Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Моделирование и анализ энергетических характеристик комбинированных установок на базе топливных элементов

Е. Н. Никулина, Е. А. Ларин, А. А. Соколов

Аннотация


В развитие методологии системного анализа в энергетике разработаны методические положения определения системной топливной эффективности комбинированных энергетических установок, основанных на топливных элементах. Изложены методические положения, позволяющие оценить термодинамическую и системную топливную эффективность комбинированных установок на основе твёрдооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и газотурбинных установок с выработкой электрической и тепловой энергии. Эффективность топливных элементов определяется не только теоретическим КПД, но и реальными потерями, связанными с омическим сопротивлением и поляризацией, что подчёркивает необходимость тщательного исследования рабочих параметров системы. Предложенные методические рекомендации позволяют провести оценку системной топливной эффективности комбинированных теплоэнергетических установок на базе ТОТЭ, а также разработать теоретические положения оптимизации параметров рабочих тел в целях обоснования рациональных схем комбинации ТОТЭ и теплоэнергетических установок, в частности газотурбинных установок. Полученные результаты позволяют разработать научно-обоснованные подходы к проектированию гибридных энергетических систем, обеспечивающих достижение максимальной системной топливной и экономической эффективности.

DOI: 10.71527/EP.EN.2025.03.009

EDN: RIKABW

 


Ключевые слова


топливные элементы, комбинированные газотурбинные установки, рациональные схемы, показатели термодинамической эффективности, системная топливная эффективность

Полный текст:

PDF

Литература


Бредихин С. И. Стационарные энергетические установки с топливными элементами: материалы, технологии, рынки / А. Э. Голодницкий, О. А. Дрожжин, С. Я. Истомин, В. П. Ковалевский, С. П. Филиппов. — М.: НТФ «Энергопрогресс» Корпорации «ЕЭЭК», 2017. — 392 с.

Андриянов Н. И. Оценка текущего состояния водородной энергетики в России / Н. И. Андриянов, М. П. Засько, В. Н. Долгова // Инноватика и экспертиза: научные труды. 2021. № 2(32). С. 134 – 150.

Щеклеин С. Е., Дубинин А. М. Исследование влияния вида топлива на энергетические показатели электрохимического генератора в составе когенерационной установки // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 16–18. C. 12–22. DOI: 10.15518/isjaee.2018.16-18.012-022.

Гатина Р. З., Гафуров Н. М., Зайнуллин Р. Р. Перспективы развития малой энергетики с использованием топливных элементов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т. 10. № 1(37). С. 88 – 96.

Филиппов С. П., Дильман М. Д., Илюшин П. В. Распределенная генерация и устойчивое развитие регионов // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 4 – 17. DOI: 10.1134/S0040363619120038.

Никулина Е. Н. Использование твердооксидных топливных элементов в теплоэнергетических установках // Бутаковские чтения: сб. статей II Всероссийской с международным участием молодёжной конференции / Под ред. А. С. Заворина. — Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2022. С. 470 – 472.

Филимонова А. А. Обзор проектных схем гибридных систем с твердооксидным топливным элементом и газовой турбиной для комбинированного производства тепла и электроэнергии / А. А. Филимонова, А. А. Чичиров, Н. Д. Чичирова, А. В. Печенкин // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2022. № 7. С. 812 – 834.

Corigliano O., Pagnotta L., Fragiacomo P. On the Technology of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Energy Systems for Stationary Power Generation: A Review // Published in Sustainability. 2022. Vol. 14. (No. 22). Р. 15276.

Филимонова А. А., Черкасов А. С., Чичирова Н. Д. Анализ возможности применения децентрализованных систем энергоснабжения в условиях Республики Татарстан // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2024. Т. 4. № 17. С. 447 – 463.

Киршина Е. Ю., Аникина И. Д. Внедрение топливных элементов в схемы ТЭЦ для увеличения производственных мощностей // Известия высших учебных заведений. Сер. «Проблемы энергетики». 2023. Т. 25. № 4. С. 41 – 52.

Агарков Д. А., Бредихин С. И. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) и энергоустановки на их основе // Энергоэксперт. 2021. № 3(79). С. 36 – 38.

Mike S. Analysis of the influence of heat transfer on the stationary operation and performance of a Solid Oxide Fuel Cell / Gas Turbine hybrid power plant / M. Steilen, S. Costanza, M. Heddrich, K. Friedrich // Applied Energy. 2017. Vol. 211. Р. 479 – 491.

Щеклеин С. Е., Дубинин А. М., Баранова О. В. Электрохимический генератор на базе твердооксидного топливного элемента и алюмоводородного реактора для производства водорода // Альтернативная энергетика и экология. 2023. № 4. С. 103 – 112.

Немудрый А. П. Микротрубчатые твердооксидные топливные элементы // Электрохимические устройства: процессы, материалы, технологии: Сб. тез. докл. Новосибирск, 18 – 20 октября 2021 года. — Новосибирск: Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук, 2021. — С. 4.

Багишев А. С. Микротрубчатые твердооксидные топливные элементы: разработка и испытания / А. С. Багишев, Н. В. Нифталиева, И. В. Ковалев и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27. № 3. С. 275 – 279. DOI: 10.15372/KhUR2019133.

Жук А. З., Иванов П. П. Характеристики твердооксидного топливного элемента для термодинамического моделирования энергетических установок // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 777 – 782.

Борисов Ю. А., Киселева С. В., Тарасенко А. Б. Использование гибридных схем энергоустановок с использованием топливных элементов, тепловых машин и накопителей электрической энергии для утилизации свалочного газа // Материалы XI Всеросс. конф. «Топливные элементы и энергоустановки на их основе». 2024. С. 50 – 52.

Лебедева М. В., Яштулов Н. А. Топливные элементы — характеристика, физико-химические параметры, применение. — М.: Мир науки. 2020. — 63 с.

Gandiglio M. Energy and environmental performance from field operation of commercial-scale SOFC systems / M. Gandiglio, P. Marocco, A. Nieminen, M. Santarelli, J. Kiviaho // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 85. Р. 997 – 1009.

Ковалевский В. П. Концептуальная проработка энергоустановки на основе твердооксидных топливных элементов мощностью до 5000 Вт // Труды Крыловского государственного научного центра. 2020. № 3(393). С. 79 – 90.

Коровин Н. В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. — М.: Изд-во МЭИ, 2005. — 280 с.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© 1998 – 2025 НТФ «Энергопрогресс»

Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru

 

Наши партнеры

                

Выставки: