توليد برق از واكنش الكترو شيميايي

دردبيرستان دانش آموزان با استفاده از دوالكترود فلزي در داخل آب از جنس پلاتين و عبور جريان برق مستقيم باعث تجزيه آب به گاز هيدروژن و اكسيژن مي شوند (شكل 1).

 

براي توليد برق از واكنش الكترو شيميايي (پيل هاي سوختي) به صورت معكوس استفاده مي شود يعني از واكنش هيدروژن و اكسيژن در شرايط خاص، جريان برق و گرما توليد مي گردد ( شكل 2 ).

در اين نوع پيل سوختي از الكتروليت ( معمولا اسيد فسفريك ) و دو عدد الكترود استفاده ميشود. در يك سو هيدروژن از بخش آند (-) به سيستم وارد مي شود در مجاورت كاتاليست، يون ها مثبت هيدروژن ( H+) و الكترون (e-) توليد مي شود. الكتروليت اجازه عبور بارهاي مثبت (H +) را داده ولي عبور يون ها را بلوك مي كند . يونهاي منفي ( الكترون ها ) از طريق سيم هادي متصل به پيل سوختي از آن خارج و پس از عبور از بار الكتريكي وارد كاتد مي شوند در حقيقت جريان الكتريكي بوجود آمده است. در كاتد نيز گاز اكسيژن وارد شده (O2) به كمك كاتاليزور به دو اتم مجزا اكسيژن تبديل مي شوند . الكترون هاي عبوري از بار الكتريكي و وارد شده به كاتد به همراه اتم هاي مثبت هيدوژن (H+) و اتم هاي اكسيژن موجود در كاتد با هم ديگر تركيب شده و آب و گرما ايجاد مي كنند (شكل 3).

پيل هاي سوختي براساس الكتروليت مورد استفاده به چهار گروه و براساس دماي كاري به سه دسته دماي بالا، دماي متوسط و دماي پايين تقسيم مي شوند:

درشكل شماره 4 تقسيم بندي انواع پيل هاي سوختي اشاره شده را براساس نوع الكتروليت و دماي كاري مي توان ملاحظه نمود.

پيل هاي سوختي با دماي بالا:

پيل سوختي Solid – Oxid fuel cell ( SOFCs ) از دماي 700 الي 1000، و Moltan – Carbonate (MCFCs) در دماي حدودي 650 سانتي گراد كار مي كنند و ازمشخصه ويژه آنهاي واكنش سريع شيميايي و راندمان كاري بالاي آنها است . به علت واكنش سريع الكتروشيمياي نياز به استفاده از فلزگرانبهاي پلاتين براي كاتاليزور نيست . براي هر دو نوع گفته شده مي توان از انواع ديگر خوراك سوختي بغير هيدروژن استفاده نمود . گرماي بالاي ايجاد شده نيز داراي مصارف گوناگون است . ولي به علت حرارت زياد كاركرد نميتوان از هر ماده اي براي ساخت پيل سوختي استفاده نمود . اين نوع پيل سوختي نياز به بالا بردن ضريب اطمينان و تداوم كاري آن دارد و در آينده اميد به استفاده از آن در مصرف عمومي است.

پيل هاي سوختي با دماي كاركرد متوسط :

ازنمونه بارز اين پيل سوختي نوع اسيد فسفريك آن بوده كه بسيار قابل اطمينان است. نوع اسيد فسفريك كه به PAFCs معروف است در دماي 200 درجه سانتي گراد كار مي كند. راندمان كاري قابل قبولي دارد. اين نوع پيل سوختي از قديمي ترين انواع پيل سوختي است كه تحقيقات زيادي در زمينه ضريب اطمينان و راندمان كاري آن انجام پذيرفته است و درحال حاضر دربالاترين سطح كارايي خود قرار دارد. به همچنين دليل اين نوع پيل سوخته بيشترين مصرف عمومي و همچنين درسايركاربردها را دارد.

پيل سوختي با دماي كاركرد پايين

اين نوع از پيل هاي سوختي كه Polymer-electrolyte full cell (PEFCs) معروف مي باشند داراي كاركرد آسان هستند و دماي كاري آن حدود 80 درجه سانتي گراد است. انتظار مي رود كه در مصارف خانگي بيشترين كاربرد را داشته باشد. اين نوع پيل سوختي نياز به بالا بردن ضريب كاركرد دائم خود را دارد و در حال حاضر تحقيقات زيادي در اين مورد انجام مي پذيرد.

مشخصه ويژه پيل هاي سوختي

پيل هاي سوختي داراي راندمان بالاي توليد انرژي برق هستند. در حال حاضر با رشد كم سابقه مصرف منابع فسيلي و توليد گازهاي گلخانه­اي مشكل بزرگي براي محيط زيست همه مردم جهان پديد آمده است . در شرايط حاضر پيل هاي سوختي با توجه به شرايط كاري خود و اينكه كمترين آسيب را به محيط زيست بشر وارد مي سازند، از گزينه هاي جدي هستند.

