Исследований технологической платформы «экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности» Инициаторы
Скачать 1.4 Mb.
|
| Технология 2 Угольные энергоблоки на суперсверхкритические параметры пара единичной мощностью 330–660–800 МВт с КПД 44–46%, перспективные технологии на ультрасверхкритические параметры пара (35 МПа, 700/720 °С), обеспечивающие КПД 51–53% и угольные ТЭЦ нового поколения единичной мощностью 100–200–300 МВт с использованием различных технологий сжигания топлива. По данным Международного Энергетического Агентства (МЭА) доля угольных ТЭС в мире совсем недавно составляла 41% от общей выработку в 19000 ТВт.ч. К 2030г. производство электроэнергии увеличится примерно до 33000 ТВт.ч, причем (наряду с высокими темпами роста использования возобновляемых источников) ожидается удвоение ее производства на базе угля. Объясняется это тем, что во многих странах имеются большие резервы твердого топлива и стоимость угля остается сравнительно стабильной уже многие годы. С учетом этого перед энергетиками стоит важная задача: повысить энергоэффективность угольных ТЭС, чтобы не только сберечь ресурсы органического топлива, но и сократить выбросы токсичных и тепличных газов в атмосферу для защиты климата. Одним из путей решения поставленной задачи является переход на сверхкритические и суперкритические параметры пара. Сверхкритические параметры (СКД-25 МПа, 545565°С с промперегревом до 545565°С) освоены энергетиками многих стран и в эксплуатации находится около 600 энергоблоков с параметрами СКД (в том числе 240 – в России и в странах СНГ). Необходимость дальнейшего снижения расхода топлива на выработку электроэнергии, а также задача уменьшения выбросов в атмосферу тепличных газов (СО2) заставляет проектировать новые угольные энергоблоки на параметры ССКП (суперсверхкритические параметры: 28-30 МПа, 580/600 или 600/620°С). Такие параметры острого пара даже при однократном промежуточном перегреве позволяют повысить КПД энергоблока (брутто) до 43-46% (в зависимости от вакуума в конденсаторе). Конечно, переход от освоенных отечественными заводами параметров (25 МПа, 545/545°С) потребует использования для некоторых узлов турбин, котлов и паропроводов более дорогих конструкционных материалов, однако экономия топлива и возможность избежать платежей за чрезмерное загрязнение атмосферы являются весомым стимулом для владельцев генерирующих компаний. Предельное значение температуры острого пара в 600 °С определяется возможностью использования для паропроводов высокохромистых сталей. Более высокая температура потребует более дорогих сталей аустенитного класса. Таким образом, энергоблоки на твёрдом топливе мощностью 300-350 МВт, 600-660 МВт и 750-800 МВт, сооружение которых намечается в период до 2020 г., должны быть рассчитаны на приведённые выше параметры ССКП с однократным промежуточным перегревом. При необходимости сооружения угольных ТЭЦ с теплофикационными блоками меньшей мощности (100-200 МВт) могут быть выбраны докритические параметры пара: 14 МПа, 565/565 °С. При таких мощностях дополнительное повышение параметров слишком мало влияет на рост КПД (из-за условий работы ЦВД турбоагрегата), и затраты на дорогие марки стали для высокотемпературных элементов котла и турбины становятся неоправданными. Вместе с тем, и при умеренных параметрах пара можно добиться определённого повышения КПД энергоблока. Для этого на котельных установках необходимо обеспечить: - газоплотное исполнение ограждений топочной камеры, конвективного газохода и всех газоходов до дымососов; - снижение температуры уходящих газов, используя, при возможности, горячие газы для подогрева конденсата; - эффективную очистку радиационных и конвективных поверхностей нагрева от шлакования и загрязнения; - частотное регулирование (с использованием тиристоров) электродвигателей тягодутьевых машин (дымососов и вентиляторов), а также питательных электронасосов и пылеприготовительного оборудования. Все перечисленные мероприятия должны быть использованы и на котлах сверхкритического давления (СКД), и в случае выбора суперкритических параметров (СКП). Важнейшей особенностью теплофикационных блоков нового поколения должен стать комплекс технологических мероприятий, который позволил бы выполнить требования по допустимому выбросу в атмосферу токсичных газов (NOx и SO2) без установки дорогостоящих и требующих значительных площадей реакторов селективного