INSTYTUT ELEKTROENERGETYKIZAKŁAD ELEKTROWNI I GOSPODARKI ELEKTROENERGETYCZNEJ ELEKTROENERGETYKA - LABORATORIUM |
|
|---|---|
| Ćwiczenie nr | 3 |
| Stanowisko nr | 3 |
| prowadzący | data wykonania ćwicz. |
| Mgr inż. Bartosz Ceran | 07.04.2014r. |
| Studia (stacjonarne/niestacjonarne, I st. / II st.) | stacjonarne, I st. |
| semestr | 4 |
| grupa | E-1/2 |
| rok akademicki | 2013/2014 |
| Sprawozdanie wykonali: | Mariusz Szymański Marika Augustyn Wojciech Lorkiewicz Tomasz Nowakowski Marcin Kołodziejczak |
| Uwagi: |
Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było poznanie budowy i zasady działania elektrolizera oraz ogniwa paliwowego tupu PEM, a także wyznaczenie charakterystyk U=f(I) i P=(I) oraz sprawności energetycznej i elektrolitycznej
Wyniki pomiarów.
Wyznaczanie charakterystyki zewnętrznej elektrolizera.
Tabela 12.1 Wyniki pomiarów
| I [A] | U [V] |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 0,1 | 0 |
| 0,2 | 0 |
| 0,3 | 0 |
| 0,4 | 0 |
| 0,5 | 0 |
| 0,6 | 0 |
| 0,7 | 0 |
| 0,8 | 0 |
| 0,9 | 0 |
| 1 | 0 |
| 1,1 | 0 |
| 1,2 | 0 |
| 1,3 | 0,01 |
| 1,4 | 0,01 |
| 1,45 | 0,02 |
| 1,46 | 0,03 |
| 1,47 | 0,03 |
| 1,48 | 0,05 |
| 1,49 | 0,07 |
| 1,5 | 0,09 |
| 1,51 | 0,11 |
| 1,52 | 0,14 |
| 1,53 | 0,17 |
| 1,54 | 0,21 |
| 1,55 | 0,24 |
| 1,6 | 0,48 |
| 1,7 | 0,97 |
| 1,8 | 1,32 |
| 1,9 | 1,48 |
| 2 | 1,7 |
| 2,07 | 1,82 |
Wyznaczanie sprawności energetycznej i elektrolitycznej elektrolizera.
Tabela 12.2 Wyniki pomiarów
| Objętość wodoru VH2 | Czas t | Napięcie U | Natężenie I | Moc P |
|---|---|---|---|---|
| [cm3] | [s] | [V] | [A] | [W] |
| 10 | 0 | 2,18 | 2,02 | 4,4036 |
| 20 | 46,2 | |||
| 30 | 90,4 | |||
| 40 | 132,9 | |||
| 50 | 178,8 | |||
| 60 | 223,1 | |||
| 70 | 269,1 | |||
| 80 | 311,4 |
Wyznaczanie charaktetrystyki zewnętrznej ogniwa paliwowego
Tabela 12.3 Wyniki pomiarów
| Rezystancja | Napięcie | Natężenie prądu | Moc elektryczna |
|---|---|---|---|
| R[Ω] | U[V] | I[A] | P[W] |
∞ |
1,02 | 0 | 0 |
| 1000 | 1 | 0 | 0 |
| 500 | 0,99 | 0 | 0 |
| 330 | 0,98 | 0 | 0 |
| 100 | 0,95 | 0,01 | 0,0095 |
| 33 | 0,91 | 0,03 | 0,0273 |
| 10 | 0,87 | 0,08 | 0,0696 |
| 5 | 0,84 | 0,16 | 0,1344 |
| 3 | 0,8 | 0,26 | 0,208 |
| 2 | 0,77 | 0,36 | 0,2772 |
| 1 | 0,7 | 0,63 | 0,441 |
| 0,5 | 0,61 | 1,01 | 0,6161 |
| 0,3 | 0,55 | 1,24 | 0,682 |
Wyznaczanie sprawności energetycznej i elektrolitycznej ogniwa paliwowego.
