Водородная энергетика

Здесь следует  отметить четыре весьма существенные особенности гравитационного электролиза. Во-первых, работа механического инерционного поля, затрачиваемая им на осаждение  молекул воды, легких и особенно тяжелых ионов, практически полностью  восполняется кинетической энергией всплывающих  к оси емкости водорода, кислорода  и анодных газов, поскольку их плотность меньше, чем плотность  раствора. В результате сумма моментов количества движения начальных и  конечных продуктов электролиза  становится близкой нулю, т.е. механическая работа в растворе почти не производится. Она в ЭВГ затрачивается в  основном только на его приводе против сил трения. Анодный осадок и всплывшие  газы вступают во вторичные химические реакции с водой и кислородом, образуя исходный состав раствора.

Во-вторых, интенсивное  самоохлаждение раствора обеспечивает условия для

поглощения им тепла из окружающей среды или от других источников на компенсацию эндотермического эффекта  реакции разложения воды, т.е. работу в режиме высокоэффективного теплового  насоса.

В-третьих, он способен вырабатывать постоянный электрический  ток на внешней нагрузке в том  случае, если частота вращения емкости  будет больше минимально необходимой (пороговой). Тогда ЭВГ проявляет  свойства электрогенератора с вольтамперной  характеристикой конденсаторного  типа (напряжение на зажимах прямо  пропорционально внешней нагрузке).

В-четвертых, ЭВГ одновременно в одном аппарате совмещает и выполняет функции  сразу двух устройств - электрогенератора  постоянного тока и электролизера.

Все эти особенности  обеспечивают гравитационному электролизу  несравненно более высокую эффективность  преобразования теплоты в химическую энергию восстановленных из воды водорода и кислорода, а, следовательно, большую экономичность.

Перспективы ЭВГ

Электроводородный генератор конструктивно прост, органично вписывается в компоновку различных силовых двигательных установок транспортных средств, например, автомобиля, автобуса, сельхозмашины или трактора и хорошо с ними агрегатируется, особенно с тепловыми турбинами. При этом наряду с решением основной технико-экономической задачи, обусловленной двукратным повышением топливной экономичности за счет полезного использования теплопотерь ДВС, а в результате снижения его токсичности и увеличения общего КПД до 68-70 % , создается предпосылка для создания уже в ближайшем будущем принципиально нового, более совершенного транспортного средства - массового электромобиля с большим запасом хода, работающим на тепломеханическом источнике тока.

Внедрение ЭВГ  в качестве утилизатора тепла  на многочисленных компрессорных станциях магистральных газопроводов позволит повысить в 2-2,5 раза топливную экономичность  турбоагрегатов за счет использования  их теплопотерь и выделяющейся теплоты при компрессии природного газа на выработку водорода, которым можно на 60 % восполнить расход углеводородного топлива и тем самым обеспечить его ощутимую экономию, т.е. увеличить объем продажи без приращения добычи.

Многообещающей  представляется идея охлаждения с помощью  ЭВГ транспортируемого природного газа до минусовой температуры. Это  позволит применить элеваторный (газостати-ческий) принцип создания дополнительного избыточного давления в магистрали (приблизительно на 6-8 %), а также увеличить пропускную способность и срок службы трубопровода. Извлеченная из природного газа теплота может быть преобразована и использована на нужды хозяйственных объектов, расположенных вдоль трассы газопровода. Энергетические преимущества такого способа очевидны, особенно в горных условиях прокладки газопровода.

Оснащение приводов буровой и дорожно-строительной техники, различных самоходных машин  ЭВГ снизит в 1,7-2 раза потребление  дизельного или газообразного топлива, что повлечет за собой уменьшение себестоимости газодобычи.

Перевод железнодорожного транспорта на тепловозную тягу с  применением ЭВГ сулит резкое снижение эксплуатационных издержек на техническом обслуживании  электрических  сетей и  существенную экономию электроэнергии.

ЭВГ на морских  и речных судах может использовать тепло забортной воды, что даст возможность заменить атомные энергоустановки, многократно сократить запасы перевозимого углеводородного топлива, а тем  самым повысить полезную грузоподъемность и экологическую безопасность эксплуатации судов при фактически неограниченной автономности плавания. Наряду с этим вместо традиционного винта может осуществляться непосредственное прямое преобразование химической энергии сжигаемых водорода и кислорода в механическую кинетическую энергию в прямоточных реактивных водометных движителях, что упростит конструкцию главного двигателя судна. Плавающие мобильные электрогазогенераторные станции смогут снабжать фактически даровой тепловой и электрической энергией крупные прибрежные населенные пункты, промышленные или сельскохозяйственные объекты. Расчетная стоимость производства МДж тепла в российских условиях при этом составит 0,027-0,04 цента США, а электроэнергии 0,08-0,11 цента.

Схема применения ЭВГ на воздушных судах вместе с теплообменниками, осуществляющими  энергетическую связь между ними и турбинными двигателями, дополнительно  должна содержать бортовой конденсатор  водяного пара вспомогательных газовых  турбовинтовых ДВС, работающих на чистой водородно-кислородной смеси, что  даст возможность многократно использовать минимальный запас оборотной  воды в замкнутом цикле, а также  в достатке обеспечить транспортное средство электроэнергией. Такое конструктивное решение повлечет за собой снижение полетного веса за счет уменьшения запаса топлива, а, следовательно, увеличит грузоподъемность самолета в зависимости от его класса и дальности полета на несколько десятков тонн, что резко сократит себестоимость перевозок.