каталитического восстановления (СКВ) и скрубберов мокрой сероочистки. Размещение в условиях городской застройки этих установок (не говоря уже о дополнительном оборудовании для приема и хранения мочевины, а также для хранения гипса) представляется чрезвычайно трудной задачей. В настоящее время в структуре генерирующих мощностей России основную роль играет оборудование с традиционным паросиловым циклом. Причем мощности, установленные на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и конденсационных электрических станциях, распределяются практически поровну, как и объем годовой выработки электроэнергии. Теплофикационные установки на 65% сконцентрированы на ТЭЦ с давлением свежего пара 13 МПа, причем значительную долю (около 22%) составляет менее экономичное оборудование ТЭЦ на давление пара 9 МПа и ниже. Прогнозные оценки на уровне 2015 года показывают, что газомазутные и пылеугольные мощности ТЭЦ выработают свой ресурс на 58 и 48%, соответственно. В таких условиях исключительно острой является необходимость технического перевооружения отрасли. Состояние парка котельного оборудования угольных ТЭЦ свидетельствует об их полном несоответствии перспективным и зачастую существующим нормам на вредные выбросы, котлы физически изношены и морально устарели. Их реконструкция в ряде случаев приводит только к небольшому и временному росту экономичности (например, устранение повышенных присосов воздуха, замена изношенных поверхностей нагрева и так далее). Кардинальным решением проблемы является замена устаревшего оборудования угольных ТЭЦ новыми теплофикационными блоками с повышенными параметрами пара и с котлами, обеспечивающими минимальные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Одним из путей технического перевооружения является применение технологии сжигания в циркулирующем кипящем слое, которая обеспечивает достижением нормативных выбросов оксидов азота и серы без применения наиболее дорогих устройств азото- и сероочистки, а также позволяет сжигать непроектные топлива, в том числе местные топлива и отходы без существенных потерь в экономичности и параметрах пара. Необходимость технического перевооружения ТЭЦ определяется и тем, что комбинированный метод производства электроэнергии и тепла на ТЭЦ снижает потребность в топливе примерно на 30% по сравнению с раздельным. Теплофикация и в новых экономических условиях сохраняет свою эффективность, как при реконструкции действующих, так и при строительстве новых ТЭЦ. За рубежом (Дания, Германия, Финляндия, Швеция и др.) централизованное теплоснабжение на основе теплофикации пользуется репутацией безопасного, надежного, экономически и экологически приемлемого способа снабжения населения электроэнергией и теплом. Довольно часто используются технологии совместного сжигания угля и различных видов биомассы на ТЭЦ в ряде скандинавских стран, Германии, Польше. При этом используются как местные источники биомассы и различные виды отходов, так и облагороженная биомасса (пеллеты). В этих странах предъявляются более жесткие требования к вредным выбросам, поэтому котлы оснащены средствами азото-и сероочистки или используется технология сжигания в ЦКС. Большое внимание уделяется повышению надежности теплоснабжения. Все новые ТЭЦ имеют очень хорошую загрузку – более 7500 часов в год, что свидетельствует об экономичном режиме их работы в конденсационном режиме. Повышение эффективности централизованного теплоснабжения может быть достигнуто путем совершенствования эксплуатирующегося основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ, их тепловых и пусковых схем, автоматизации технологических процессов (АСУ ТП) и технологии эксплуатации, а также внедрением нового замещающего оборудования. Для угольных ТЭЦ важным является улучшение экологических показателей. На внутреннем рынке организации-участники технологической платформы обладают полным преимуществом. Конкуренцию при производстве тепла (иногда и электроэнергии) составляют небольшие распределенные системы, однако они работают в несколько другом сегменте рынка. Зарубежное оборудование, обладающее зачастую лучшими, чем отечественное оборудование показателями является существенно более дорогим. Применительно к угольным ТЭЦ фактов применения полной зарубежной поставки не имеется. Однако, возможность покупки ряда элементов оборудования и систем или его производства по лицензиям зарубежных компаний не следует