alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.07-09.060-074alternative-961Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYУГОЛЬНАЯ МИНИ-ТЭЦ НА ОСНОВЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРАCOAL MINI CHP PLANTS ON THE BASIS OF A GAS GENERATOR AND ELECTROCHEMICAL GENERATORДубининА. М.DubininA. M.

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»

D.Sc. (engineering), Professor, the Head of Atomic Stations and Renewable Energy Sources department

s.e.shcheklein@urfu.ruЩеклеинС. Е.ShchekleinS. E.

д-р техн. наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника»

D.Sc. (engineering), Professor of Power Engineering and Thermal Engineering department

s.e.shcheklein@urfu.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University Named after the First President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation20172703201707-96074Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/961

Синтез-газ для электрохимического генератора производился в газогенераторе с автотермической паровой газификацией угля Бородинского месторождения.  Составлены тепловые балансы батареи твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и котлаутилизатора, предназначенного для производства перегретого водяного пара для газогенератора и подогрева катодного воздуха. На основе этих балансов рассчитаны: доля водорода, окисленного в аноде ТОТЭ; электрический КПД; температура в аноде; потери с уходящими газами и в окружающую среду через тепловую изоляцию; ЭДС топливного элемента. Определен удельный расход бородинского угля на производство электрической и тепловой энергии.

 

 

 

 

Synthesis gas for electrochemical generator was produced in gas generator with automatic steam gasification of coal Borodino deposits.  The paper compiles the thermal balances battery of solid oxide fuel cells (SOFC) and boiler, intended for production of superheated water vapor for a gas generator and heating the cathode air. On the base of these balances, the proportion of hydrogen, oxidized anode SOFC; electrical efficiency; the temperature in the anode; losses with flue gases and to the surroundings through the thermal insulation; fuel cell EMF were calculated. Moreover, it was determined unit cost of coal for the production of electrical and heat energy. 

