abramiy

Category:

Как Академик Капица пытался уничтожить топливные элементы в СССР

А Петр Леонидович Капица    написал хрень  , а  наши  дегенераты  её некритично повторяют ! 

 Капица об топливных элементах писал так :

  " Аналогичный анализ показывает, что ограничение плотности потока энергии приводит к тому, что для энергетики больших мощностей приходится отказываться от ряда весьма эффективных процессов трансформировании энергии.

   Так, например, в газовых элементах, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию, этот процесс уже сейчас может осуществляться с высоким КПД, который достигает 70%. Но возможность применения газовых элементов для энергетики больших мощностей ограничивается весьма малой скоростью диффузионных процессов в электролитах; поэтому, согласно выражению (1), на практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт.

   Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией."

  

  По выкладкам академика Капицы энергетический модуль топливных элементов даже мощностью 2,5 MW должен был-бы иметь фантастические размеры площадей электродов в 12,5 тысяч квадратных метров !


 И сейчас имеется тьма "умников" которые ссылаясь на академика Капицу доказывают что топливные элементы перспектив для большой энергетики не имеют ( от слова совсем ) .

  Достаточно набрать в любом поисковике слова " Капица топливные элементы " и вы найдете тьму наших дегенератов цитирующих слова академика Капицы и доказывающих бесперспективность не только топливных элементов , но и альтернативной энергетики в целом !

  И даже обзывающих других недоумками .

  И доказывающих незаменимость российского газа и российской нефти ( как и нефти и газа в целом ) для Европы и мира .

  

  На счет солнечной и ветряной энергетики я ничего сказать не могу , а вот на счет топливных элементов академик Капица просто сел в лужу .

  Впрочем не он первый так садился в лужу !

   ( В конце 19 века знаменитый на весь мир  великий немецкий ученый-энциклопедист ( физик , математик , физиолог и великий врач !) Герман фон Гельмгольц ( сильно  более  великий чем П.Л.Капица )  в ответ на запрос Германского Генерального Штаба на основании точных и неопровержимых выклвдок доказал ,что любые аппараты тяжелей воздуха летать не могут !

  Германский Генеральный Штаб запросил мнения Гельмгольца ,после того как во Франции Клеман Адер пытался постоить самолёт ,который можно до некоторой степени считать реально летавшим .

  После разгромного заключения Гельмгольца германские генералы до полётов братьев Райт никаких денег на НИОКР по авиации не выделяли ( в отличие от финансирования работ Цеппелина ) .


Речь-же теперь пойдёт об топливных элементах .

  Что такое топливные элементы .

  Это гальванические элементы использующие в качестве топлива не металлы , а горючее .

  Известны они были аж с начала 19 века .

  Но перейти от лабораторных игрушек к промышленному использованию топливных элементов никак не получалось !

  Мешало многое .

  Во первых - слабая разработка этого вопроса с научной точки зрения .

  Во вторых - совершенно вопиющее не понимание перспективности этого вопроса .

  В третьих - предвзятое мнение "авторитетов" считавших это дело не перспективным !

  В четвертых- тепловая энергетика ( паровые турбины и дизели ), как и гидроэлектростанции считались много более перспективными .

  В пятых - энергосбережение не стояло в повестке дня .

  В шестых - экологические соображения вообще никто тогда не учитывал .

  

  У нас топливные элементы "зарубил " в своё время сам П.Л. Капица ,который убедительно и с цифрами доказывал ,что топливные элементы совершено бесперспективны для большой энергетики .



  И потому в советское время энергетическим топливными элементами у нас особо и не занимались .

  Занимались разработкой топливных элементов для космоса , военных целей ,для подводных лодок , но только потому ,что этим активно начали наниматься американцы ( которые академика Капицу не слушали )!

  

  А с возможностью-же реализации эффективных топливных элементов никаких особых и не преодолимых по тому времен больших сложностей не было даже в 20-30-х годах 20-го !

  

  Потому с топливными элементами везде работали только одни энтузиасты !

  И ассигнования на роботы в этом направлении были совершенно микроскопическими и были в миллионы раз менее , чем работы над ядерной или термоядерной энергетикой .

  В США в 50-х годах все ассигнования на НИОКР в этой области были менее 10 тысяч долларов !

  У нас-же было ничуть не лучшее!

  И у нас-же кроме огромных ассигнований в атомную энергетику и в разработку термоядерной энергетики с 60-х годов ещё вбухали прорву денег в разработку электростанций с МГД-генераторами , много обещали ,но результат был ноль !

