Файл: Коровин, Н. В. Электрохимические генераторы.pdf

Важными показателями энергоустановки являются масса или объем ЭХГ с реагентами на единицу мощно­ сти или энергии. Массу ЭХГ с реагентами на единицу общей мощности батареи и единицу энергии можно определить с учетом (83)

различном времени работы ЭХГ между заправками реа­ гентов (табл. 4). При расчете удельной массы прини­

66

реагентов и времени работы изменяются на несколько порядков. При времени работы без заправки около 1 ч параметры ЭХГ определяются в основном параметрами батареи и вспомогательного оборудования, при времени работы между заправками более 100 ч — параметрами реагентов.

в) Эффективный к. а. д. ЭХГ

Эффективный к. п. д. ЭХГ ниже эффективного к. п.д. ТЭ из-за потерь энергии в системе обработки реагентов, потерь энергии в батарее вследствие токов утечки и расхода энергии на собственные нужды ЭХГ.

В некоторых случаях топливо подвергается предва­ рительной переработке с целью получения пригодного для ТЭ реагента. При этом либо тратится часть энер­ гии, вырабатываемой в ЭХГ в случае эндотермической реакции переработки топлива, либо теряется тепло в случае экзотермической реакции переработки топлива. При обработке топлива может также снижаться фарадеевский к. п. д. из-за неполного использования реаген­ та. Кроме того, часть энергии ЭХГ тратится на питание системы переработки топлива (насосы и т. п.). Это так­ же снижает к. п. д. Эффективный к. п. д. батареи ТЭ может быть ниже эффективного к. п. д. отдельно рабо­ тающего элемента пз-за токов утечек. Потери, напри­ мер, за счет токов утечек в батареях составляют 0,5— 5%. Часть энергии, вырабатываемой в ЭХГ, расходует­ ся на собственные нужды. Обычно энергия на собствен­ ные нужды составляет 3— 10% общей энергии, выраба­ тываемой ЭХГ. Однако в случае переработки топлива, например конверсии углеводородов, энергия на собст­ венные нужды возрастает до 10—25%.

Эффективный к. п. д. может быть экспериментально определен по уравнению

t

[ Л'р d t

дни окисления топлива, отнесенная к грамм-молю реа­

гентов.

Эффективные к. и. д., разработанных ЭХГ без реак­ торов, лежат в пределах 0,45—0,65. Для ЭХГ с предва­ рительной переработкой, например конверсией топлива, к. ,п. д. имеют более низкие значения 0,3—0,45.

г) Ресурс ЭХГ

Ресурс ЭХГ определяется ресурсом всех систем: ба­ тареи ТЭ, систем отвода тепла, переработки и подвода топлива и окислителя и вывода продуктов реакции.

Ресурс батареи ТЭ ниже ресурса отдельного ТЭ изза неоднородности характеристик отдельных ТЭ, вызы­ ваемых как различием поведения собственно ТЭ, так и неравномерностью распределения реагентов по бата­ рее и токами утечки. В результате этого одни ТЭ могут работать с недогрузкой, другие — с перегрузкой. Поэто­ му характеристики некоторых ТЭ могут ухудшаться во времени больше, чем характеристики других, а напря­ жение отдельных ТЭ может упасть до нуля, что вызовет их переполюсовку и соответственно снижение мощности батареи. Срок службы батарей ТЭ лежит в пределах 1 000— 10 000 ч. Ресурс других систем определяется устрой­ ством этих систем. Например, при переработке топлива может происходить отравление катализаторов реакции ядами, имеющимися в исходном топливе, что снижает ресурс ЭХГ. В ЭХГ могут выходить из строя насосы, вентиляторы, конденсаторы и т. д. Однако такое вспо­ могательное оборудование обычно можно легко заме­ нить. Значительно сложнее восстановить характеристики батареи ТЭ. Легче восстановить характеристику бата­ реи тогда, когда она состоит из легко заменяемых бло­ ков. В этом случае при ухудшении характеристики от­ дельных блоков последние заменяются новыми и харак­ теристики батареи восстанавливаются.

В заключении следует отметить, что повышение ре­ сурса ЭХГ является важной, весьма сложной, но еще не­ достаточно изученной проблемой.

д) Экономические показатели ЭХГ

Экономика является наименее изученной областью ЭХГ. Работ, посвященных экономическим показателям ЭХГ, немного. Это обусловлено в первую очередь тем,

68

что пока ист 'массового 'производства ЭХГ. Изучаемые ЭХГ обычно получены либо в одном экземпляре, либо в виде мелких серий. Сложность экономических оценок ЭХГ также обусловлена большим разнообразием ЭХГ, различающимися как используемыми реагентами, так и устройством ТЭ и ЭХГ в целом. Поэтому пока можно провести лишь качественную экономическую оценку по­ казателей ЭХГ, исходя из общих соображений. К эко­ номическим показателям ЭХГ относят капитальные за­ траты на изготовление ЭХГ и стоимость вырабатывае­ мой энергии.

Капитальные затраты включают в себя стоимость батареи и вспомогательного оборудования, которые в свою очередь определяются ценой п количеством ис­ пользуемых материалов и затратами на изготовление. Для улучшения характеристик ТЭ электроды некоторых ТЭ имеют катализаторы на основе дорогих платиновых металлов и серебра. Расчеты .показывают, что при со­ держании платины 5 мг/см2 и более стоимость катали­ затора может быть выше стоимости всей батареи ТЭ без катализатора. Поэтому важной задачей, над кото­ рой работают специалисты в области ЭХГ, является снижение содержания (до 0,01—0,5 мг/см2) или полное исключение платиновых металлов. Стоимость вспомога­ тельного оборудования зависит от мощности ЭХГ. С уве­ личением мощности ЭХГ стоимость вспомогательного оборудования на единицу мощности уменьшается. Рас­ четы показывают, что стоимость вспомогательного обо­ рудования для ЭХГ мощностью 1—5 кВт соизмерима со стоимостью батареи ТЭ.

Стоимость энергии, вырабатываемой в ЭХГ, опреде­ ляется стоимостью реагентов, эксплуатационными рас­ ходами и амортизационными отчислениями.

Стоимость реагентов на единицу энергии Ѳра можно оценить по уравнению

(88)

где ßD и ßoK — стоимость единицы количества электри­ чества при фарадеевском к. п. д., равном 1 соответст­ венно для топлива и окислителя.

В табл. 5 приведены мировые цены на некоторые виды топлива и окислителей [Л. 4,7,17—25]. Указанные

69

\