راندمان بالاي كاري

در روش معمول و سنتي توليد برق، از سوختهاي فسيلي براي ايجاد گرما و توليد بخار يا گاز داغ جهت استفاده در به حركت در آوردن توربينهاي دوار استفاده ميشود كه به نوبه خود اين توربين ها به ژنراتورهاي برق متصل هستند و انرژي مكانيكي به الكتريكي تبديل مي شود. در فرايند توليد انرژي الكتريكي در حقيقت چهار نوع تبديل انجام مي پذيرد، يعني در مرحله اول شيميايي به حرارتي تبديل مي شود و سپس انرژي حرارتي به انرژي جنبشي تبديل و در نهايت انرژي جنبشي در ژنراتور به انرژي الكتريكي تبديل مي گردد. درهر يك ازاين تبديل ها مقاديري از انرژي به هدر مي رود كه در نهايت راندمان كاري به شدت پايين مي رود.

به همين جهت پيل هاي سوختي به علت جلوگيري ازمراحل هدر رفتن انرژي داراي مزيت بالاي راندمان كاري هستند. همان طوري كه شكل شماره 4 ديده مي شود راندمانهاي روش معمول توليد برق از سوختهاي فسيلي حدود 35 % است در حالي كه راندمان توليد برق از پيل هاي سوختي تا 80% تخمين زده مي شود. علاوه بر اين راندمان بالا، استفاده از پيل هاي سوختي به كم نمودن گاز CO2 محيط زيست كمك شايان مي كند. راندمان بالاي توليد جريان برق در پيل هاي سوختي حتي در هنگامي كه با ظرفيت پايين كار مي كند، از ساير مزاياي آن به شمار مي رود.

سابقه فوجي الكتريك در توليد پيل سوختي

شركت فوجي الكتريك پيشرو در زمينه تحقيق و توليد پيل هاي سوختي بر اساس اسيد فسفريك در كشور ژاپن است. محدوده توان پيل هاي سوختي توليدي اين شركت از چند كيلو وات تا پنج مگاوات است . اين شركت علاوه بر اينكه اولين توليد كننده پيل هاي سوختي از ژاپن بوده، در خصوص ساير انواع پيل هاي سوختي تحقيقات خود را ارائه مي دهد و ارائه كننده انواع پيل هاي سوختي با فناوري هاي مختلف به بازار جهاني است.

موارد مصرف پيل هاي سوختي

در ساليان گذشته مصرف عمده پيل هاي سوختي در صنايع هوا فضا و نظامي با توجه به قيمت بالاي آن بوده است كه در اين صنايع قيمت نقش دوم را در مقابل مزايايي عرضه شده توسط سيستم دارد.

در حال حاضر با توجه به قيمت مناسب و اقتصادي پيل هاي سوختي، اين نوع منابع توليد انرژي الكتريكي جاي خود را مصرف عمومي و خانگي باز نموده اند. استفاده از پيل سوختي در خودرو، منازل، بيمارستان ها، كانكس هاي مخابراتي، ساختمانهاي بزرگ تجاري و اداري و در هر جا كه نياز به يك منبع انرژي الكتريكي تميز و مطمئن است، متداول گرديده است و به عنوان يك سامانه توليد انرژي تميز و دوستدار محيط زيست در كشور صنعتي شناخته مي شود.

--------------------------------------------------------------------------------

در سال 2009 از طرف كميسيون اروپا دستورالعمل جديدي درخصوص موتورهاي الكتريكي با هدف كمك به محيط زيست ( مصرف كنترل انرژي) صادر گرديد كه دستور العمل قبلي را كه بر اساس طبقه بندي سه گانهEFF  و از طرف كميته CEMEP صادر گرديد بود و بصورت دلخواه قابل اجرا بود، ملغي و جانشين آن گرديد. اين قوانين در استاندارد بين المللي  IEC 60034 – 30/31 نيز تعريف شده اند. در استانداردEFF  تمامي موتورهاي الكتريكي 2 و 4 قطب از توان 1 الي 100 كيلو وات را در كاركرد عادي آنها را شامل مي گرديد و تمامي موتورها با رده بندي EFF1 الي EFF3 مشخص شده بودند كه EFF1 بالاترين بازده را داشت. در تاريخ 6 ژانويه سال 2014 قانون جديدي درخصوص موتورهاي الكتريكي به تصويب رسيد كه از تاريخ 27 ژانويه 2014 اجرايي گرديد. در اين قانون جديد درجه بندي بازده موتورهاي الكتريكي براساس ( IE ) نشان داده مي شود و شامل موارد زير هستند:

  • موتورهاي 2 الي 6 قطب
  • تا ولتاژ نامي 1000 ولت
  • از توان 0/75 تا 375 كيلو وات
  • براي موتورهاي دائم كار ( S1 )

موتورهاي زير شامل اين دستورالعمل نيستند:

  • موتورهاي خاص غوطه ور در آب
  • موتورهاي كه در دستگاه نصب شده اند و بازده آنها به تنهايي قابل سنجش نيست .
  • موتورهاي ترمزدار از نوع ترمز الكترومكانيكي

همچنين اگر موتورهاي معمولي در شرايط محيطي زير نصب و مورد استفاده قرارگيرند، از اين قانون مستثني هستند:

  • در ارتفاع بالاتر از 4000 متر
  • حرارت محيطي بالاتر از 60 درجه سانتي گراد
  • دمايي موتور بالاتر از 400 درجه سانتي گراد
  • دماي موتوربالاتر از 400 درجه سانتي گراد
  • دماي محيطي كمتر از 30- سانتي گراد ( درصورت خنك شدن با هوا كمتر از 0 درجه سانتي گراد )
  • در صورت سرد شدن با مايع در دماهاي كمتر از 0 درجه سانتي گراد يا بالاتر از 32 درجه سانتي گراد دماي مايع سرد كننده
  • در محيط هاي قابل انفجار

درجه بندي موتورها براساس IE1 الي IE3 هستند . IE1 براي موتورهاي با درجه بازده معمولي، IE2 براي موتورهايي با بازده بالاتر و IE3 براي موتورهاي درجه ممتاز درخصوص بازده، تخصيص مي يابند.

در جدول زير برابري طبقه بندي قبلي با رده بندي IE  نشان داده شده اند:

درجه بندي قديمي EFF درجه بندي بازده IEC 60034-30/311
Super-premium IE41
Premium IE3
EFF1 High IE2
EFF2 Standard IE1
EFF3 پايين تر از درجه استاندارد بدون

همچنين قواعد زير نيز در اتحاديه اروپا تعريف شده اند:

  • از 16 جولاي 2014 فقط موتورهايIE2 مي توانند به كار گرفته شوند. موتورهاي EFF2 بايد از بازار جمع آوري گردند.
  • از اول سال 2015 براي توان هاي 7/5 الي 375 كيلووات فقط موتورهاي IE3 قابل فروش و نصب بر روي دستگاه ها را دارند. موتورهاي الكتريكي با درجه بازده IE2 فقط با فركانس اينورتر قابل استفاده هستند.
  • از اول سال 2017 موتورهاي الكتريكي از توان 0/75 تا 7/5 كيلو وات نيز مشمول اين قوانين مي شوند.

از اواخر سال 2014 همچنين درجهء بازده موتورها (IE4) نيز تعريف شده است و همچنين براي موتورهاي 8 قطب نيز اين قوانين تعريف گرديد. براي توان هاي تا 0/75 وهمچنين تا توان 1 مگاوات نيز در قوانين تعاريف لازم لحاظ گرديد. در شكل زير نسبت توان و بازده نمايش داده شده است. اين نمودار براي موتورهاي الكتريكي تا توان 200 كيلو وات و 50 هرتز است.

 

درباره ما

ارائه محصولات با کیفیت در زمینه اتوماسیون صنعتی و برق از شرکتهای معروف و به نام دنیا برای مصرف کنندگان داخلی و همچنین ارائه خدمات فنی مرتبط با آنها از دلایل اصلی شکل گیری شرکت آریاتکسان در اوایل سال 1383 بود ...

 

بیشتر...

solar desert

Vector Smart Object

درباره ما

ارائه محصولات با کیفیت در زمینه اتوماسیون صنعتی و برق از شرکتهای معروف و به نام دنیا برای مصرف کنندگان داخلی و همچنین ارائه خدمات فنی مرتبط با آنها از دلایل اصلی شکل گیری شرکت آریاتکسان در اوایل سال 1383 بود ...

 

بیشتر ...

تماس با ما

آدرس : خیابان سيد جمال الدين اسد آبادی (يوسف آباد)

پلاک 449 - واحد 202  تهران - کد پستی : 1434933886

تارنما : www.aryataxan.com

ایمیل : info[a]aryataxan.com

كانال تلگرام:  

تلفن : 8995 8860   -   8227 8862 - (021)

فکس : 5016 8977 - (021)

Truck

این یک متن نمونه برای نمایش عملکرد قالب می باشد . شما می توانید با مراجعه به کنترل پنل جوملا این متن را ویرایش و یا حذف بفرمایید .

Storage

این یک متن نمونه برای نمایش عملکرد قالب می باشد . شما می توانید با مراجعه به کنترل پنل جوملا این متن را ویرایش و یا حذف بفرمایید .

این یک متن نمونه برای نمایش عملکرد قالب می باشد . شما می توانید با مراجعه به کنترل پنل جوملا این متن را ویرایش و یا حذف بفرمایید .این یک متن نمونه برای نمایش عملکرد قالب می باشد . شما می توانید با مراجعه به کنترل پنل جوملا این متن را ویرایش و یا حذف بفرمایید .