  И в МГД-генераторы вкладывали деньги и тогда ,когда за рубежом признали это неперспективным ,тупиковым .

  На энергетические топливные элементы денег-же не нашлось !

  

  Одним из энтузиастов работавший над топливными элементами был американский ( другие пишут ,что английский ) профессор Ф. Бэкон .

  Работал он над ними аж с начала 30х годов и без всякого реального финансирования со стороны государства или каких-то крупных фирм .

  Фактически за свои деньги !

  И фактически в одиночку !

  И никто его работы всерьёз не воспринимал !

  Считали сущим чудачеством !

  Но профессор Ф. Бэкон работ не прекращал и упорно , методом проб и ошибок двигался в этом направлении !

  К концу 50-х годов у него уже была годная к промышленному использованию батарея топливных элементов мощностью 5KW и весом в 200 кг .

  Работала на водороде и кислороде .

  А тут в началом больших комических программ и оказалось ,что гальванические элементы и аккумуляторные батареи для космических кораблей годны мало ,по их большому весу и малому запасу энергии .

  Тут в США кто-то и обратил внимание на топливные элементы Ф. Бэкона .

   Сразу и оказалось ,что его батарея топливных элементов годится для космических аппаратов сильно лучше , чем гальванические элементы и аккумуляторные батареи .

  В этой ситуации NACA выделила на НИОКР в области топливных элементов огромные деньги , уже многие десятки ,если не сотни миллионов долларов .

  Подключились и многие частные фирмы .

  Через 5 лет уже появились топливные элементы годные для космического использования .

  У нас естественно узнав про американские изыскания в области топливных элементов тоже начали самые активные работы в этом направлении .

  А так у нас никто-бы и задниц не почесал и работы по топливным элементам велись-бы незначительные !

  Тут и в США и в СССР топливными элементами активно заинтересовались и военные и моряки .

  Работы пошли ещё интенсивнее .

  То есть те , кто академика Капицу не слушал !

  У нас и до войны над топливными элементами работал такой выдающийся ученый как академик Александр Наумович Фрумкин и начинал он примерно с тех-же стартовых позиций ,что и Ф. Бэкон .

  Первые образцы топливных элементов у нас появились в 1939-1944 годах .

  В 1947 году в СССР О.К. Давтян опубликовал толстую монографию по топливным элементам .

  Академик Фрумкин пытался добиться организации значительных НИОКР по топливным элементам , но большого понимания огромной важности проблемы не встретил !

  Таким образом в СССР уровень разработки проблемы топливных элементов школой академика Фрумкина был у нас на вполне мировом уровне ,но потом все завалили !

  

  Вскоре после топливных элементов Ф. Бэкона с щелочным электролитом и никелевыми электродами появились боле эффективные топливные элементы с электролитом из фосфорной кислоты .

  Эти уже не требовали значительных количеств платины ,палладия и никеля для работы и мощность батарей таких элементов увеличили до сотен киловатт .

  Это уже были годны для большой энергетики !

   Электростанция на таких топливных элементах мощностью 4,8 MW была смонтирована в Японии и испытана в 1983 - 1985 годах , в 1991 г. - станция мощностью 11 MW. КПД составлял 38-41 % (по выходу электроэнергии)и 80-82 % (суммарный по электроэнергии и учетом утилизации отходящей теплоты топливных элементов ).

  У нас такие работы начались только в 1991 году .

  Огромным недостатком , что элементов Ф. Бэкона с щелочным электролитом и никелевыми электродами ,что более мощных топливных элементов с электролитом из фосфорной кислоты было то ,что они все работали на водороде !

  Вдобавок для элементов с электролитом из фосфорной кислоты была все равно нужна платина !

  И это все делало их широкое использование невозможным !

  

  В общем по этим причинам водородные топливные элементы не годны для большой энергетики .

  И водород весьма дорог .

  Но однако они весьма годны для транспорта !

  Уже есть и серийно производятся водородные топливные элементы годные для автомобильного транспорта .

  Водородная Тойота на таких топливных элементах уже серия !

  

  И потому после появления промышленных топливных элементов работающих на водороде , целью работ была разработка топливных элементов могущих работать на углеводородах , как-то горючем газе любого происхождения или-же на жидком топливе любого происхождения .

  На решение этой проблемы ушло с 90х годов 20-го века ещё 10 лет .

  Но у нас этим уже не занимались !