электрохимический генераторгазогенераторугольводяной парудельный расходКПДтепловые потерибалансдоля окисленного водородадоля полезного продуктатеплоемкостьЭДС топливного элементастехиометрияelectrochemical generatorgas generatorcoalwater vaporunit costefficiencyheat lossesbalanceproportion of oxidized hydrogen and useful productheat capacityfuel cell EMFstoichiometryReferencesЩеклеин, С.Е. Человек. Энергия. Природа [Текст] / С.Е. Щеклеин. – Екатеринбург: Изд. УГТУ, 2000.Shcheklein S.E. Čelovek. Ènergiâ. Priroda. Ekaterinburg: Izd. UGTU Publ., 2000 (in Russ.).Дэвинс, Д. Энергия [Текст] / Д. Дэвинс. – М.: Энергоатомиздат, 1985.Devins, D. Ènergiâ. Moscow: Ènergoatomizdat Publ., 1985 (in Russ.).Longwell, J.P. Coal: Energy for the future [Текст] / J.P. Longwell, E.S. Rubin, J. Wilson // Progress in Energy and Combustion Science. – 1995. – Vol. 21. – Iss. 4. – P. 269–360.Longwell J.P., Rubin E.S., Wilson J. Coal: Energy for the future. Progress in Energy and Combustion Science. 1995;(21/4):269–360 (in Eng.).Шпильрайн, Э.Э. Введение в водородную энергетику [Текст] / Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов. – М.: Энергоатомиздат, 1984.Shpilrain E.E., Malyshenko S.P., Kuleshov G.G. Vvedenie v vodorodnuû ènergetiku. Moscow: Ènergoatom-izdat Publ., 1984 (in Russ.).Lisbona, P. Enhanced coal gasification heated by unmixed combustion integrated with an hybrid system of SOFC/GT [Текст] / P. Lisbona, L.M. Romeo // International Journal of Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33. – Iss. 20. – P. 5755–5764.Lisbona P., Romeo L.M. Enhanced coal gasification heated by unmixed combustion integrated with an hybrid system of SOFC/GT. International Journal of Hydrogen Energy. 2008;(33/20):5755–5764 (in Eng.).Promes, E.J.O. Thermodynamic evaluation and experimental validation of 253 MW Integrated Coal Gasification Combined Cycle power plant in Buggenum, Netherlands [Текст] / E.J.O. Promes [et al.] // Applied Energy. – 2015. – Vol. 155. – P. 181–194.Promes E.J.O., Woudstra T., Schoenmakers L., Oldenbroek V., Thallam Thattai A., Aravind P.V. Thermody-namic evaluation and experimental validation of 253 MW Integrated Coal Gasification Combined Cycle power plant in Buggenum, Netherlands. Applied Energy. 2015;(155):181–194 (in Eng.).Thallam Thattai, A. Towards retrofitting integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants with solid oxide fuel cells (SOFC) and CO2 capture – A thermodynamic case study [Текст] / A. Thallam Thattai [et al.] /Applied Thermal Engineering. – 2017. – Vol. 114. – P. 170–185.Thallam Thattai A., Oldenbroek V., Schoenmakers L., Woudstr T.A, Aravin P.V. Towards retrofitting integrat-ed gasification combined cycle (IGCC) power plants with solid oxide fuel cells (SOFC) and CO2 capture – A thermo-dynamic case study. Applied Thermal Engineering. 2017;(114):170–185 (in Eng.).Shri Prakash, B. Properties and development of Ni/YSZ as an anode material in solid oxide fuel cell: A review [Текст] / B. Shri Prakash, S. Senthil Kumar, S.T. Aruna // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2014. – Vol. 36. – P. 149–179.Shri Prakash B., Senthil Kumar S., Aruna S.T. Properties and development of Ni/YSZ as an anode material in solid oxide fuel cell: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;(36):149–179 (in Eng.).Fernandez-Gonzalez, R. Decreasing the polarisation resistance of a Ni-YSZ solid oxide fuel cell anode by infiltration of a ceria-based solution [Текст] / R. Fernandez-Gonzalez [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41. – Iss. 43. – P. 19731– 19736.Fernandez-Gonzalez R., Ruiz-Morales J. C., Canales-Vázquez J., Jurado J.R., Makradi A., Núnez P. Decreasing the polarisation resistance of a Ni-YSZ solid oxide fuel cell anode by infiltration of a ceria-based solution. International Journal of Hydrogen Energy. 2016;(41/43):19731–19736 (in Eng.).Yingru, Zh. Optimal integration strategies for a syngas fuelled SOFC and gas turbine hybrid [Текст] / Zh. Yingru // Journal of Power Sources. – 2011. – Vol. 196. – Iss. 22.– P. 9516–9527.Zhao Yingru, Sadhukhan Jhuma, Lanzini Andrea, Brandon Nigel, Shah Nilay Optimal integration strategies for a syngas fuelled SOFC and gas turbine hybrid. Journal of Power Sources. 2011;(196/22):9516–9527 (in Eng.).Осипов, П.