исключать. Технология 3 Производство энергии и тепла с использованием ПГУ с внутрицикловой газификацией твердого топлива единичной мощностью 200-400 МВт с КПД до 50% и перспективными технологиями с использованием топливных элементов, обеспечивающих КПД до 60%. Целесообразность замены конденсационных газомазутных энергоблоков парогазовыми (ПГУ) не вызывает сомнений. Однако в некоторых случаях, при отсутствии возможности использовать природный газ (или газотурбинное жидкое топливо) перейти от ПСУ к ПГУ можно и на твёрдом топливе. В некоторых странах, не столь богатых природным газом, как Россия, уже несколько лет эксплуатируются ПГУ с внутрицикловой газификацией. Имеются системы газификации в потоке на кислородном дутье. При этом появляется возможность газифицировать низкосортное твёрдое топливо, и даже нефтяной кокс (в смеси с углём). Очистка продуктов газификации перед их сжиганием в камере сгорания ГТУ позволяет выдержать самые жёсткие нормативы по допустимым выбросам в атмосферу. Открываются дополнительные возможности по связыванию тепличного газа (С02). К сожалению, высокие затраты (как инвестиционные, так и эксплуатационные) на воздухоразделительную установку (для получения кислорода) существенно снижают экономичность такой технологической схемы. Для отечественной энергетики предпочтительным может оказаться процесс газификации на воздушном дутье, не требующий воздухоразделительной установки. КПД установки с такой технологией газификации в системе ПГУ по оптимистическим оценкам может составить 50-52%, что вряд ли достижимо при сжигании угля в паросиловой установке. На первом этапе предлагается создать опытно-промышленную установку с ГТУ электрической мощностью 16,5 МВт и с разработанным в ВТИ газогенератором горнового типа. Для газификации дроблёного угля в плотном слое будет использоваться паровоздушное дутьё, а очищенные продукты газификации будут поступать к ГТУ-16 ПЭР. После котла-утилизатора пар подаётся на паровую турбину. В конденсационном режиме мощность ПГУ будет составлять 23,2 МВт, а КПД - 37,6%. В теплофикационном режиме электрический КПД будет равен 34,4%, коэффициент использования тепла топлива составит 57%. Пуск опытно-промышленной установки намечается на 2015 г., после чего (и с учётом первых испытаний) будет начата разработка полномасштабной ПГУ мощностью 300 МВт. Для этой ПГУ можно будет использовать газовую турбину ГТЭ-160 с учётом того, что эта машина уже была использована за рубежом в составе ПГУ с газификацией угля и нефтяных остатков. Кроме отечественных ТЭС, для которых поставка нового современного оборудования взамен устаревшего является единственным средством сохранения статуса «тепловой электростанции», имеются большие возможности поставок разрабатываемого оборудования за пределы РФ. В первую очередь - это страны СНГ, в которых отсутствует котлостроение. Даже самое крупное (после РФ) в промышленном плане государство - Украина, имеющая заводы по производству паровых и газовых турбин, вынуждено будет импортировать котельные установки для сооружения новых и замены устаревших энергоблоков. И можно не сомневаться, что высокое качество российской продукции, разрабатываемой в соответствии с Технологической Платформой, в сочетании с отсутствием таможенных барьеров, сделает наши котлы конкурентоспособными на этом рынке. Такая же ситуация складывается в странах Центральной Азии, прежде всего - в Казахстане и Киргизии. Учитывая отсутствие природного газа в Японии, Южной Корее и других странах Юго-Восточной Азии, весьма вероятна поставка в эти страны технологии парогазовых установок с внутрицикловой газификацией разрабатываемых в соответствии с настоящей ТП. Использование таких установок в сочетании с топливными элементами сможет повысить их КПД до 60%, а значит - сделает их более привлекательными по сравнению с угольными энергоблоками даже на суперкритические параметры пара. Ещё одним рынком для высокоэффективных энергетических установок российского производства является Южная Америка. Страны этого региона пока что развивают свою тепловую энергетику на базе продукции северо американских заводов (США и Канады). Однако высокое качество разрабатываемой в РФ продукции в сочетании с некоторыми мерами экономического характера позволят российским энергомашиностроительным компаниям выйти и на этот рынок. Производство электроэнергии и тепла для нужд населения и промышленности является