  

  Потому усилия западных и восточных ( Япония , Ю.Корея , Тайвань , Китай ) ученых и инженеров были направлены на разработку топливных элементов работающих на других горючих газах или нефти и использующих в качестве окислителя кислород воздуха !

  В середине нулевых эта задача была успешно решена и энергетические топливные элементы работающие на углеводородных топливах были доведены до серийного производства .

  ( Следующий этап работ - это топливные элементы непосредственно использующие в качестве топлива твёрдый углерод природных углей )

  И потому топливные элементы на природном газе ( и любом горючем газе ) уже серийное производство !

  Современные серийно производимые энергетические топливные элементы фирм FuelCell Energy , Bloom Energy и POSCO используют в качестве топлива природный газ ,биогаз , сланцевый газ и т.д. ,а в качестве окислителя кислород непосредственно из воздуха .

  Инженеры фирм FuelCell Energy , POSCO и Bloom Energy и прочие показали наглядно ,что академик П.Л. Капица был мягко так скажем очень сильно не прав !

  Правильно по этому поводу было сказано ,что если какой-то авторитет скажет ,что это невозможно ,то скорее всего он ошибается и сильно !

  

   Энергетические топливные элементы работающие на углеводородах серийно производятся двух типов .

  С высокотемпературные с твердым электролитом из окиси циркония или-же высокотемпературные с карбонатным электролитом .

  Ничего такого особо сложного и технологически непреодолимого в них нет наверное даже для 30-40-х годов !

  

  Топливные элементы фирм FuelCell Energy , POSCO и Bloom Energy уже производятся для больших мощностей .

  И уже не водородные .

  Могут работать на любом жидком топливе , любом горючем газе .

  Это высокотемпературные топливные элементы двух видов ,в основном на твердом электролите из окиси циркония и на жидком карбонатном электролите .

   Южнокорейская фирма POSCO производит энергетические топливные элементы на 100kW, 300kW, и 2.5MW .

  Электростанции фирмы POSCO на высокотемпературных топливных элементах на твердом электролите из окиси циркония и имеют общую эффективность использования энергии топлива на топливных элементах в 47% ( от энергии топлива до энергии в отводящем силовом кабеле ) и понятно ,что это совсем не предел ,а только начало .

  Утилизация тепла отходящих горячих газов от топливных элементов на паровой или газовой турбине моментально повышает общий КПД электростанции из батареи топливных элементов и утилизационного блока из газовой или паровой турбины до 50 и даже 60% !

  Вот их данные :

  http://eng.poscoenergy.com/eng/renew/_ui/down/Fuel_Cell_eng.pdf

  Из этих модулей по 100kW, 300kW, и 2.5MW можно собрать электростанцию сколь угодно большой мощности .

  По этой ссылке можно и так-же узнать , что электростанции фирмы POSCO на топливных элементах работают на LNG, BioGas and SNG , то есть на сжиженом газе ,биогазе и синтетическом ( смесевом ) природном газе и используют в качестве окислителя кислород воздуха .

  

  Но вот фирма Bloom Energy в своих энергетических топливных элементах получила мощность серийно производимого модуля в 250kW ( на выходном кабеле ) при уже КПД 52-60% ( в зависимости от состава газа ) модуль весит 19,4 американских тонн и при габаритах 26' 5" x 8' 7" x 6' 9" футов !

  Есть серийные и меньшей мощности .

  Предназначаются для использования прежде всего сланцевого газа "на месте" , но работает и на природном газе и биогазе .

  Использование сланцевого газа в энергетических топливных элементах особо выгодно !

  Серийные энергетические модули топливных элементов фирмы Bloom Energy работают на :

  Natural gas, directed biogas - то есть на любом природном газе и биогазе

  Об них тут :

  http://www.bloomenergy.com/fuel-cell/es-5710-data-sheet/

  

  Германская фирма MTU известная своими отличными дизельными двигателями, предлагает мобильную и малогабаритную электростанцию на топливных элементах с карбонатным электролитом электрической мощностью 250KW и тепловой 180KW при весе всего 2 тонны(!!!) и общим электрическим КПД от 50% (без утилизации тепла отходящих газов ).

  Что гораздо более эффективней не только любых дизельных электростанций ,но и вообще всяких !

 Дизельная электростанция CTM Deutz-300 имеет мощность 240KW при весе
 2180 кг . 

   И любые электростанции на топливных элементах гораздо более эффективнее старых тепловых !

  Не говоря уже о том ,что они несоизмеримо экологически чище и дают намного менее всех вредных выбросов !

