ВОДОРОДНОЕ АККУМУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое техническое решение относится к энергетике и может быть использовано при разработке эффективных водородных аккумулирующих энергоустановок для автономного потребителя на основе запасания водорода, полученного в электролизере в провальной части графика нагрузки, и получения электроэнергии из запасенного водорода в топливном элементе для покрытия пиковой нагрузки в системе аккумулирования энергии для автономных потребителей с использованием солнечного тепла.
Известны подобные устройства, содержащие электролизер воды, топливный элемент и хранилища водорода и кислорода, например, пат.США №7000395.
Известно водородное аккумулирующее устройство, содержащее электролизер воды, топливный элемент, сепараторы и хранилища водорода, кислорода и воды, соединительные трубопроводы, принятое за прототип (пат.США №7112380).
Недостатками данного технического решения является низкий КПД преобразования энергии, не превышающий 50%.
Техническим результатом, на которое направлено предлагаемое техническое решение является повышение КПД преобразования энергии водородного аккумулирующего устройства.
Для достижения указанного результата предложено водородное аккумулирующее устройство, состоящее из электролизера воды, топливного элемента, сепараторов, хранилищ водорода, кислорода и воды, соединительных трубопроводов, причем электролизер снабжен контуром циркуляции теплоносителя, состоящим из насоса и солнечного коллектора, соединенных трубопроводами между собой и с электролизером, и испарителем воды, установленным на трубопроводе подвода воды к электролизеру, причем солнечный коллектор и испаритель воды расположены вблизи фокусов своих солнечных концентраторов, а в качестве электролизера может быть использован высокотемпературный электролизер с твердым оксидным электролитом, работающим в режиме поглощения тепла.
3
2
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что повышается КПД преобразования энергии водородного аккумулирующего устройства за счет замены части потребляемой в электролизере электроэнергии на солнечное тепло, уменьшая расход электроэнергии на электролиз до 2,5÷2,7 кВтч/нмН, что приводит к увеличению КПД преобразования энергии до 70÷75%.
На фигуре приведена схема предлагаемого водородного аккумулирующего устройства, где
1 - электролизер,
2 -насос теплоносителя,
3 - солнечный коллектор,
4 - сепаратор,
5 - хранилища водорода и кислорода,
6 - хранилище деионизированной воды,
7 - топливный элемент,
8 - испаритель воды,
9 - солнечные концентраторы,
10 -водяной насос.
Предлагаемое водородное аккумулирующее устройство состоит из высокотемпературного электролизера 1, снабженного контуром циркуляции теплоносителя, в качестве которого может быть использован, например, углекислый газ. Контур циркуляции состоит из насоса теплоносителя 2 и солнечного коллектора 3, расположенного вблизи фокуса солнечного концентратора 9, топливного элемента 7, хранилищ водорода и кислорода 5, соединенными с одной стороны через сепаратор 4 с электролизером 1, а с другой стороны с топливным элементом 7. Хранилище деионизированной воды 6 соединено через водяной насос 10 и испаритель воды 8, расположенный вблизи фокуса своего солнечного концентратора 9, с электролизером воды 1, а также с топливным элементом 7.
Предлагаемое водородное аккумулирующее устройство работает следующим образом. В часы провала графика нагрузки у потребителя излишки электроэнергии направляются в электролизер 1, где из деионизированной воды, содержащейся в хранилище 6 и испаренной в испарителе 8 получают водород и кислород, направляемые в хранилища водорода и кислорода 5, причем водород перед хранилищем проходит через сепаратор 4, в котором отделяется вода, возвращаемая затем в трубопровод подачи воды к электролизеру. Для обеспечения работы электролизера при пониженном расходе электроэнергии в него с помощью контура циркуляции теплоносителя подводят тепло от солнечного коллектора 3, осуществляя циркуляцию теплоносителя насосом 2. В период повышенной мощности потребления, запасенные в хранилищах 5 водород и кислород, подаются в топливный элемент 7, где из них получают электроэнергию, а образующаяся в топливном элементе 7 вода передается в хранилище воды 6.
Таким образом, предлагаемое водородное аккумулирующее устройство позволит существенно повысить КПД преобразования энергии в системе аккумулирования энергии для автономных потребителей с использованием солнечного тепла.