важнейшей отраслью национальной экономики. На него затрачиваются огромные ресурсы. Вследствие этого повышение экономичности электрогенерирующих установок необходимо для процветания страны и является одной из главных задач. Одним из перспективных направлений современной энергетики являются энергоустановки на основе топливных элементов. Топливный элемент (ТЭ) – это электрохимический генератор, непосредственно преобразующий в электроэнергию химическую энергию топлива и окислителя, раздельно и непрерывно подводимых к его электродам. Термодинамическая эффективность такого преобразования может быть очень высокой. Кроме того, КПД топливных элементов не зависит от мощности, поэтому они могут эффективно вырабатывать электроэнергию как на крупных электростанциях, так и в составе установок автономного энергоснабжения небольшой мощности. Установки на основе топливных элементов бесшумны и имеют практически нулевые выбросы загрязняющих веществ. Они допускают высокую степень автоматизации, что значительно упрощает их обслуживание. Благодаря этим достоинствам топливные элементы широко применяются в космической и военной технике начиная с 1960-х годов. В настоящее время в промышленно развитых странах большое внимание уделяется гибридным энергоустановкам (ЭУ), полученных объединением высокотемпературных топливных элементов и газотурбинной установки (ГТУ) или парогазовой установки (ПГУ). В гибридной энергоустановке теплота отработавших газов топливного элемента используется в цикле ГТУ или ПГУ (рис. 1). Существует два основных типа высокотемпературных топливных элементов: расплавкарбонатные (РКТЭ) и твердооксидные (ТОТЭ). С позиций термодинамики электрохимических процессов было показано преимущество ТОТЭ над РКТЭ. При этом более высокая температура работы ТОТЭ позволяет утилизировать высокопотенциальное тепло в газотурбинном цикле с большей эффективностью. Кроме того, ТОТЭ имеют более высокий ресурс, а также проще и безопаснее в эксплуатации благодаря отсутствию жидкого электролита.  Рис. 1 Принцип действия гибридной установки Таким образом, твердооксидные топливные элементы наиболее перспективны для стационарной энергетики. Важным их достоинством является то, что, в отличие от остальных типов топливных элементов, они могут использовать различные газообразные топлива, включая биогаз, шахтный газ и продукты газификации угля. В конце 90-х годов XX века благодаря применению нанодисперсных порошков были достигнуты большие успехи в разработке ТОТЭ. О резком росте интереса к ТОТЭ во всем мире за последние 15 лет свидетельствуют данные Всемирной организации интеллектуальной собственности. На рис. 2 показано количество поданных международных патентных заявок по твердооксидным топливным элементам (класс H01M 8/00 международной патентной классификации) в зависимости от года подачи.  Рис. 2 Количество поданных международных заявок на ТОТЭ в зависимости от года. Основными трудностями технологий ТОТЭ в настоящее время являются высокая стоимость и низкий ресурс топливоэлементных батарей. На решении этих проблем в настоящее время сосредоточены большие исследовательские усилия по всему миру, направленные на совершенствование производства наноструктур электродно-электролитной сборки и разработку наиболее рациональных конструкций ТОТЭ. Кроме государственных организаций, исследования поддерживают крупные производители энергооборудования (Siemens, General Electric, Mitsubishi, и др.). Странами-лидерами в этих работах являются США, Евросоюз и Япония. В каждой из этих стран есть система мощной государственной поддержки этих исследований: SECA в США; Real-SOFC, Flame-SOFC, LargeSOFC и др. в ЕС, NEDO в Японии. Развитие технологий ТОТЭ в настоящее время идет по двум направлениям:
Европейские программы развития ТОТЭ ориентированы преимущественно на первое из названных направлений, американские – на второе, а японские сочетают оба подхода. Конечная цель европейских программ государственной поддержки ТОТЭ – широкое внедрение ТОТЭ в энергетику, особенно децентрализованную. Достижение этих целей обеспечивается рядом программ разработки ТОТЭ, объединяющих фирмы-производители и научные центры разных стран Евросоюза. Коммерческими разработками ТОТЭ малой мощности (1-2кВт) в Европе занимается целый ряд небольших компаний и научных центров: Hexis, Staxera, Wärtsilä, Исследовательский центр Юлиха, и другие. Значения электрического КПД для таких элементов