Laboratorij za termoenergetiko. Vodikove tehnologije in PEM gorivne celice

Σχετικά έγγραφα
Laboratorij za termoenergetiko. Vodikove tehnologije

Gospodarjenje z energijo

UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Katedra za energetsko strojništvo VETRNICA. v 2. v 1 A 2 A 1. Energetski stroji

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

SPTE V OBRATU PRIPRAVE LESA

VODIK IN GORIVNE CELICE

Lastnosti in delovanje polimerne gorivne celice

Logatherm WPL 14 AR T A ++ A + A B C D E F G A B C D E F G. kw kw /2013

Energije in okolje 1. vaja. Entalpija pri kemijskih reakcijah

Avto na vodik in gorivne celice

GOSPODARJENJE Z ENERGIJO PREDAVANJE 1

UVOD GORIVNE CELICE...

MOTORJI Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

Univerza v Ljubljani Fakulteta za matematiko in fiziko. Gorivne celice in shranjevanje vodika

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

TOPLOTNA ČRPALKA ZRAK-VODA - BUDERUS LOGATHERM WPL 7/10/12/14/18/25/31

1. člen (vsebina) 2. člen (pomen izrazov)

Razvoj, proizvodnja in servis kogeneracij

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sreda, 3. junij 2015 SPLOŠNA MATURA

RANKINOV KROŽNI PROCES Seminar za predmet JTE

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

PARNA POSTROJENJA ZA KOMBINIRANU PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLINSKE ENERGIJE (ENERGANE)

SATCITANANDA. F = e E sila na naboj. = ΔW e. Rudolf Kladnik: Fizika za srednješolce 3. Svet elektronov in atomov

Termodinamika vlažnega zraka. stanja in spremembe

IZOBRAŽEVALNO GRADIVO ENERGIJA IN PROIZVODNJA ELEKTRIČNE ENERGIJE ZA OSNOVNOŠOLCE

3. Υπολογίστε το μήκος κύματος de Broglie (σε μέτρα) ενός αντικειμένου μάζας 1,00kg που κινείται με ταχύτητα1 km/h.

NOVE GENERACIJE GORILNIKOV IN ZNIŽEVANJE CO 2

ENERGETSKI STROJI. Energetski stroji. UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Katedra za energetsko strojništvo

1. Trikotniki hitrosti

Osnove elektrotehnike uvod

Tretja vaja iz matematike 1

VODONIČNA ENERGIJA (HYDROGEN ENERGY)

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

KAKO HITRO IN USPEŠNO SKOZI POTREBNE ADMINISTRATIVNE POSTOPKE ZA PRIDOBITEV PODPORE

Tabele termodinamskih lastnosti vode in vodne pare

13. poglavje: Energija

Stehiometrija za študente veterine

Vježba 4. STRUJNO-NAPONSKA KARAKTERISTIKA PEM GORIVNOG ČLANKA

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * FIZIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Petek, 10. junij 2016 SPLOŠNA MATURA

PREDSTAVITEV SPTE SISTEMOV GOSPEJNA IN MERCATOR CELJE

SONČNE CELICE. Primož Hudi. Mentor: doc. dr. Zlatko Bradač. V seminarju sem predstavil sestavo ter delovanje sončnih celic.

ΕΙΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Difuzijsko in kinetično zgorevanje tekočega naftnega plina

Zemlja in njeno ozračje

dr. Boris Vidrih dvoriščna stavba soba N3 T: 01/ E: W:

Zemlja in njeno ozračje

ČHE AVČE. Konzorcij RUDIS MITSUBISHI ELECTRIC SUMITOMO

Θερμοχημεία Κεφάλαιο 2 ο

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς, MW

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

GOSPODARJENJE Z ENERGIJO

UČINKOVITO NAČRTOVANJE ZA USPEŠNO IZVEDBO PROJEKTOV SOPROIZVODNJE

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

ZAKLJUČNI PROCESI V BIOTEHNOLOGIJI. Membranski separacijski procesi: diafiltracija, elektrodializa, reverzna osmoza, pervaporacija

ELEKTRIČNA STRUJA KROZ TEKUĆINE. Elektrolitička disocijacija. čista destilirana voda izolator, uz npr. NaCl bolja vodljivost

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

VODONIĈNA ENERGIJA (HYDROGEN ENERGY)