  

  В настоящее время в России КПД действующих паротурбинных установок на газе 38-40%, действующих паротурбинных установок на угле 30-32%, лучших парогазовых установок 50-60%, новых угольных блоков на сверхкритических параметрах пара 45-46%.

  Таким образом конкурировать с электростанциями на топливных элементах с утилизационными контурами могут только самые лучшие из парогазовых силовых установок !

  С другой стороны электростанции на топливных элементах с утилизационными контурами имеют уже сейчас и меньшую стоимость и меньшие габариты , как и бесшумность, относительную простоту конструкции, ,а в случае без утилизационного турбинного контура и отсутствие вращающихся механизмов, модульность и масштабируемость, исключительную приближенность к потребителю и потому отсутствие затрат на строительство ЛЭП и кабельных линий большой длинны и соответственно и значительных потерь в тех и других , как и необходимости отведения земли под линии ЛЭП , отсутствие необходимости в громоздком повышающем трансформаторе большой мощности ( вместо него стоят каскадные полупроводниковые или ртутные инверторы-преобразователи ) ,возможность более эффективного электропитания потребителей сразу постоянным током и так-же получения высокой эффективности передачи энергии постоянным током высокого напряжения , большая простота в эксплуатации, исключительно низкие затраты на эксплуатирующий персонал , высокая приспособляемость к пиковым нагрузкам и очень малая зависимость КПД от величины нагрузки - т.е. быстрое снижение и увеличение мощности и т.д. .

  Ну надо прибавить ,что первые годные для промышленной эксплуатации топливные элементы фирмы POSCO это 2006-2008 год и КПД их 47% без утилизации тепла отходящих газов , а для получения КПД в 50-60% у парогазовых установок ушло времени более 50 лет !

Это КПД 47%  в данном случае есть  общий эффективный КПД  преобразования энергии природного  газа в  энергию на  силовой линии ( т.е. в  силовом  кабеле  )   

  А с считавшимися ещё более эффективными МГД-электростанциями так ничего и не вышло !

  И в электростанциях на топливных элементах фирмы POSCO используются твердотельные высокотемпературные топливные элементы на окиси циркония ,которые несколько уступают по КПД карбонатным высокотемпературным топливным элементам , которые считаются более перспективными .

  Но фирма POSCO используя твердотельные высокотемпературные топливные элементы на окиси циркония получила мощность серийного модуля в 2.5MW с КПД 47% !

   Но с другой стороны понятно ,что и твердотельные высокотемпературные топливные элементы на окиси циркония могут быть усовершенствованны ещё более .

  Фирма POSCO уже построила в Южной Корее 20 электростанций общей мощностью 171,8 MW !

  

  Сейчас фирмы FuelCell Energy и POSCO ( наверное и другие ) активно работают над проблемой прямого превращения химической энергии каменного или бурого угля в электрическую .

  Это как раз то о чем мечтал в 19 веке наш пионер электрического освещения Яблочков .

  Но тогда эта задача была совершено "не по зубам ".

  Топливные элементы POSCO и FuelCell Energy могут использовать разные газы получаемые при газификации углей . но это сложно .

  Если-же будут созданы серийные энергетические топливные элементы напрямую использующие в качестве топлива твердый углерод - т.е. каменный и бурый уголь , то для нас и всех стран экспортеров нефти и газа настанет даже не полная Ж-па ,а много хуже !

  

  

  Ну, а у нас в Сибири жгут попутный нефтяной газ в неимоверных количествах !

  По официальным данным на 40 миллиардов куб. метров в год !

  А что-бы обеспечить добычу нефти электроэнергией там жгут топливо !

  Получается двойной и даже тройной убыток !

  Хотя ведь использование топливных элементов на попутном газе могло-бы сильно удешевить у нас добычу нефти .

  Но реально , ни Роснефти ,ни Газпрому это не надо !

  Всем высшим менагерам сих богоугодных заведений и так хорошо и им повышают оклады и премии вне всякой зависимости от реальных результатов их деятельности !

  И всякий проезжающий мимо любого нашего нефтеперерабатывающего завода ( в Капотне например ) видел факелы в которых сжигают отходящие газы .

  И что мешает вместо бесполезного сжигания этих газов в факелах использовать их для выработки электроэнергии , сжигая эти газы в топливных элементах ?