составляют 30-50%, плотности мощности – 0,3-0,4 Вт/см2. В США октябре 2001 г. был сформирован Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) и принята крупнейшая национальная программа, целью которой является разработка ТОТЭ. Конечным итогом программы должны стать значительное уменьшение стоимости ТОТЭ и их крупномасштабный выход на рынок. Предполагается, что ТОТЭ будут работать на обычном топливе: природном газе, дизельном топливе и угле – с последующим переходом на водород. Сама программа была задумана как система мер, обеспечивающая переход к водородной экономике. В 2005 году подразделение ископаемого топлива (Office Fossil Energy’s) министерства энергетики США разработало новую программу разработки ТОТЭ, использующих уголь. Цель этой программы – продемонстрировать технологию ТОТЭ, отвечающую требованиям центральных электростанций. В исследованиях предполагается использовать достижения программы SECA. Один из проектов этой программу – FutureGen – направлен на сооружение электростанции на угле с практически нулевыми выбросами. Намечено создание станции мощностью 275 МВт, которая будет производить электроэнергию и водород из угля и станет крупномасштабной инженерной лабораторией для испытаний и оптимизации новых технологий экологически чистой электрогенерации, улавливания СО2 и производства водорода из угля. Программа SECA первоначально разрабатывалась шестью конкурирующими рабочими группами: Cummins-SOFCo, Delphi-Battelle, General Electric (GE), SiemensWestinghouse (SW), Acumentrics, и FuelCell Energy (FCE). В результате этих работ стоимость стека ТОТЭ была снижении с 1500$/кВт в 2000 году до 175$/кВт в 2010 году. К 2010 году для продолжения программы были выбраны фирмы FuelCell Energy и Siemens, элементы которых успешно прошли испытания в течении более 5000 часов, продемонстрировав деградацию напряжения меньше 3% за 1000 часов. К 2013 году предполагается запуск модуля энергетической установки на базе ТОТЭ 250 кВт – 1 МВт, к 2015 – гибридной установки мощностью около 5 МВт эффективностью 60% с улавливанием 90% СО2, к 2020 – гибридной установки с газификацией угля мощностью 250-500 МВт. Государственная программа развития ТОТЭ в Японии предусматривает разработку ТОТЭ для децентрализованного энергоснабжения. Организация новых энергетических и промышленных разработок (the New Energy and Industrial Technology Development Organisation) при министерстве экономики, торговли и промышленности координирует фундаментальные и прикладные работы по процессам и технологиям ТОТЭ. Для демонстрационных испытаний был образован консорциум из пяти компаний, включая компанию Киосера (Kyocera), основного поставщика керамики, и компанию Nippon Oil. При этом ставится задача не расширения производства и коммерциализации ТОТЭ, но доведения технологии производства до «технической зрелости». В 2009 году было установлено 67 электрогенерирующие системы на ТОТЭ, в следующие два года предполагается вести сбор эксплуатационных данных при их непрерывной работе установок. Кроме того, в Японии реализуется долгосрочный проект EAGLE (Coal Energy Application for Gas, Liquid & Electricity), направленный на создание гибридных установок комбинированного цикла с ТОТЭ на продуктах газификации угля. Был разработан и испытан в течение 1000 часов газификатор на кислородном дутье, ведется разработка систем улавливания СО2. В исследовательском институте Chigasaki (Chigasaki Research Institute) ведутся испытания гибридной установки на основе ТОТЭ мощностью около 150 кВт. Крупнейшими мировыми лидерами в исследованиях и разработках гибридных установок являются компании Siemens, Fuel Cell Energy и Mitsubishi Heavy Industrie. Исследования ТОТЭ, ведущиеся в компании Siemens, начались в 30-х годах прошлого века. В настоящее время ТОТЭ фирмы Siemens трубчатой конструкции являются непревзойденными в мире по характеристикам надежности: ресурс лучших образцов достигает 69 тысяч часов для элемента в лабораторных испытаниях и 37 тысяч часов для батареи (демонстрационная установка CHP100). Фирмой Siemens в 2000-2002 годах была испытана первая в мире гибридная установка. Испытания проводились в Национальном Исследовательском Центре Топливных Элементов (NFCRC) в Ирвине на средства компаний Southern California Edison, Министерства Энергетики США и Калифорнийской Энергетической Комиссии. Энергоустановка мощностью 220 кВт включала в себя батарею ТОТЭ и