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

U unutrašnja energija H entalpija S entropija G 298. G Gibsova energija TERMOHEMIJA I TERMODINAMIKA HEMIJSKA TERMODINAMIKA

( , 2. kolokvij)

2015 / 16 ESTIA SERIJA 4 / HI POWER. Toplotna črpalka zrak - voda

Termodinamika. tlak, temperatura, raztezanje, termična enačba. toplota, notranja W, volumsko delo, entalpija, tehnično delo

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

Osnovne stehiometrijske veličine

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

Postupak rješavanja bilanci energije

Vodik. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju

CM707. GR Οδηγός χρήσης SLO Uporabniški priročnik CR Korisnički priručnik TR Kullanım Kılavuzu

Toplotne črpalke. Zakaj Vaillant? Ker vam okolje ponuja brezplačno energijo. geotherm allstor geostor

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

Kotne in krožne funkcije

odvodi u okoliš? Rješenje 1. zadatka Zadano: q m =0,5 kg/s p 1 =1 bar =10 5 Pa zrak w 1 = 15 m/s z = z 2 -z 1 =100 m p 2 =7 bar = Pa

VETRNE ELEKTRARNE PRIPRAVA. Za učitelje:

5.2. BMW 728hL (1998) BMW 750hL (1999) BMW E65 745h (2001) BMW MINI Cooper Hydrogen (2001)

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

Doc.dr. Matevž Dular N-4 01/

VETRNE ELEKTRARNE PRIPRAVA

Utjecaj izgaranja biomase na okoliš

Kvantni delec na potencialnem skoku

Meteorologija ustni izpit

Hitrost reakcije je lahko tudi krmiljena od težav pri prenosu kemijskih elementov oz. molekul od mesta reakcije.

Žepni priroènik VSE O IZOLACIJI

Energijska bilanca. E=E i +E p +E k +E lh. energija zaradi sproščanja latentne toplote. notranja energija potencialna energija. kinetična energija

Splošno o sončnih elektrarnah in njihova ekonomika

Prehrana in metabolizem

Energijska bilanca Zemlje. Osnove meteorologije november 2017

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

DOŽIVETJE TOPLE VODE ENERGY LINE NOVA GENERACIJA SANITARNIH TOPLOTNIH ČRPALK. gorenje.si

Fizika 9. Zvezek za aktivno učenje 2. del. Rešitve

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE. Študij. leto: 2011/2012 UNIVERZA V MARIBORU. Skupina: 9

2. ATOM, MOLEKULA, MOL

MODERIRANA RAZLIČICA

8. Diskretni LTI sistemi

Transcript:

Laboratorij za termoenergetiko Vodikove tehnologije in PEM gorivne celice

Pokrivanje svetovnih potreb po energiji premog 27% plin 22% biomasa 10% voda 2% sonce 0,4% veter 0,3% nafta 32% jedrska 6% geoterm. 0,2% biogoriva 0,2% fotovolt. 0,04% Kljub naprednim načinom pridobivanja energentov so zaloge omejene. Potencialna rešitev so obnovljivi viri energije OVE 2

poraba in proizvodnja električne energije Prihodnja energijska oskrba Prihodnja energijska oskrba Trajnostna RVE OVE 1. Veljati mora energijska bilanca porabimo lahko toliko energije, kot jo proizvedemo 2. Veljati mora sočasnost električno energijo je treba proizvesti takrat, ko jo potrebujemo shranjevanje še vedno nerešljiv izziv Poraba <> Proizvodnja Shranjevanje energije primanjkljaj energije presežek energije sonce veter poraba 0 24 48 72 96 120 144 168 čas / h 3

Tehnologije shranjevanja električne energije Shranjevanje energije Mehansko Kemično Elektrokemično Električno Toplotno ČHE H 2 tehnologije Kondenzatorji Latentno Masni vztrajniki Baterije Magnetne tuljave Senzibilno Komprimiran zrak 4

Vodikove tehnologije H2 tehnologije Pridobivanje Shranjevanje Elektrokemična pretvorba (GC) Elektroliza Tlačne posode PEMGC Reforming Tekoči vodik SOFC... Metal hidridi AFC...... a) Tehnologije za pridobivanje vodika b) Tehnologije hranjenja in transporta vodika c) Tehnologije direktne elektrokemične pretvorbe vodika v EE 5

