Миссия компании


повышение эффективности и безопасности энергетического оборудования клиентов, за счет внедрения инновационных технологических решений


Проекты и разработки


Технологии и проекты

подробнее


Новости


Новости компании и партнеров

подробнее


Сотрудничество


Предложение для разработчиков 

подробнее

Уровни финансирования разработок в области ТОТЭ в различных странах

Опубликовано 25.08.2015

Прямое преобразование энергии топлива в электричество можно реализовать в топливных элементах (ТЭ). Электрохимическое преобразование топлива позволяет получить достаточно высокий КПД до 70% и экологический чистый состав продуктов реакции (пары воды, азот, углекислый газ), именно эти показатели привлекают разработчиков энергетических систем вести разработки в области топливных элементов.

Работы по созданию ТЭ и установок на их основе ведутся достаточно давно, в СССР с 60-х годов, в мире с 1860- годов. Изначально такие системы были ориентированы на космическую и военную отрасль,  и чтобы они обеспечивали необходимую надежность и долговечность, такие элементы содержали достаточно большое количество драгоценных металлов. В качестве топлива и окислителя применялись чистые газы, такие как водород и кислород, соответственно. Высокая стоимость готовых технических решений на основе топливных элементов и стала  основным сдерживающим фактором для широкого распространения в энергетике различных стран. В конце прошлого века, с ростом внимания к экологическим проблемам возникающим при получении электрической энергии, особое внимание в мире  стали уделять развитию топливных элементов различной конструкции. В результате наибольшее распространение получили топливные элементы с полимерной мембраной, расплавкарбонатные и твердооксидные. Для энергетических установок, применяемых в стационарной промышленной теплоэнергетике, наиболее удобными являются твердооксидные и расплавкарбонатные топливные элементы, так как в них в качестве окислителя можно использовать воздух, а в качестве топлива смесь СО и Н2, которая называется синтез-газом. 

Существенной проблемой на пути широкого распространения ТЭ с расплавленным карбонатным электролитом является  относительно небольшой ресурсе работы, так как в расплаве в присутствии O2 и CО2 происходит коррозия материала катода, что быстро снижает напряжение, причем утилизация таких элементов тоже имеет негативные последствия для экологии. В связи с этим топливные элементы с твердооксидным электролитом сегодня находят все более широкое применение в промышленной теплоэнергетике из-за того, в них можно получать электроэнергию из различных типов топлив, таких как природный газ, дизель, пропан, этанол, метанол, биогаз, уголь или чистый водород, а также они имеют больший ресурс работы, чем РКТЭ.

За рубежом развитие разработок в этой области вызывает все больший и больший интерес. Активное развитие данной тематики последние 15 лет происходит в Японии, Германии, США, Дании, Китае, Франции, Швейцарии. Нидерландах, Великобритании и др.

В Японии разработки, связанные с развитием и внедрением ТОТЭ, ведутся с 1989 года, сейчас этими вопросами занимается Организация Новой энергии и Промышленного технологического развития (NEDO), технология твердооксидных топливных элементов является одной их возможностей для снижения выбросов СО2 и реализации распределенной энергетики. Под эгидой NEDO реализуется два проекта первый, проходил с 2008 по 2012 г. на который было затрачено около 5 млрд. рублей,  целью проекта являлась разработка систем на ТОТЭ и их основных компонентов, а также демонстрационных макетов для отработки принципов, второй проект начался в 2013 году и закончится в 2017 году, цель последнего заключается  развитии технологий для коммерциализации систем на ТОТЭ.

В США программы разработки в области ТОТЭ осуществляются организацией SECA.В 2014, совокупные расходы на данную тематику составили примерно $ 600 млн.  Бюджет поддержки развития ТОТЭ в 2015 году составляет $ 30 млн. График инвестиций в отрасль ТОТЭ показан на рисунке 1 [1].

Рис. 1. График инвестиций в отрасль ТОТЭ в США до 2015 года

В Европе такие работы финансируются Правительством в рамках нескольких программ, первые две программы - это FP5 , на которые было потрачено 145 млн. евро и  FP6 с бюджетом 315  млн. евро в ), общий же бюджет затрат составил в этом направлении с учетом этих двух программ составил 920 млн. евро. С 2014 года до 2024 года у действует новая программа FCH 2JU с бюджетом 1,38 млрд. евро,   такие программы включают развитие систем на различных топливных элементах и водородной энергетики в целом, причем около 45% бюджета программ тратиться на твердооксирные топливные элементы [2]. 

В России финансирование существенно меньше, чем в зарубежных странах, причем оно, к сожалению, часто несет несистемный характер.  В нашей стране твердооксидными топливными элементами начали заниматься с 60-х годов прошлого века в Институте высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, сначала разрабатывали твердые электролиты проводящие ионы кислорода, а затем в 70-х годах стали разрабатывать макеты электрохимических устройств малой мощности. В 1989 годы был изготовлен высокотемпературный электрохимический генератор на ТОТЭ, мощностью 1 кВт. Это была система с топливными элементами трубчатой конструкции, с Pt-электродами, затем эти работы продолжились в РФЯЦ ВНИИТФ (Снежинск), где за основу была принята трубчатая конструкция элемента и созданы электроды, не содержащие благородных металлов, на их основе в период 2008 по 2013 год был создан 1,5 кВт опытный образец. Там же ведутся работы по разработке энергетической установки мощностью 100 кВт. в Екатеринбурге, резидентом фонда Сколково компанией ООО '' УПК'' была разработана и испытана энергетическая установка на твердооксидных элементах планарной конструкции электрической мощностью 5 кВт. В России работы в области создания элементов или отдельных материалов для ТОТЭ ведутся в ГНЦ Физико-энергетического института (г. Обнинск), Институте физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (г. Черноголовка), ГНЦ ФГУП "Центр Келдыша" и др. Т.е. чаще всего в рамках крупного института или государственной компании, где разработкой единичных элементов, порошков, макетов или компонентов системы занимается выделенная инициативная группа. Причем  разработчики элементного уровня (материалов катода, анода, электролита или единичных топливных элементов, риформеров, теплообменников) часто  выполняют свои работы без учета интеграции в готовую установку, поэтому возникают разработки, которые не могут работать в условиях эксплуатации, так как для обеспечения их функционирования потребность в  энергетических затратах становиться больше, чем  получаемая от них энергия. Несмотря на это, в России, существуют организации, которые достаточно близки к созданию промышленного производства энергетических установок на твердооксидных топливных элементах. 


Материал подготовлен Волковой Ю.В., к.т.н.


 

Источники: 

  1. Briggs M. White, Wayne L. Lundberg and Joseph F. Pierre. Accomplishments, Status, and Roadmap for the U.S. Department of Energy’s /Fossil Energy SOFC Program/ECS Transactions, 68 (1) 23-38 (2015)
  2. M. Atanasiu. The Status of SOFC R&D in the Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking Program/ECS Transactions, 68 (1) 3-14 (2015)
Уровни финансирования разработок в области ТОТЭ в различных странах

Политика cookie

Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных на вашем компьютере.

Вы согласны?