Tabela 12.4 Wyniki pomiarów
| Objętość wodoru | czas | napięcie | Natęzenie prądu | Moc elektryczna | rezystancja |
|---|---|---|---|---|---|
| VH2 [cm3] | t [s] | U [V] | I [A] | P [W] | R [Ω] |
| 80 | 0 | 0,61 | 1,01 | 0,6161 | 0,5 |
| 70 | 73 | 0,61 | 1 | 0,61 | |
| 60 | 158 | 0,6 | 1 | 0,6 | |
| 50 | 232 | 0,6 | 1 | 0,6 | |
| 40 | 310 | 0,6 | 0,99 | 0,594 | |
| 30 | 384 | 0,6 | 0,99 | 0,594 | |
| 20 | 462 | 0,6 | 0,99 | 0,594 | |
| 10 | 537 | 0,59 | 0,98 | 0,5782 |
e)
Obliczenia i wykresy.
Sporządzić wykres funkcji I=f(U) elektrolizera
Obliczyć sprawność energetyczną elektrolizera.
$$n_{\text{en}} = \frac{Q_{\text{CH}_{2} \bullet}V_{H_{2}}}{U \bullet I \bullet t} = \frac{12,745 \bullet 10^{6} \bullet 70 \bullet 10^{- 6}}{2,18 \bullet 2,02 \bullet 311,4} = 0,65$$
Obliczyć sprawność elektrolityczną elektrolizera.
$$V_{H_{2obl}} = \frac{R \bullet I \bullet T \bullet t}{F \bullet p \bullet Z} = \frac{8,314 \bullet 2,02 \bullet 298,15 \bullet 311,4}{96485 \bullet 99500 \bullet 2} = 8,12 \bullet 10^{- 5}m^{3}$$
$$n_{F} = \frac{V_{H_{2}}}{V_{H_{2obl}}} = \frac{70 \bullet 10^{- 6}}{8,12 \bullet 10^{- 5}} = 0,86$$
Sporządzić wykres funkcji U=f(I) ogniwa paliwowego.
Sporządzić wykres funkcji P=(I) ogniwa paliwowego.
Obliczyć sprawność energetyczną ogniwa paliwowego.
$$n_{\text{en}} = \frac{U \bullet I \bullet t}{Q_{\text{wH}_{2} \bullet}V_{H_{2}}} = \frac{0,6 \bullet 0,995 \bullet 537}{10,8 \bullet 10^{6} \bullet 70 \bullet 10^{- 6}} = 0,424$$
Obliczyć sprawność elektrolityczną ogniwa paliwowego.
$$V_{H_{2obl}} = \frac{R \bullet I \bullet T \bullet t}{F \bullet p \bullet Z} = \frac{8,314 \bullet 0,995 \bullet 298,15 \bullet 537}{96485 \bullet 99500 \bullet 2} = 6,9 \bullet 10^{- 5}m^{3}$$
$$n_{F} = \frac{V_{H_{2obl}}}{V_{H_{2}}} = \frac{6,9 \bullet 10^{- 5}}{70 \bullet 10^{- 6}} = 0,986$$
Przykładowe obliczenia:
We wszystkich tabelach moc została obliczona za pomocą wzoru:
P = UI
P = 0, 95 • 0, 1 = 0, 095 [W]
Wnioski.
Do wyznaczenia sprawności energetycznej elektrolizera zostały przyjęte dane od innej grupy, ponieważ podczas pomiarów nie zostały zapisane wartości prądu i napięcia.
Sprawność energetyczna elektrolizera wynosi 65 %, co według mnie jest przyzwoitym wynikiem, ponieważ ponad połowa energii została przekazana w tym procesie. Obliczona sprawność teoretyczna elektrolizera wyniosła 86 %, wynik ten był jednak obarczony dość dużym błędem, ale pomimo to jest to sprawność na dość wysokim poziomie.
Sprawność energetyczna ogniwa paliwowego wynosi 42%. Straty są tutaj większe niż przekazana energia. Jeśli chodzi o sprawność teoretyczną to wynosi ona 98 %, jest to bardzo wysoka sprawność i przy przenoszeniu małej energii mogą być prawie nie zauważalne.
Do głównych zalet ogniwa paliwowego należy to, że posiada wysoką sprawność teoretyczną oraz to, iż jako nośnik energii wykorzystany jest wodór oraz tlen, czyli dwa bardzo rozpowszechnione pierwiastki. Mając dostęp do wody, teoretycznie możemy posiadać nieograniczony dostęp do energii.
Największą wadą ogniwa jest jego wysoka cena ze względu na zastosowane w nim metale szlachetne.