Получение электрической энергии

Водородная энергетика

Отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями.

Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода.

Способы производства водорода:

- Паровая конверсия (водяной пар при высокой температуре, свыше 700 º С, смешивается с метаном под давлением, при воздействии катализатора)

- Электролиз воды (через воду пропускают электрический ток, под действием которого происходит распад воды на чистые газы водород и кислород)

- Газификация угля (уголь нагревают водяным паром свыше 800 º С без доступа воздуха)

- Из биомассы (биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500-800 º С)

Способы применения:

1). Общее пользование.

Производство электрической и тепловой энергии в топливных элементах мощностью

более 10 кВт. К концу 2006 года во всём мире было установлено более 800 стационарных энергетических установок на топливных элементах мощностью более 10 кВт. Их суммарная мощность — около 100 МВт. За 2006 год построено более 50 установок суммарной мощностью более 18 МВт.

В данной области применяются 3 типа установок:

А). Расплавные карбонатные топливные элементы

Б). Фосфорнокислые топливные элементы

В). Топливный элемент с мембраной протонного обмена

2). Индивидуальное пользование

- портативные электростанции

Производят электрическую и тепловую энергию в топливных элементах мощностью

от 0,75 кВт до 10 кВт.

Рис. 49. Малая домашняя комбинированная водородная установка. Фирма Sulzer-Hexis, Германия.

* В конце 2006 года во всём мире эксплуатировалось около 5000 малых стационарных водородных электростанций.

- транспортные средства

Для оценки величины относительного объемного расширения грунта при замерзании V разработано много методик, однако все они рассматривают сезонное промерзание верхних слоев грунта, находящегося в неводонасыщенном состоянии и лежащих выше уровня грунтовых вод. Величина морозного пучения описывается эмпирическими формулами в зависимости от начальной степени водонасыщения, количества выпавших осадков в осенний период, близости залегания подземных вод и скорости охлаждения грунта. Для полностью водонасыщенных грунтов имеются результаты лабораторного определения величины V, однако они в разных публикациях не вполне согласуются между собой.

Зона образования мерзлых грунтов на площадке застройки расположена ниже уровня грунтовых вод, поэтому замораживаемые грунты являются полностью водонасыщенными. Для таких грунтов величина V с запасом может быть оценена исходя из предположения, что вода, полностью заполняющая поры грунта, при замерзании увеличивает свой объем на 10%. Тогда:

V = 0,1e / (1 + e)

где e - коэффициент пористости грунта.

По результатам инженерно-геологических изысканий максимальная величина e в зоне промерзания равна 0,7, тогда V = 0,041.

При сделанных выше предположениях о размерах зоны замороженного грунта (Ro = 15 м, H=45 м) подъем дневной поверхности будет описываться зависимостью:

U = 0,045 cos3 м,

где:  = arctg (Y/45).

Деформированная дневная поверхность имеет форму симметричного холма плавного очертания, максимальная величина подъема Umax = 0,045 м (при Y =  = 0),

при Y = 20 м U = 0,034 м

при Y = 45 м U = 0,016 м

Максимальный уклон деформированной поверхности du / dy достигается при Y = 25 м и равен dumax / dymax = 0,0003. Эта величина намного меньше предельно допустимого уклона для каркасных зданий гражданского назначения равного 0,002.

Если область мерзлого грунта по форме отличается от рассмотренной выше, то ее можно разбить на несколько элементарных шаровых областей, вычислить деформирование дневной поверхности для каждой из них и результаты алгебраически сложить.

Наличие поверхностной нагрузки практически не сказывается на величине подъема дневной поверхности, поскольку на глубинах 40-60 м результирующее давление почти не отличается от природного. При давлении  10 кг/см2 температура замерзания воды понижается на  0,1 °C, в остальном схема расчета остается прежней.


На главную