Преобразование световой энергии
Многообещающе прямое превращение солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элементов, в которых используется явление фотоэффекта. В настоящее время наиболее совершенны кремниевые фотоэлементы. Их КПД, однако, составляет не более 15%, и они очень дороги. Существуют различные варианты промышленного фотоэлектрического преобразования энергии, но для реализации этих проектов предстоит провести большой объем научных исследований и решить серьезные научно-технические проблемы.
Преобразование химической энергии
Электрохимический генератор.В электрохимических генератоpax происходит
прямое преобразование химической энергии в электрическую, для чего используются водородно-кислородные топливные элементы. Последние были применены в космических кораблях серии «Аполлон» для полетов на Луну. Топливный элемент – это обычный электрохимический элемент, отличающийся тем, что активные вещества к нему подаются извне, а электроды в электрохимических превращениях не участвуют. Почему топливный элемент получил такое название и каков принцип его работы?
Можно сжечь водород в атмосфере кислорода. В результате образуется вода и выделяется тепло, которое затем можно использовать в теплосиловом двигателе. В топливном элементе также происходит реакция горения водорода, но она разделена на два процесса, в од-
ном из которых участвует водород, а в другом - кислород.
|
|
|
Рис. 2.17 Схема топливного элемента
На рис. 2.17 представлена схема топливною элемента. Элемент состоит из двух электродов, погруженных в электролит. На один из них непрерывно подается водород, а на другой – кислород. Поэтому отличием топливного элемента от электрического аккумулятора является то, что запас горючего – водорода и окислителя кислорода постоянно пополняется. Водород, попадая на металлический электрод и находясь на разделе трех фаз: твердого электрода, электролита, газовой фазы, -переходит в атомарное состояние. Его двухатомная молекула Н2 разделяется на атомы, а атомы делятся на свободные электроны и ядра атомов - ионы. Электроны уходят в металл, а ядра атомов – в раствор (электролит). В результате электрод насыщается отрицательно заряженными электронами, а электролит –положительно заряженными ионами. Аналогичный процесс происходит на втором электроде, на который подастся кислород. Вследствие происходящих у поверхности электрода процессов на нем появляются положительные электрические заряды. Кроме того, возникают отрицательно заряженные ионы ОН, которые остаются в электролите и, соединяясь с ионами водорода, образуют воду Н2О. Если соединить внешней цепью оба электрода, то возникает электрический ток. Таким путем химическая энергия превращается в электрическую. В топливном элементе отсутствует промежуточная стадия преобразования химической энергии в тепловую, поэтому его КПД не имеет ограничений, присущих тепловому двигателю. КПД топливного элемента вполне может достигать 65-70%. К тому же он работает при низкой температуре. Идея топливного элемента появилась еще в середине XIX в., но по сей день отсутствует подходящая конструкция для широкого применения. Сегодня - начальный этап применения топливных элементов. Они используются, когда не требуется большая мощность, прежде всего как автономные источники тока. Удельная мощность топливных элементов хотя и во много раз больше, чем у электрических аккумуляторов, но еще примерно в 3 раза меньше сравнению с бензиновыми двигателями. Первыми потребителями топливных элементов будут космические аппараты, нуждающиеся в небольших по мощности бортовых источниках тока, и электромобили. В космических аппаратах водородно-кислородные топливные элементы уже находят применение, что же касается электромобилей, то пока создаются опытные образцы. Использование водорода в качестве топлива сопряжено с высокой стоимостью эксплуатации топливных элементов, поэтому изучаются возможности применения других видов топлива, в первую очередь природного и генераторного газа, т.к. они относятся к дешевым видам топлива. Однако для удовлетворительных скоростей протекания реакции
|
|
|
|
|
|
окисления газа необходимы высокие температуры – 800-1200 °С, что требует применения
твердых электролитов с ионной проводимость.
Опыт использования водорода в качестве топлива уже есть. На базе кузова и шасси автобуса MERSEDES-BENZ создан электробус на топливных элементах, получивший название
NEBUS. В качестве топлива для него используется водород, который размещается в баллонах, установленных на крыше автобуса. NEBUS тяжелее базового автобуса на 3500 кг. При
этом масса баллонов с водородом составляет 1900 кг. Силовая установка машины разработана канадской компанией Ballard. По габаритам она примерно соответствует дизелю, применяемому на автобусе этого типа. Мощность батареи топливных элементов - 250 кВт, пробег - 200 км. Для приведения в движение автобуса, рассчитанного на 42 места, применяются
асинхронные двигатели мощностью 75 кВт. Количество вредных выхлопных газов, уровень
шума у него меньше, чем у автобусов аналогичного класса.
Вопрос 51
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 470; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!