На космических  станциях ЭВГ может заменить гироскопы  и традиционные солнечные батареи, а также обеспечить ориентационные двигатели эффективным, многократно  более дешевым и безопасным топливом.

Утилизация  избыточного тепла в угольных шахтах ликвидирует острую проблему безопасности угледобычи, а подземное  выжигание остатков угля неперспективных  шахт и использование полученного  тепла на производство водородного  топлива и электроэнергии решит  социальные проблемы угледобывающих регионов.

Различные модификации  мощностного ряда ЭВГ могут найти  свое применение в малой стационарной и мобильной энергетике, особенно в сфере энергообеспечения удаленных  поселений, промышленных объектов, экспедиций, фермерских хозяйств, сушилок, тепличных  комплексов и т.д. В последнем  случае станет возможным круглогодичное валовое производство дешевой растениеводческой  продукции в районах с холодным климатом. Энергетическим источником для ЭВГ при этом может служить теплота любых водоемов, промышленных и бытовых стоков, от сжигания мусора и органических отходов, наружного или внутреннего воздуха (например, метрополитена, шахт, жилых и общественных зданий), различных промышленных паров и газов, в том числе в металлургии, химии и теплоэнергетике, компостных ям в сельском хозяйстве, а также солнечная, ветровая и геотермальная энергия.

Применение  изобретения на действующих тепловых и атомных электростанциях существенно  повысит их рентабельность за счет полезного использования теплопотерь. Существует реальная возможность перевода тепловых станций на использование в качестве топлива водорода, полученного при преобразовании теплоты близлежащих водоемов. В этом случае себестоимость производства электроэнергии снизится в 1,5 раза.

В черной металлургии  водород заменит дорогостоящий  и дефицитный кокс, позволит вести  более эффективный внедоменный процесс получения стали, отапливать печи и применять в конвекторах побочно выделяющийся при разложении воды кислород, а не производить его для этой цели специально. При этом трубы металлургических заводов прекратят выбрасывать в атмосферу сотни тысяч тонн углекислоты.

Особый интерес  изобретение представляет для специалистов, занимающихся проблемами сепарации  различных неорганических веществ, например, обогащением урана. Предлагаемый способ позволяет просто и эффективно непрерывно разделять изотопы U235 и U238 , одновременно выделяя их из водного  раствора в виде металлического порошка, то есть объединить эти два различных  процесса в одном высокопроизводительном малогабаритном аппарате.

Простота  конструкции ЭВГ для промышленных предприятий дает возможность в  течение нескольких месяцев освоить  серийный выпуск некоторых наиболее простых модификаций генератора для нужд малой энергетики без  особых организационно-технических  усилий и значительных капиталовложений. Модернизация действующего грузового  автомобильного и автобусного парков в стране может являться первым этапом широкомасштабного внедрения изобретения  на транспорте. Несколько больших  затрат средств и времени потребуется  на разработку ЭВГ для других видов  транспорта и мощных энергетических комплексов, но и конечные качественные результаты будут здесь несопоставимо  выше. При серийном выпуске генератора в специфичных российских условиях себестоимость производства этого  изделия оценивается порядка 15-25 $/кВт тепловой мощности. Расчетная  рентабельность капиталовложений в  освоение новации составляет более 60 % при сроке окупаемости менее 1,5 лет. Годовой экономический эффект применения генератора в среднем  порядка 40-60 долл. на киловатт его тепловой мощности. Кроме того, промышленная продукция, включающая в себя ЭВГ, повышает экспортные возможности предприятий-производителей. Первоначальные затраты на изготовление действующего макета ЭВГ даже при  накладных расходах предприятия 1200-1500 % не превышают 6000$.

 

1) Q + C + SiO₂ → Si + CO₂ ↑ + H₂O — восстановление кремния углеродом

2) Si + 2H₂O → SiO₂ + 2H₂↑ + Q — получение водорода

3) 2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q — сжигание водорода

Используя источник тепла (например, солнечную печь) восстанавливается  кремний из окисла (реакция 1). Кремний  представляет собой прекрасное ЭАВ, не требующее специальных условий  хранения. Он доставляется к месту  необходимого получения энергии (в  том числе на транспортный двигатель). В специальном реакторе происходит реакция вытеснения водорода (реакция 2). И наконец водород поступает в двигатель в качестве топлива. Образовавшийся в результате второй реакции оксид кремния можно использовать многократно.

1.Реактор

2.Поршневой двигатель внутреннего сгорания

3.Конденсатор

4.Радиатор охлаждения

5.Побудитель расхода

6.Побудитель расхода

7.Побудитель расхода

8.Охладитель кремния

Список литературы

1. Б. Н. Кузык, Ю. В. Яковец  Стратегия перехода к водородной энергетике
2. www.kuzyk.ru/allpublications
3. ru.wikipedia.org
4. www.twirpx.com
5. 5ballov.qip.ru
6. nashaucheba.ru
7. works.tarefer.ru