Đang tải...

Công nghệ vật liệu Đặc điểm pin nhiên liệu

Thảo luận trong 'Công nghệ mới' bắt đầu bởi chickenauto, 21/3/10.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 1)

  1. chickenauto
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    10/10/09
    Số km:
    162
    Được đổ xăng:
    6
    Mã lực:
    31
    Xăng dự trữ:
    6 lít xăng

    Pin nhiên liệu cung có các đặc điểm thuận lợi về hiệu suất, độ tin cậy, tính kinh tế, tính sạch môi trường, đặc điểm hoạt động khác thường, kế hoạch linh động, và tiềm năng phát triển ở tương lai.
    Pin nhiên liệu có đặc điểm hoạt động có ích mà không kỹ thuật nào sánh được. Các đặc điểm đó tiết kiệm được chi phí trong các yêu cầu hoạt động. Động lực hoạt động có lợi cho khả năng tải, công suất, đáp ứng nhanh chóng khi thiếu điện.
    Bộ trạng thái công suất của nhà máy pin nhiên liệu có thể dùng điều khiển thực và tác động độc lập với công suất. Việc điều khiển yếu tố công suất, đặc tuyến điện thế và tần số có thể giảm đến mức tối thiểu đến sự mất mát truyền động, và làm giảm yêu cầu cho bộ tích trữ dung lượng và các linh kiện điện tử ví dụ như tụ điện, biến thế và bộ điều chỉnh điện thế.
    [​IMG]
    Hình 1-: Đặc tính tải từng phần
    Khi một tụ điện phát ra điện được cộng thêm vào hệ thống phát điện, thiết bị ga xép thường được nâng cấp do khả năng dịng điện rị gia tăng. Tuy nhiên, với pin nhiên liệu thì khơng cần phải nng cấp dịng điện rị, vì bộ cung cấp năng lượng của pin nhiên liệu có tỉ số ngắn mạch khoảng 1:1. Pin nhiên liệu cũng được ngắt ra nếu cần thiết.
    Pin nhiên liệu có thể dễ dàng hiệu chỉnh bất cứ độ lệch nào từ bộ tạo tần trên phạm vi vùng cơ bản. Lợi ích này dẫn đến độ ổn định của toàn thể hệ thống tăng lên, và khắc phục được những bất lợi của nhiên liệu hiện tại.
    Bộ pin nhiên liệu có tỉ nhiệt tải từng phần rất tốt và có thể đáp ứng dần cho tải trong thời gian ngắn (xem hình 1). Ví dụ như, tỉ nhiệt của axit photphoric là 8300 Btu/kWh ở một công suất ước lượng và tăng lên một lượng nhỏ ở 50% của mức dung lượng.
    1. Độ tin cậy và hiệu suất cao:

    Pin nhiên liệu có thể chuyển đổi đến 90 % năng lượng có trong bản thân nhiên liệu thành điện năng và nhiệt. Hiện tại thiết kế của pin nhiên liệu dạng axit phosphoric (PAFC) có hiệu suất chuyển đổi điện là 42%, và gần đây với hiệu suất chuyển đổi điện có thể tăng đến 46%. Viện nghiên cứu năng lượng điện đánh giá rằng tiến bộ trong pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy có thể đạt được hiệu suất điện hơn 60% và c̣n có thể tăng lên nữa. Hơn nữa, hiệu suất của pin nhiên liệu phụ thuộc vào độ lớn của kích thước riêng. Pin nhiên liệu có thể hoạt động ở một nửa dung lượng trong khi duy tŕ năng suất sử dụng nhiên liệu cao.
    Trạm năng lượng pin nhiên liệu được lắp kín tải có thể giảm được hao tốn cho đặc tính truyền động và mất mát trong truyền động.
    Một thuộc tính quan trọng của pin nhiên liệu là khả năng đồng phát; như sản sinh ra nước nóng và hơi nước ở nhiệt độ thấp ở cùng một thời gian khi nó phát ra điện năng. Hệ số đầu ra điện – nhiệt độ th́ tương đương với 1.0, trong khi hệ số của tua-bin khí vào khoảng 0.5. Đặc điểm này có nghĩa là pin nhiên liệu hợp với tải nhiệt. Với kích thước nhỏ hơn, và hệ thống năng lượng công cộng tiện dụng, pin nhiên liệu cũng cho hiệu suất cao hơn (từ 1 đến 2 lần). khi so sánh, ví dụ, một năng lượng nhiệt 15000 Btu/kWh của 2 MW kết hợp với hệ thống. Khả năng tải của pin nhiên liệu (trong khi vẫn duy tŕ được hiệu suất cao) cũng có thể có những thuận lợi trong thị trường với yêu cầu nhiệt độ hay thay đổi.
    Do có chứa vài phần chuyển động, nên pin nhiên liệu phải có độ tin cậy cao so với động cơ đốt trong. Bởi vậy, pin nhiên liệu sẽ không có sự cố nghiêm tọng, trong khi các tua-bin hay động cơ đốt trong sẽ gặp phải nếu các phần chuyển đông quay bị hỏng; nhưng qua thực nghiệm th́ nó dần dần mất mát hiệu suất.
    2.
    Đặc tính về môi trường:
    Sự thay thế của pin nhiên liệu cho nhà máy năng lượng thường sẽ cải thiện được chất lượng của không. Ở bộ phát điện thường sản sinh ra nhiều chất hạt hơn, oxit sulphur và oxit-nitơ hơn cả các khu công công nghiệp cộng lại. Sự phát thải của nhà máy pin nhiên liệu thấp hơn 10 lần so với các qui định nghiêm ngặt về môi trường. Pin nhiên liệu cũng sản sinh ra mức CO2 thấp hơn các qui định của các nhà máy, một vấn đề liên quan tới “hiệu ứng nhà kính”.
    Phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu sản sinh ra nước nhưng nhà máy điện vẫn cần một ít nước bên ngoài để hoạt động. Cách dùng này đánh dấu đánh dấu một điểm trái ngược lớn với các nhà máy điện hơi nước là cần một lượng nước rất lớn cho quá trình lm mt. Lượng nước hao phí được thải ra từ hệ thống pin nhiên liệu cũng thấp, và số lượng được so sánh hơn với qui ước của các nhà máy điện dùng nhiên liệu địa khai, yêu cầu không xử lý trước bán cho công chúng. Khử pin nhiên liệu hoặc làm giảm số lượng nước là những vấn đề kết hợp với quá trình thải nhiệt.
    Qu trình điện hóa tự nhiên của pin nhiên liệu khử được nhiều nguồn gây ồn và kết hợp với hệ phát điện hơi nước kiểu thường và nó dễ dàng tuân theo tiêu chuẩn OHSA (Occuppation Health and Safety Administration). Không tro, không có thể tích chất thải lớn thải ra từ pin nhiên liệu . Bộ chuyển đổi năng lượng của pin nhiên liệu có trong số phương pháp chiếm ít rủi ro nhất, bởi vì cc lý do kích thước tương đối nhỏ của chúng, không có chu kỳ đốt cháy, mức thải ô nhiễm thấp.
    [​IMG]
    3. Đặc điểm hoạt động và tính kinh tế của pin nhiên liệu:
    Theo quan điểm của các nhà sản xuất điện năng, hệ thống tương đương với bộ phát và phân phối công suất sẽ được thay đổi trong phạm vi lớn. Hệ thống cịn cĩ thể điều chỉnh công suất một cách tuần hoàn hoặc không tuần hoàn phụ thuộc tập trung vào sự điều khiển, và nếu cần, có thể vận chuyển năng lượng giữa các mạng lưới điện.
    Tính linh hoạt và dung lượng cần để cung cấp nhiều năng lượng mới và dần dần phát triển không giới hạn, bởi vì phải mất 10 năm cho thời gian dẫn dắt để xây dựng nhà máy năng lượng thường. Có thể sử dụng máy phát điện dùng động cơ 1 xilanh cho công suất 1-10MW, với một hệ thống như vậy phải mất 2-3 năm mới hoàn tất, nhưng chúng có thể so sánh được hiệu suất, và nếu hoạt động với nhiên liệu hidrocacbon, chúng sản sinh NOx mức cao nhất và vì thế mơi trường ít được chấp nhận.
    Dùng pin nhiên liệu có thể là đóng góp quan trọng trong các vấn đề của địa phương và đa dạng hóa sản phẩm điện năng. Máy phát điện sử dụng pin nhiên liệu trong lớp học từ 1 -10 MW có thể được lắp đặt trong vịng 1 năm, và chúng có thể hoạt động trong chế độ tải từng phần với hiệu suất cao. Theo quan điểm đầu tư cơ bản cần thiết cho nhiều dự án công nghiệp, miêu tả lưu lại bởi vì đầu ra của pin nhiên liệu có thể bổ sung vào cho phù hợp với vùng yêu cầu, thậm chí theo hằng năm.
    Tính linh động không có sẵn trong một hệ thường, vốn lớn, nhà máy điện công suất lớn. Ở Mỹ, yêu cầu về công suất được đề cao ở những thập niên 90, tương ứng với với các chiến lược công nghiệp, nhưng ở các cấu trúc kế hoạch hiện tại của các công ty đều chậm trễ xa so với dự án đề ra. Do có vài lý do, nhưng cơ sở hạ tầng trị giá cao, và điều không chắc chắn ở vị trí địa lý, khả năng phân bố tải ở tương lai là nguyên nhân chính gây nên chậm trễ trong xây dựng các điều kiện thuận lợi mới. Đây là điều đặc biệt quan trọng trong các nhà máy năng lượng hạt nhân, nơi các kỹ thuật đo lường an toàn mới và những qui định phải chịu. Hơn nữa, nhà máy điện đời cũ (dùng than đá) sẽ bị đóng cửa cho dù chúng không hài lịng với những luật lệ ngy cng tăng lên về mức độ làm giảm ô nhiễm môi trường.
    4. Pin nhiên liệu như một bộ chuyển hoá năng lượng:

    Một pin nhiên liệu là một pin điện hóa. Pin có thể chuyển đổi liên tục năng lượng hóa năng của nhiên liệu và chất oxy-hóa thành năng lượng điện thông qua quá tŕnh cơ bản gồm hệ thống điện cực - chất điện phân. Pin nhiên liệu hoạt động ở một hiệu suất cao với mức phát thải rất thấp đối với hầu hết các mức chuẩn.
    Pin nhiên liệu có đặc điểm của một module và v́ thế có thể gắn liền với một diện rộng công suất yêu cầu từ vài trăm Watt đến hàng chục kW, hàng MW. Dăy công suất này làm cho các máy móc có hiệu suất cao đứng ở một vị trí đặc biệt. Pin nhiên liệu cho một mức phát thải thấp, nhà máy pin nhiên liệu có thể lắp đặt vào vị trí., những nơi năng lượng bị lăng phí, thậm chí ở những nơi đông dân. Kết quả là đường đặc tuyến công suất truyền động th́ kinh tế hơn và sự hao phí truyền động được giảm xuống.
    Nguyên lư cơ bản của pin nhiên liệu được biết đến nhiều ở pin điện hóa, liên quan đến nhiều hoạt động trong cuộc sống của con người. Sự khác biệt lớn nhất, trong trường hợp là accu, năng lượng hóa năng được lưu trữ trong vật chất nằm bên trong pin. Khi năng lượng này được chuyển đổi sang năng lượng điện, pin điện bỏ đi sau khi dùng (primary batteries) hoặc sạc ở chế độ thích hợp. Trong pin nhiên liệu, năng lượng hóa năng được cung cấp bởi nhiên liệu và chất oxy-hóa được lưu trữ bên trong pin, nơi các phản ứng hóa học thay thế. Với điều kiện là pin được cung cấp nhiên liệu và chất oxi-hóa, năng lượng điện có thể thu được như h́ình 2.
    [​IMG]
    Hình 2 : Bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với pin nhiên liệu so sánh với kỹ thuật biến đổi thông thường (trong cơng nghiệp).
    Fuel Cell = bộ phát năng lượng điện hóa (phản ứng hóa học để sản sinh ra điện năng)
    Primary Cell =
    phân tố sản sinh năng lượng điện hóa (phản ứng một chiều sản sinh điện năng)
    Rechargeable or secondary battery =
    phân tố lưu trữ năng lượng điện hóa (phản ứng thuận nghịch sản xuất hoặc sử dụng điện)
    Mặc dù chúng có mối quan hệ lâu đời và các tiến bộ đạt được trong sự phát triển trong suốt 30 năm qua, pin nhiên liệu đă được ứng dụng cho đến ngày nay. Một trong những điều quan trọng nhất mà họ thường sử dụng như là một nguồn năng lượng chính các tàu không gian của Gemini, Apolp và các chương tŕnh tàu con thoi không gian của Hàng không quốc gia và quản lư không gian (NASA) của Mỹ. Cố gắng phát triển hệ thống trên thế giới từ dăy công suất trung b́nh lên dăy công suất cao (50kW – 20kW) được bắt đầu ở thập niên 80. Họ nhắm đă nhắm tới mục đích ứng dụng như mức tải cho các ứng dụng năng lượng, cho việc điều khiển các nhà máy điện.Ở các nhà máy điện có công suất thấp (hàng kilowatt), nghiên cứu trọng tâm vào việc phát triển hệ thống pin nhiên liệu dành cho ô tô điện và mục đích quân đội.
    Pin nhiên liệu chắc chắn sẽ là vai tṛ mấu chốt ở viễn cảnh năng lượng ở tương lai. Đặc điểm quan trọng nhất của chúng là hiệu suất cao và mức phát thải và độ ồn ở mức thấp, tương lai sẽ có tính bắt buộc ở các nhà máy phát điện. Có thể hydro sẽ có mặt ở hệ thống năng lượng chính của thế kỷ 21, cũng như là nhiều kỹ thuật học đă vạch ra, sau đó pin nhiên liệu sẽ là đặc điểm không thể tranh cải trong tất cả các bộ chuyển đổi năng lượng nào khác.

    [​IMG]
    Hình 3 : Bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với pin nhiên liệu so sánh với kỹ thuật biến đổi thông thường (trong ơ tơ).
     

Chia sẻ trang này