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

[yollki-palki.livejournal.com]

проф. Капица писал в своё время:
[quote]
Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо... из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии — которую нужно получить... опять-таки сжигая природные горючие ископаемые! Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород.
[/quote]
и ещё надо учесть энергию, затраченную на получение катализаторов (они ведь не просто бесхозные на помойке валяются)

[ubpskh.livejournal.com]

Капица писал о другом. О ситуации, когда водород производится на заводе и используется где-то в другом месте. Завод греет планету, за счет этого потери.

В нашем случае мы имеем находящийся внутри дома ящик, у которого на входе природный газ и воздух, а на выходе продукты сгорания -- СО2 и Н2О.

Какие бы процессы и реакции внутри не происходили, энергия выделится одинаковая.

Разница только в следующем:
1) в том, что мы получаем на выходе - только тепло или тепло и электроэнергию
2) в полноте сгорания. (но и у современных отопительных котлов и у этого прибора она такая, что ловить там особо нечего)
3) в потерях, которые определяются температурой и агрегатным состоянием продуктов сгорания на выходе из котла дома (как и у конденсационного котла, это будет СО2 и тёпленькая водичка)

Короче, при правильном использовании и подходящих условиях КПД будет порядка 110% от уровня обычного газового котла