микротурбину мощностью 75 кВт. В настоящее время фирма Siemens является одним из наиболее успешных участников программы SECA. Компанией Fuel Cell Energy разработаны коммерческие энергетические установки на основе расплавкарбонатных топливных элементов (РКТЭ) мощностью 300, 1500 и 3000 кВт. К настоящему моменту во всем мире работают более восьмидесяти таких установок общей мощностью 182 мегаватта. Они применяются в качестве систем автономного энергоснабжения в гостиницах, больницах, тюрьмах, на предприятиях по очистке сточных вод, на пищевых производствах, в университетах, правительственных учреждениях, а также для бытового энергоснабжения. Решающими для потребителей преимуществами этих систем являются их надежность, бесшумность, отсутствие вредных выбросов, а также возможность работы на биогазе, который является побочным продуктом пищевых производств и процессов очистки сточных вод. На основе РКТЭ компания Fuel Cell Energy разрабатывает для коммерческого применения гибридные установки. В 2001-2002 годах в Дэнбари (США, штат Монтана) на испытательной площадке компания успешно провела испытания гибридной энергоустановки мощностью 280 кВт, состоявшей из модуля DFC мощностью 250 кВт и микротурбины Capstone Simple Cycle Model 330. В этих испытаниях впервые в мире гибридная установка работала на электрическую сеть. Для использования в гибридных установках на продуктах газификации угля Fuel Cell Energy разрабатывает также ТОТЭ. Эти исследования поддерживаются программой SECA. Конечная цель состоит в получении технологии производства ТОТЭ, способных работать на синтез-газе, полученном газификацией угля. В перспективе предполагается создание гибридных установок с ТОТЭ на продуктах газификации мощностью более 100 МВт, имеющих электрический КПД не менее 50% при улавливании как минимум 90% диоксида углерода и уменьшенном потреблении воды установкой по сравнению с современными тепловыми электростанциями. Компания Mitsubishi Heavy Industry (MHI) начала исследования твердооксидных топливных элементов трубчатой конструкции в 1989 году. С 1992 года эти исследования поддерживаются организацией новых энергетических и промышленных разработок. Разработка гибридных установок ведется MHI с 2004 года. В 2007-2009 годах была разработана и испытана первая в мире гибридная установка, в которой ТОТЭ работал под давлением выше атмосферного. Это чрезвычайно важный для развития гибридных установок результат, поскольку именно такая их конфигурация обеспечивает достижение наибольшей энергетической эффективности. К 2012 году компания MHI планирует вывести на рынок гибридную установку с ТОТЭ мощностью около 250 МВт для автономного снабжения электрической и тепловой энергией.  Рис. 3 «Дорожная карта» технологий гибридный установок MHI В дальнейшем планируется разработка гибридной установки, сочетающей модуль ТОТЭ с парогазовой установкой на природном газе мощностью 800 МВт эффективностью около 70%. Планируется также разработка гибридной установки на продуктах газификации с электрическим КПД не менее 60%. «Дорожная карта» технологий гибридный установок MHI представлена на рис. 3. Россия, обладавшая в 1960-70-х годах мировым приоритетом в разработках твердых электролитов, ключевой для создания ТОТЭ технологии, к настоящему моменту свое преимущество, в основном, утратила. Несмотря существующую потребность повышения эффективности использования природного газа и развития децентрализованного энергоснабжения в энергодефицитных районах (север европейской части, Восточная Сибирь), в России отсутствует программа развития технологий высокотемпературных топливных элементов. Основной проблемой развития гибридных энергоустановок в России является отсутствие ТОТЭ собственной разработки мощностью более 1 кВт. Наилучших результатов в разработке отечественных ТОТЭ достигли Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН и Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И. Забабахина Начиная с 60-х гг. прошлого века Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (ИВТЭ, г. Екатеринбург) занимался разработкой твердых электролитов, проводящих по ионам кислорода, а с начала 70-х гг. разработкой макетов электрохимических устройств на этих электролитах. Пиком работ стало изготовление в 1989 г. временным творческим коллективом под руководством А.