В. Изучение характера выгорания волчанского бурого угля в условиях кипящего слоя [Текст] / П.В. Осипов, Н.В. Чернявский, А.В. Рыжков // Теплофизика и теплоэнергетика: Сб. научных статей. Магнитогорск: МаГУ, 2010. – С. 96–99.Osipov P.V., Chernyavskiy N.V., Ryzhkov A.V. Izučenie haraktera vygoraniâ volčanskogo burogo uglâ v usloviâh kipâŝego sloâ. Teplofizika i teploènergetika: Sb. naučnyh statej. Magnitogorsk: MaGU Publ., 2010, pp. 96–99 (in Russ.).Коровин, Н.А. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки [Текст] / Н.А. Коровин. – М.: Изд-во МЭИ, 2005.Korovin N.A. Toplivnye èlementy i èlektrohimičeskie ènergoustanovki. M.: Izd-vo MÈI, 2005 (in Russ.).Хоффман, Е. Энерготехнологическое использование угля. Пер. с англ. [Текст] / Е. Хоффман.– М.: Энергоатомиздат, 1983. – 328 с.Hoffman E. Ènergotehnologičeskoe ispol’zovanie uglâ. Moscow: Ènergoatomizdat Publ., 1983, 328 p. (in Russ.).Баскаков, А.П. О механизме паровой газификации угля [Текст] / А.П. Баскаков // Промышленная энергетика. – 2008. – № 4. – С. 40 42.Baskakov A.P., Dubinin A.M., Tuponogov V.G., Filippov D.V. O mehanizme parovoj gazifikacii uglâ. Promyšlennaâ ènergetika. 2008;(4):40–42 (in Russ.).Мунц, В.А. Исследование характеристик энергетической установки 5 кВт на твердоокисных топливных элементах с паровым риформингом природного газа [Текст] / В.А. Мунц [и др.] // Теплоэнергетика. – 2015. – № 11. – С. 15 20.Munc V.A., Volkova Yu.V., Plotnikov N.S. et al. Issledovanie harakteristik ènergetičeskoj ustanov-ki 5 kVt na tverdookisnyh toplivnyh èlementah s parovym riformingom prirodnogo gaza. Teploènergetika. 2015;(11):15–20 (in Russ.).Баскаков, А.П. Физико-химические основы тепловых процессов [Текст] / А.П. Баскаков, Ю.В. Волкова. – М.: «Теплотехник», 2013. – 173 с.Baskakov A.P., Volkova Yu.V. Fizikohimičeskie osnovy teplovyh processov. – Moscow: Teplotehnik Publ., 2013, 173 p. (in Russ.).Собянин, В.А. Высокотемпературные твердоокисные топливные элементы и конверсия метана [Текст] / В.А. Собянин // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общества им. Д.И. Менделеева). – 2003. – Т.XLVII. – № 6. – С. 62 – 70.Sobyanin V.A. vysokotemperaturnye tverdookisnye toplivnye èlementy i konversiâ metana. Ros. him. ž. (Ž. Ros. him. obŝestva im. D.I. Mendeleeva), 2003;(XLVII/6):62–70 (in Russ.).Peters, R. Analysis of solid oxide fuel cell system concepts with anode recycling [Текст] / R. Peters [et al.] // International Journal of hydrogen energy. – 2013. – Vol. 38. – P. 6809–6820.Peters R., Deja R., Blum L., Pennanen J., Kiviaho J., Hakala T. Analysis of solid oxide fuel cell system concepts with anode recycling. International Journal of Hydrogen Energy. 2013;(38):6809–6820 (in Eng.).Baskakov, A.P. Optimum chemical regeneration of the gases burnt in solid oxide fuel cells [Текст] / A.P. Baskakov, Y.V. Volkova, N.S. Plotnikov // Journal of Engineering Physics Thermophysics. – 2014. – Vol. 87. – Iss. 4). – P. 763 – 778.Baskakov A.P., Volkova Y.V., Plotnikov N.S. Optimum chemical regeneration of the gases burnt in solid oxide fuel cells. Journal of Engineering Physics Thermophysics. 2014;(87/4):763–778 (in Eng.).Дубинин, А.М. Паровая газификация углей в газогенераторе с заторможенным циркуляционным псевдоожиженным слоем [Текст] / А.М. Дубинин // Тепловые процессы в технике. – 2016. – Т. 8. – № 5. – С. 233–239.Dubinin A.M., Tuponogov V.G.,Skisov G.N., Labincev E.S Parovaâ gazifikaciâ uglej v gazogeneratore s zatormožennym cirkulâcionnym psevdoožižennym sloem. Teplovye processy v tehnike. 2016;(8/5):233–239 (in Russ.).Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3-е, переработанное и дополненное [Текст]. – СПб: Издательство НПО ЦКТИ, 1998. – 256 с.Teplovoj rasčet kotlov (Normativnyj metod). SPb: Izdatel’stvom NPO CKTI Publ, 1998, 256 p (in Russ.).Дубинин, А.М. Оптимальные параметры реактора с заторможенным насадкой циркуляционным псевдоожиженным слоем для паровой конверсии метана [Текст] / А.М. Дубинин [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 13–14. – С. 98–103.Dubinin A.M., Shcheklein S.E., Tuponogov V.G., Ershov M.I., Kagramanov Yu.A Optimal’nye parametry reaktora s zatormožennym nasadkoj cirkulâcionnym psevdoožižennym sloem dlâ parovoj konversii metana. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2015;(13– 14):98–103 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.