Vodikove tehnologije - Pridobivanje Parni Reforming (CxHy): H2 tehnologije Reaktor: 1. reakcija: C n H m + nh 2 O + nco + (n/2+n)h 2 2. reakcija: CO + H 2 O CO 2 + H 2 + Pridobivanje Elektroliza Reforming... 6

Vodikove tehnologije Shranjevanje in lastnosti H 2 Lastnosti pri normalnih pogojih: H2 tehnologije dvo-atomen plin (H 2 ) brez barve brez vonja nestrupen tališče: -259 C vrelišče: -252,8 C zgornja kurilnost: 12745 kj/m 3 spodnja kurilnost: 10800 kj/m 3 izotopi: 1 H vodik, 2 H devterij, 3 H tritij najbolj razširjen element v vesolju 3x večja kurilnost kot dizelsko gorivo Shranjevanje Tlačne posode Tekoči vodik Shranjevanje: Metal hidridi... 7

Gorivne celice PEMGC H2 tehnologije Elektrokemična pretvorba (GC) SOFC AFC... 8

Pretvorba energije iz goriv v elektriko Krožni procesi: gorivo dimni plini para mehanska energija električna energija zgorevanje prenosniki toplote turbina generator Neposredna pretvorba: gorivo? električna energija Gorivne celice 9

Prednosti in slabosti gorivnih celic PREDNOSTI + boljši energijski izkoristek kot pri krožnih procesih + brez škodljivih emisij pri obratovanju (vodik) + ni gibljivih delov + nizka stopnja hrupa SLABOSTI tehnologija izdelave problemi pri delovanju občutljivost in iztrošenje katalizatorjev dragi in redki materiali življenjska doba obratovanja pridobivanje goriva (vodik) 10

Pridobivanje vodika z elektrolizo (PEM) 11

Elektrolitski reaktor Elektroliza: anoda (oksidacija): 2H 2 O(l) O 2 (g) + 4H + + 4e E 0 = 1,23 V katoda (redukcija): 2H + (aq) + 2e H 2 (g) E 0 = 0,00 V Faradayev prvi zakon elektrolize: n reak, teo I t z F m V reak, teo reak, teo I t M z F R T I t p z F energijski izkoristek: η e, r W W H2 el VH2 HS U I t,h2 12

Delovanje PEM gorivnih celic 13

Gorivna celica Reakcije: anoda (oksidacija): H 2 2H + + 2e katoda (redukcija): ½O 2 + 2H + + 2e H 2 O E 0 = 0,00 V E 0 = 1,23 V energijski izkoristek: e, g W W elekticna vodik U I t V H H2 S,H2 14

Sklad gorivnih celic 15

Termodinamika PEM gorivnih celic Gibsova prosta energija G H T S W elec G f napetost in izkoristek gorivne celice E 0 0 G z F f G H f f 1,23 V 0,83 0 standardni pogoji (p = 1 atm, T = 298 K) H f = -286 kj/mol G f = -237 kj/mol F = 96485 As/mol 16

Uporaba gorivnih celic 17

Razvoj prototipnega sistema 18

U (V) η (/) Naloga Gorivna celica s protonsko izmenjevalno membrano (PEMGC), deluje v obratovalni točki pri 0,9 A/cm2 in 0,6 V, velikost aktivne površina PEMGC pa je 100 cm 2. a) Izračunaj potreben molski, masni in volumski tok vodika ter zraka, če je njuna temperatura 15 C pri tlaku 1 bar. Uporabljen je presežek vodika λ H2 = 1,25 ter presežek zraka λ zrak = 2. Za vlažen zrak približno velja, da je molski delež kisika x O2 = 0,207, njegova molska masa pa M zrak = 28,86 g/mol. b) Izračunaj moč in izkoristek v obratovalni točki. Gore Primea 56 1,1 3 1 0,9 2,5 0,8 0,7 2 0,6 Series1 1,5 0,5 Series3 0,4 1 Series2 0,3 0,2 0,5 0,1 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 j (A cm -2 ) 19

Naloga a) Pretoki zraka in vodika b) Električna moč in izkoristek n reak,teo = z H2 = 2 z O2 = 4 I z F = j A z F F = 96485 As/mol n reak,real = λ reak n reak,teo P SKLAD = I U SKLAD η SKLAD = P SKLAD Q in = 2 F U GC λ H2 H H2,s H H2,s = 286 kj/mol m reak,real = M reak n reak,real V reak,real = n reak,real R T p 20