Водородный двигатель. Водородные двигатели
 Скачать 23.77 Kb.
|
|
Московский автомобильно дорожный государственный технический университет Кафедра: эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис. Тема: водородные двигатели. Выполнил: Калиткин А.В. Принял: Трубицин В.А. Москва 2019 История Идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Первое реальное применение водородного двигателя было во времена ВОВ. В блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но водород имелся в большом количестве. Военный техник Борис Шелищ предложил использовать воздушно-водородную смесь для работы заградительных аэростатов. На водород перевели двигатели внутреннего сгорания лебёдок аэростатов. Во время блокады в городе на водороде работало около 600 автомобилей. Причины интереса к водородному двигателю Водородный двигатель в первую очередь рассматривается как альтернатива грязным двигателям работающих на углеводородном топливе. При использовании двигателя работающего на водороде не выделяются вредные для атмосферы соединения. Второй немало важной причиной интереса к данной технологии является неограниченность водорода, что выгодно отличает его от бензиновых и дизельных двигателей. Так же стоит отметить дешевизну водорода. Уже сейчас, при несовершенных способах получения водорода, его стоимость сопоставима с углеводородным топливом. С развитием технологий, цена станет гораздо ниже. Способы получения водорода Есть два основных варианта производства водорода: из воды под действием электрического тока в ходе процесса электролиза (так она разлагается на водород и кислород) и из все тех же углеводородов. Второе можно рассматривать, конечно, только как временное решение — оно воспроизводит, хотя и в меньшем масштабе, проблему зависимости от ископаемого топлива и угрозу для климата. Значит, вода. Для электролиза необходимо большое количество энергии. Проводить электролиз можно там, где есть источник энергии — АЭС, например, если мы не берем станции, работающие на нефти и газе. Ну, а вода есть более или менее везде. Так же есть большие надежды на альтернативную энергетику, так производство станет более чистым. Сравнение с электро конкурентами Может возникнуть вопрос, зачем тратить энергию на электролиз, когда можно просто пустить ее в двигатель? Дело в том, что водород позволяет решать проблему сложности хранения и транспортировки энергии. Водород обладает значительно большей энергоемкостью в сравнении с литиевыми батареями. Еще водородный двигатель намного быстрее заправить. ТИПЫ ВОДОРОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Сейчас существует всего два типа водородных двигателей, которые могут быть рентабельными и производительными. Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины. Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах. Принцип работы Двигатели работающие на водородный топливных элементах напоминают традиционные аккумуляторы с более высоким КПД, достигающим 45%. В корпус помещается мембрана, проводящая исключительно протоны и разделяющая две камеры (анодную и катодную): в первую поступает водород, во вторую – кислород. Электроды покрываются катализатором (в его качестве часто применяют платину), при воздействии которого начинается процесс потери электронов водородом. Протоны, проходящие в тот же период времени в катодную камеру, соединяются с приходящими извне электронами, что происходит опять же вследствие наличия катализатора. Результат реакции – вода. Водородный двигатель внутреннего сгорания работает так же, как и бензиновые и дизельные аналоги, однако имеет некоторые преимущества. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. Оставшийся в поршнях пар выходит через конденсатор, и на выходе получается вода. Водородное будущее Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт. Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год. Уже сейчас существует некоторое количество легковых авто работающих на водороде. Так, Toyota уже запустила в серию свой водородный автомобиль Mirai. Необходимые условия Необходимо продолжение развития в данном направлении. Для внедрения водородных двигателей в нашу жизнь необходима инфраструктура добычи, доставки, хранения, заправки. Оптимизация всего цикла использования гремучего газа являются первоначальной задачей области развития водородной энергетики. Преимущества и недостаткиАбсолютно бесшумная работа; высокие показатели экологической чистоты; очень достойный коэффициент полезного действия; меньшее количество токсичных выбросов в атмосферу; гарантированно высокая мощность и производительность; конструктивная простота и отсутствие ненадёжных систем топливной подачи. Среди значимых недостатков можно выделить сложность и дороговизну получения топлива в промышленных объёмах, отсутствие регламента хранения и транспортирования. Вес машины естественным образом заметно увеличится, что обусловлено необходимостью установки на транспортное средство тяжёлых токовых преобразователей и мощных аккумуляторных батарей. Заключение По мнению специалистов, водородные двигатели сегодня следует рассматривать, как единственно приемлемую с экологической точки зрения энергию. Скорее всего, все значимые недостатки будут решены в ближайшем будущем. Я считаю, что водородные двигатели, в частности автомобили, работающие на них, станут повседневностью, уже при нашей жизни. |