Энергетические установки на базе топливных элементов. Перспективы применения Алексей Михайлов, д.т.н., профессор, Виктор Сайданов, д.т.н., доцент, Военный инженерно-технический университет, Игорь Ландграф, инженер, ФГУП "ЦНИИ СЭТ" г. Санкт-Петербург
    В настоящее время мировая потребность в энергоустановках для децентрализованного энергоснабжения по разным оценкам составляет около 50-100 тыс. единиц в год.
    Традиционные газопоршневые, дизельные и газотурбинные установки имеют множество недостатков, главными из которых являются довольно низкий КПД и экологический вред.
    В качестве наиболее перспективных энергетических установок для малой энергетики могут быть рассмотрены получающие всё большее распространение в мире установки на основе топливных элементов. О них сегодня рассказывают наши петербургские авторы.
    Основными преимуществами установок на основе топливных элементов по сравнению с традиционными по экономическим и потребительским качествам являются:
    значительно меньшие выбросы вредных веществ в окружающую среду;
    значительно меньшие показатели уровня шума и вибрации;
    эффективное использование топлива и высокий КПД;
    низкие затраты на эксплуатацию (не требуются замена масла, присутствие оператора);
    плавные вольт-амперные характеристики, высокая маневренность и эффективность во всем диапазоне нагрузок. Физика процесса и определения
    Процессы прямого преобразования химической энергии в электрическую и наоборот осуществляются в электрохимических элементах (ячейках).
    Простейшая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных проводником второго рода (ионным проводником или электролитом). Электрод - проводник первого рода, находящийся в контакте с ионным проводником. На границе между этими проводниками возникает скачок потенциала, называемый электродным потенциалом. На электродах протекают реакции окисления восстановителя (на анодах) и восстановления окислителя (на катодах).
    Совокупность окислителя, восстановителя и ионного проводника называется электрохимической системой ячейки или элемента.
    Топливный элемент (ТЭ) - одна из разновидностей электрохимических элементов, существенным преимуществом которой является то, что в отличие от гальванических (первичных) элементов и аккумуляторов электроды в ТЭ в процессе выработки электрической энергии не изменяются, так как химические реагенты (топливо и окислитель) в их состав не входят, а подаются в ТЭ в момент его работы. Таким образом, схема обеспечения реагентами ТЭ подобна схемам топливоснабжения тепловых машин, однако в них достигается более высокий КПД за счет прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию.
    ТЭ вырабатывают постоянный электрический ток. Напряжение ТЭ обычно не превышает 1 В, а токи, отбираемые от одного элемента, относительно невелики [1]. Для увеличения напряжения, тока и электрической мощности отдельные ТЭ соединяют между собой в батареи ТЭ.
    Для постоянного получения электроэнергии необходимо непрерывно подводить в батарею ТЭ топливо и окислитель, отводить из батареи продукты реакции и теплоту. ............