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

[alter ego (from livejournal.com)]

так ведь если все на это перейдут, то атмосферный кислород закончится со временем, не?

[xorxor.livejournal.com]

конечно, закончится: вступит в реакцию в водородом и наступит великий потоп.

правда, это не принято афишировать.

[yollki-palki.livejournal.com]

непонятно, сколько электроэнергии и тепла сможет выработать этот агрегат из одного литра поданного на вход сжиженного пропан-бутана

[belonogovalexey.livejournal.com]

Гнать из природного газа водород и загонять его в топливный элемент получается эффективней, чем просто сжигать газа и выделяющимся теплом топить дом? Или там профит еще в том, что электричество вырабатывается?

[e-pipe.livejournal.com]

Придумали, как завозить водород с Солнца?

[xorxor.livejournal.com]

ровно столько, чтобы почувствовать себя серьезным борцом за экологию.

думается, ничего другого из менее чем 0,5% водорода в природном газе не выжать.

[reedcat1965.livejournal.com]

Основной профит - для производителей этой вундервафли

[reedcat1965.livejournal.com]

> То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа.
А что не так с выхлопом газового котла?

[gray-bird.livejournal.com]

Статья из журнала "Веселые картинки" для самых маленьких.
Каков принцип действия топливного элемента?
Каков КПД по теплу и по электричеству?
Какие редкоземельные элементы используются в качестве катализатора?
Расчет стоимости полученного электричества?
Возможная выдаваемая мощность?
Срок службы преобразователя без деградации?

[g-kar.livejournal.com]

>То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа.
На картинке ниже "почему-то" на выходе как раз CO2. Может, в оном топливном элементе окисляется в основном метан/пропан? :)

[glagolev.livejournal.com]

вообще то к примеру пропан это С3Н8
куда девается углерод?

[glagolev.livejournal.com]

вообще бытовые когенерирующие установки на микротурбинах, размером со стиральную машину, выпускаются в японии.
ресурс декларируется в 20 000-40 000 часов
вот обзор бы таких установок глянуть

[theholm.livejournal.com]

блок топливного processora
CH4 + 02 -> 2 x H2 + CO2.
в топливном элементе
2 x H2 + O2 -> 2 x H2O.

[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.

[xorxor.livejournal.com]

а, вот как; видимо прочитал невнимательно.

но все-равно: как там с энергетическим выходом по сравнению с обычным котлом?

[shapiton.livejournal.com]

Не. Баловство пока, для нас обывателей.
Для информации. Идея опять стара, как мир. Топливные элементы применялись ещё на наших подлодках, но не пошло из-за дороговизны катализатора.
Вот индус придумал какой-то новый катализатор, что даже Шварц его рекламировал.

Это уже рабочие агрегаты которые стоят в США. До бытового применения пока не дошли. Да и газ ну Вы ж понимаете, что Российский нужен.

Называется energy server: http://www.bloomenergy.com/fuel-cell/energy-server//
Увлекательно и очень заманчиво!
-Проблема в отводе тепла.
-Хорош КПД.
-Не совсем понятен пуск из холодного состояния.
-Штука жутко интересная.

[shapiton.livejournal.com]

http://www.bloomenergy.com/fuel-cell/energy-server//
Наслаждайтесь.)

[simsun.livejournal.com]

вроде как у турбины растёт кпд с размером......

[glagolev.livejournal.com]

насколько мне помнится, для повышения КПД ставят каскад из газовой турбины и паровой, плюс еще теплообменники можно воткнуть, что бы воду греть, но это всё делается на крупных станциях

[ubpskh.livejournal.com]

А что, есть какие-то варианты ? Если в обоих случаях на входе СН4, а на выходе CO2 и H2O ?

Выход будет как у конденсационного котла, иными словами процентов на надцать больше, чем у обычного

[ubpskh.livejournal.com]

Профит именно в электричестве. Оно стоит намного дороже, чем газ

А еще в балансировке энергосистемы: летом (когда отопление не нужно) работают солнечные батареи, зимой (когда солнца мало) электричество вырабатывают отопительные котлы

С тех пор, как в этом году в Германии солнечная энергетика вышла на первое место по генерации в летний период, эта проблема будет все актуальнее.

[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.

[drvit.livejournal.com]

по пиковой генерации, надо полагать

[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.

[djkmomega.livejournal.com]

capstone microturbines, загуглите.

[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]

Да нет, вроде как средняя температура по больнице их уже ставит на первое место. (Летом, естественно. И в той статистике газовые и угольные ТЭС были по отдельности. Хотя не уверен, что что-то поменялось бы, если бы они были вместе)

А рекорд -- это больше 50% суточного потребления электроэнергии. Правда, в выходной день.

[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

[glagolev.livejournal.com]

спасибо :-)

[drvit.livejournal.com]

Обычно за такими заявлениями стоят такие маихинации с фактами, что без уточнений и графиков такое не стоит воспринимать всерьёз. "Летом и в выходной день" это только вершина айсберга, потом окажется, что угольные разделили по типу угля и форме лопат у кочегаров, а газовые - по количеству лопаток в турбинах, а вот фотовольтаика, конечно же, выступила единым фронтом и поэтому всех заборола.

[ubpskh.livejournal.com]

нет, махинаций там не было ))

ТЭС были разделены на две части, потому что это была статистика по источникам энергии: газ это одно, уголь другой, солнце-третье. Уголь был на подъеме, кстати, а газовые ТЭС почти не работали. По чисто экономическим причинам -- в США уголь выдавливается с рынка дешевым сланцевым газом и идет в Европу, на тот момент выгодно было его жечь.

Единственная махинация -- это именно то, что летом. Правда, очевидная :)

Световой день 7 часов зимой при преимущественно пасмурной погоде и 17 часов летом при преимущественно ясном небе -- это две огромные разницы

Плюс потребление энергии летом ниже, а генерация в первую очередь загружается та, у которой ниже текущие издержки: сначала солнце, ветер, гидро, потом атом и в последнюю очередь ТЭС.

[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

[22sobaki.livejournal.com]

Почему летом потребление электроэнергии ниже? Кондишн же.

[einstitut.livejournal.com]

это ж зеленая экономика. Каждый грамм СО2 подсчитан.

[ubpskh.livejournal.com]

не знаю, насколько это актуально именно для немцев

с одной стороны кондишн, с другой -- намного меньше энергии на освещение тратится, на работу всех этих насосиков в системе отопления... Точных данных не имею, так, просто предположения с потолка, что зимой потребление электроэнергии должно быть больше. Все-таки на работу уходишь ночью и с работы возвращаешься ночью...

[22sobaki.livejournal.com]

Бегло погуглил - вроде в жарких странах летом потребление растет, в холодных - уменьшается. Плюс, наверное, зависит от типа населенного пункта, типа отопления и еще кучи всего.

[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

[Андрей Шпак (from livejournal.com)]

Заказ и Консультация H2O!
Моб: +380959231657
Моб: +79788293178
ICQ: 480 827 033
Skype: Worontrans
E - mail: zakaz@voron-trans.com
http://newsm.com.ua/vodorodnyj-kotjol.html

И так дорогие друзья и пессимисты в этой статье я хочу вам рассказать почему стоит выбрать водородное отопление в качестве основного источника обогрева вашего дома, гаража или же магазина! Водородное топливо содержится наибольшем количестве в воде наши отопительные элементы путем катализатора расщепляют воду на кислород и водород который в свою очередь поступаю сразу в форсунки