С. Липилина ТОТЭ мощностью 1 кВт. ТОТЭ состоял из шести модулей по шестнадцать трубчатых элементов в виде пробирок длиной 210 мм, диаметром около 10 мм с толщиной стенки твердого электролита на основе диоксида циркония, стабилизированного смесью оксидов скандия и иттрия, около 0,4 мм. Топливный элемент имел при 950°C на метане в качестве топлива и воздухе в качестве окислителя удельную мощность около 200 мВт/см2, КПД — 43%, коэффициент использования топлива при максимальной мощности — около 90%. Расположение элементов в модуле было запатентовано и стало прототипом для всех последующих батарей и энергосистем с трубчатым ТОТЭ, выполненным в виде пробирки. Начиная с конца 80-х гг. прошлого века работы по разработке энергосистем на основе ТОТЭ в продолжение исследований ИВТЭ, практически инициативно, проводятся в Российском федеральном ядерном центре — Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики им. акад. Е.И. Забабахина (ВНИИТФ, г. Снежинск). Разработчики, начав работы по всем конструктивным разновидностям ТОТЭ (трубчатая, планарная, блочная), остановили свой выбор на трубчатой конструкции элемента. В последние годы работа увенчалась успешными испытаниями энергосистем мощностью 1–2,5 кВт (рис. 4).  Рис. 4 Электрохимическая часть демонстрационной энергоустановки (ВНИИТФ г. Снежинск). Модуль батарей мощностью 2,5 кВт В основе батарей лежат элементы с несущим электролитом трубчатой конструкции (пробирки из YSZ электролита длиной около 120–160 мм, диаметром около 10 мм с толщиной стенки менее 0,8 мм). Все материалы и компоненты ТОТЭ изготовлены на предприятиях РФ. Распределенный многоточечный токосъем с анода и катода позволил уменьшить внутреннее сопротивление элементов и достичь удельной мощности единичного элемента 350 мВт/см2, а в составе энергосистемы получено около 150 мВт/см2. Энергосистемы предназначены для использования на трубопроводах «Газпрома» в холодных климатических условиях. В России существует много научных коллективов, занимающихся ионикой твердого тела. Однако их деятельность практически не координируется. Кроме названных научных центров, твердые электролиты и электродно-электролитные сборки разрабатывают ИМХФ, МГУ, Институт сильноточной электроники СО РАН, Томский политехнический университет, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Уральский государственный университет, Институт физики твердого тела (Черноголовка) и др. |
Похожие:
 | Отчет о разработке стратегической программы исследований технологической платформы Направления исследований и разработок, наиболее перспективных для развития в рамках платформы | | Программа исследований Технологической платформы «Текстильная и легкая промышленность» Текущие тенденции развития рынков и технологий в сфере деятельности платформы |
| Ежегодный отчет о выполнении проекта реализации технологической платформы... Технологии мехатроники, встраиваемых систем управления, радиочастотной идентификации и роботостроение | | Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Солнечная энергетика Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
 | Отчет о деятельности технологической платформы "Инновационные лазерные... Деятельность технологической платформы "Инновационные лазерные и оптоэлектронные технологии – фотоника" (далее – тп "Фотоника") в... | | Солнечная энергетика Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
| Результаты мониторинга состояния работ и проектов, рекомендуемых... Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук | | Отчет о деятельности технологической платформы «Развитие российских... Муниципальное казенное образовательное учреждение бутурлиновская средняя общеобразовательная школа №7 |
| Университет В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | 3 юродивые и кликуши В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Дневник магини Предисловие В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Кириллица – основа русской азбуки В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Пресс-релиз 29 ноября 2012 г. Агентство по прогнозированию балансов... Акимова, Т. А. Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / Т. А. Акимова. – М.: Экономика, 2007. – 510с | | Материалы к урокам. Х. Бидструп. Юный художник В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| «Риторика и культура речи: наука, образование, практика» В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Обзор красноярских сми за 22 июня 2011 года В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
