com]

КПД с теплом - это ниачом. КПД русской печи тогда 90 процентов. Важнейший параметр КПД по электричеству. 60% это очень много, с трудом верится. Это они, скорее всего, считали от водорода, а не от метана, который подается на вход. КПД топливных элементов вроде где-то 70 проц. считая от теплоты окисления водорода.

[einstitut.livejournal.com]

Ну как ниачом? Количество энергии на входе - количество энергии не выходе. Вполне обычный показатель. КПД русской печи для своего времени был крайне высокий - 30%, где-то я видел.
Посмотрите данные аппарата у которого 60% (это, кстати, уже серийная модель) http://www.ceramicfuelcells.co.uk/fileadmin/Dokumente/Produktdokumente/BlueGEN_Folder_uk_02242014_Web.pdf

[ubpskh.livejournal.com]

Просто котел утилизирует энергию химической реакции почти полностью, там всего несколько процентов наружу улетает. Конденсационный котел может попытаться выдрать еще десяток процентов сверху за счет энергии, выделяющейся при конденсации продуктов сгорания

описанная в посте хрень будет иметь суммарный КПД по теплу и электричеству как у конденсационного котла где-то

Можно еще повысить КПД, если запитать от полученного электричества тепловой насос, например. :)

[ubpskh.livejournal.com]

Если хочется высокого КПД, то один из очень эффективных вариантов -- тепловой насос приводом от ДВС на газу. Порядка 200% по теплу, однако