Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск

Перспективные металлогидридные технологии хранения и очистки водорода

https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-149-160

Полный текст:

Аннотация

ЦЕЛЬ. Разработать металлогидридные реакторы для хранения и очистки водорода различных типов. Интегрировать металлогидридные устройства хранения и очистки водорода с топливным элементом (ТЭ) и электролизером с твердополимерным электролитом. МЕТОДЫ. Для выплавки образцов интерметаллических соединений (ИМС) используется метод плавления в электродуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом на водоохлаждаемом медном кристаллизаторе в аргоновой атмосфере. Исследование интегральных характеристик металлогидридных устройств и исследование процессов при извлечении водорода из смеси газов проводится при помощи тепловых массовых измерителей расхода и термокондуктометрического газоанализатора. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены результаты разработки и создания металлогидридных реакторов хранения и очистки водорода различных типов. Представлены результаты экспериментальных исследований системной интеграции металлогидридных реакторов, ТЭ и электролизера. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Аккумуляция энергии в водороде позволяет использовать минимально возможное давление газа в реакторе, тем самым получить предельную безопасность при эксплуатации устройства, а также избежать обязательной сертификации по безопасности и обучения личного персонала по работе с баллонами высокого давления. Применение металлогидридного способа проточной очистки показывает высокие показатели извлечения водорода для последующей аккумуляции и использования в ТЭ при больших объемных содержаниях водорода в смеси (≥10% об.), в то время как метод периодической эвакуации накопившихся примесей наиболее эффективен при низких содержаниях водорода в смеси (<10% об.). Разработаны экспериментальные энергоустановки H>2Bio и H2Smart электрической мощностью 200 Вт и 1 кВт, представлены результаты основных режимов работы энергоустановок.

Об авторах

Д. В. Блинов
ОИВТ РАН; НИУ МЭИ
Россия

Блинов Дмитрий Викторович, канд. техн. наук, ст. научн. сотр. лаборатории водородных энергетических технологий, Объединенный институт высоких температур РАН, доцент кафедры Химии и электрохимической энергетики, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»

Москва



В. И. Борзенко
ОИВТ РАН
Россия

Борзенко Василий Игоревич, канд. техн. наук, заведующий лабораторией водородных энергетических технологий, Объединенный институт высоких температур РАН

Москва



А. В. Бездудный
ОИВТ РАН
Россия

Бездудный Александр Владимирович, аспирант, Объединенный институт высоких температур РАН

Москва



Н. В. Кулешов
ОИВТ РАН
Россия

Кулешов Николай Васильевич, д-р техн. наук., профессор, заведующий кафедрой Химии и электрохимической энергетики, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»

Москва



Список литературы

1. International Energy Agency. The Future of Hydrogen, Seizing Today’s Opportunities // International Energy Agency: Paris, France, 2019.

2. IRENA, Hydrogen: A renewable energy perspective, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2019.

3. REN21. Renewables 2020 Global Status Report. Paris: REN21 Secretariat 2020.

4. Kuleshov N.V.; Kuleshov V.N.; Dovbysh S.A., et al. Development and performances of a 0.5 kW high-pressure alkaline water electrolyser. International Journal of Hydrogen Energy, 2019,V.44. Issue 56. P. 29441-29449.

5. IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5⁰C Climate Goal, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2020.

6. Sołowski G., Konkol I., Cenian A. Methane and hydrogen production from cotton waste by dark fermentation under anaerobic and micro-aerobic conditions // Biomass and Bioenergy. 2020.V. 138. Pp. 105576.

7. Khongkliang P., Jehlee A., Kongjan P., et al. High efficient biohydrogen production from palm oil mill effluent by two-stage dark fermentation and microbial electrolysis under thermophilic condition, International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V.44. Issue 60. P. 31841-31852.

8. Zhiznin S.Z., Timokhov V.M., Gusev A.L. Economic aspects of nuclear and hydrogen energy in the world and Russia, International Journal of Hydrogen Energy. 2020. V. 45. Issue 56. P. 31353-31366.

9. Fonseca J.D., Camargo M., Commenge J-M., et al. Trends in design of distributed energy systems using hydrogen as energy vector: A systematic literature review. International Journal of Hydrogen Energy, 2019. V.44. Issue 19. P. 9486-9504.

10. Manickam K., Mistry P., Walker G., et al. Future perspectives of thermal energy storage with metal hydrides, International Journal of Hydrogen Energy2019. V.44. Issue 15. P. 7738-7745.

11. Nyamsi S.N., Lototskyy M., Tolj I. Selection of metal hydrides-based thermal energy storage: Energy storage efficiency and density targets, International Journal of Hydrogen Energy. 2018. V.43. Issue 50. P. 22568-22583.

12. Sun D.-W., Deng S.-J. A theoretical model predicting the effective thermal conductivity in powdered metal hydride beds // International Journal of Hydrogen Energy. 1990. V. 15. № 5. pp 331-336.

13. Артемов В.И., Лазарев Д.О., Яньков Г.Г., и др. Влияние неабсорбируемых газовых примесей на процессы тепломассообмена в металлогидридных устройствах для аккумулирования и очистки водорода // Теплофизика высоких температур. 2004. T. 42. № 6. C. 972.

14. Sandrock G.D., Goodell P. D. Cyclic life of metal hydrides with impure hydrogen: Overview and engineering considerations // Journal of the Less Common Metals. 1984. V. 104. № 1. P. 159-173.

15. Тарасов Б.П., Шилкин С.П. Взаимодействие интерметаллических соединений LaNi5 и CeCo3 с водородом в присутствии Ar, CH4 и CO2 // Журнал неорганической химии, 1994. C. 18-22.

16. Glagoleva A.A., Blinov D.V., Borzenko V.I. Novel kW scale hydrogen energy storage system utilizing fuel cell exhaust air for hydrogen desorption process from metal hydride reactor. Energy. 2019. V.183. P. 1244-1252.

17. Han G., Kwon YK., Kim J.B., et al. Development of a high-energy-density portable/mobile hydrogen energy storage system incorporating an electrolyzer, a metal hydride and a fuel cell, Applied Energy. 2020. V. 259. pp.114175.

18. Казаков А.Н., Дуников Д.О., Борзенко В.И. Разработка методики изготовления и исследования образцов интерметаллических соединений для систем хранения и очистки биоводорода // Вестник Московского энергетического института. 2014. №3. С. 17-21.

19. Borzenko V.I, Romanov I.A.,. Dunikov D.O, et al. Hydrogen sorption properties of metal hydride beds: Effect of internal stresses caused by reactor geometry, International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V44. Issue 12. P. 6086-6092.

20. Artemov V.I., Minko K.B., Yan'kov G.G. Numerical study of heat and mass transfer processes in a metal hydride reactor for hydrogen purification. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. V.41. Issue 23. P. 9762-9768.

21. Nashchekin M.D., Minko K.B., Artemov V.I. Numerical analysis of constructive and regime parameter effects on the efficiency of metal hydride systems for hydrogen purification. Case Studies in Thermal Engineering. 2019.V. 14. P. 100485.


Для цитирования:


Блинов Д.В., Борзенко В.И., Бездудный А.В., Кулешов Н.В. Перспективные металлогидридные технологии хранения и очистки водорода. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021;23(2):149-160. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-149-160

For citation:


Blinov D.V., Borzenko V.I., Bezdudny A.V., Kuleshov N.V. Prospective metal hydride hydrogen storage and purification technologies. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(2):149-160. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-149-160

Просмотров: 24


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-9903 (Print)
ISSN 2658-5456 (Online)