  

 

  

Энергоблок из топливных элементов фирмы POSCO мощностью 2,5Мвт занимает в ширину 1,8,3метров , общую длину 32,2 метра и высоту 7,6 метра ( и это с дымовой трубой ) .

Причем это габарит не даже самой батареи , а всего энергоблока целиком и полностью .

Причем сама собственно батарея занимает габариты менее 1/8 общего объёма .

Из чертежа видно ,что сама батарея имеет габарит около 4,28Х4,28 Х 6,5 метра

Их две , значит по 1,3 Мвт каждая и объём 120 куб метров .

Получается около 1МВт со 100 куб. метров .



Конечно в сравнении с реактором РБМК это мало , но это если брать один голый реактор и без зашиты и без бетонных сооружений , которые являются обязательными для ядерного реактора ! 


 «На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт."
Это-же  значит всего только 20мВт  с кв. см  .

Тогда для мощности в 1,3МВт  получается площадь электрода  6500 кв. м.  .
Если   площадь  электрода одного элемента  вышеупомянутой батареи  POSCO     3,7Х 3,7  , т.е. примерно 15кв. м.  ,то надо иметь  примерно 450  элементов в батарее  и их толщина должна быть около 10мм ( в габарите 6  м. )  .
Реально-же толщина одного элемента около 100мм !
Таким  образом  фирма POSCO  на своих энергетических топливных элементах   получила  удельные мощности  по меньшей мере на порядок более чем  указанных Капицей !
И это для   твердотельных оксидных топливных элементах с их очень  низкой подвижностью  зарядов  !  

  

  Дизельная электростанция CTM Deutz-300 имеет мощность 240KW при весе

  2180 кг .

   Электростанция на карбонатных топливных элементах фирмы MTU имеет мощность 250KW при весе 2000кг !

  Электростанция на много менее интенсивных оксидных топливных элементах фирмы Bloom Energy мощностью 250KW имеет вес 19,4 тонны при размерах 26' 5" x 8' 7" x 6' 9" футов .

  

  Таким образом все те проблемы которые Капица считал в принципе не решаемыми для топливных элементов успешно решены !

  В частности у нас на оксидных топливных элементах получены такие результаты по удельной мощности с площади электрода ( см. тут http://www.issp.ac.ru/conferens/2010bredikhin.pdf ) :

   при рабочей температуре топливного элемента в 800 градусов получилась удельная мощность в 1,2 ватта / см2 , а при 600 градусах 0,35 ватта/см2 .

  То есть при 800 градусах получается мощность 12 киловатт с кв. метра электрода , а при 600 градусах 3,5 киловатта с кв. метра !

  И это в 60 раз и 17,5 раз более того , чем полагал возможным Капица !

  А он полагал ,что более чем 200 ватт с кв. метра электрода топливного получить нельзя !

  Вот так-то ! 

( прочтите вот это : Бобренок О.Ф. , Предтеченский М.Р. Твердооксидные топливные элементы с пониженными рабочими температурами на основе электролита ZrO2(Y2О3) Институт теплофизики СО РАН ) .


Для серийных твердотельных оксидных топливных элементах ( ТОТЭ ) уже получено 0,6 ватта/см2 !

С ресурсом серийных и по 4 миллиона часов !

Сейчас с литра объёма на опытных ТОТЭ получено уже до 15 кВт/л удельной мощности ( компанией Violet Fuel Cell Stick (США) ) , причем трубчатые ТОТЭ дают 0,8 кВт/л , планарные ТОТЭ 1 кВт/л , опытные микротрубчатые до 7 кВт/л и считается реальным получить уже 70 кВт/л !


При объёме-же батареи в объём реактора РБМК 765 куб. м. или 765 000 литров получится при 15 квт с литра уже 11,47 миллионов киловатт ! 


Лопатников начал мне говорить  про то ,что  удельная мощность  реактора РБМК сильно  выше .

Это так ,но он-же взял мощность  одного голого реактора .

Взял и стал считать  мощность одного  голого ядерного  реактора и без всего остального и даже без  защиты  !

Надо-же учитывать не только габариты реактора , а со всей его обвязкой , как-то промежуточным теплообменником-парогенератором , паровой турбиной , конденсатором ,  градирнями оборотного водоснабжения ,    ,генератором   , трансформатором и много ещё чем другим , и прибавьте сюда ещё габариты бетонных конструкций .

И какая тогда удельная мощность получится ?

Вот  и начал  меня  поучать  начав считать   плотность энергии для одного голого реактора и не учитываете всего остального ,вроде радиационной защиты ! 





Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded