intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Hệ thống năng lượng xanh: Chương 5 - ThS. Trần Công Binh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST
Báo xấu
7
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hệ thống năng lượng xanh - Chương 5: Pin nhiên liệu, cung cấp những kiến thức như giới thiệu tích trữ năng lượng dùng pin nhiên liệu; bộ điện phân - electrolyser; pin nhiên liệu – fuel cell; mô hình tích trữ pin nhiên liệu; ứng dụng pin nhiên liệu; phân tích pin nhiên liệu;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hệ thống năng lượng xanh: Chương 5 - ThS. Trần Công Binh

  1. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Tích trữ năng lượng dùng thế năng nước ĐH BÁCH KHOA TP.HCM Bài giảng: HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH Giảng viên: ThS. Trần Công Binh 8/2017 0 Hệ thống năng lượng xanh 1 0 1 Tích trữ năng lượng dùng bánh đà (flywheel) Tích trữ năng lượng dùng bánh đà (flywheel) Hệ thống năng lượng xanh 2 Hệ thống năng lượng xanh 3 2 3 C5: PIN NHIÊN LIỆU Tích trữ năng lượng 1. Giới thiệu tích trữ năng lượng dùng pin nhiên liệu 2. Bộ điện phân - Electrolyser 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 5. Ứng dụng pin nhiên liệu 6. Phân tích pin nhiên liệu 1. Nguyên lý hoạt động 2. Enthalpy 3. Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu 4. Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực pin nhiên liệu 5. Pin nhiên liệu lý tưởng (Tính dòng điện) 6. Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 7. Các loại pin nhiên liệu 8. Sản xuất hydrogen Hệ thống năng lượng xanh 5 Hệ thống năng lượng xanh 6 5 6 ĐH Bách Khoa TP.HCM 1
  2. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 1. Giới thiệu pin nhiên liệu 1. Giới thiệu pin nhiên liệu Hệ thống năng lượng xanh 7 Hệ thống năng lượng xanh 8 7 8 1. Giới thiệu pin nhiên liệu 1. Giới thiệu pin nhiên liệu – Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu – Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu Nguồn điện Bộ điện Bộ tích Pin nhiên Tải phân trữ khí liệu Hệ thống năng lượng xanh 9 Hệ thống năng lượng xanh 10 9 10 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser Hệ thống năng lượng xanh 11 Hệ thống năng lượng xanh 12 11 12 ĐH Bách Khoa TP.HCM 2
  3. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser Màng Proton Membrane Électrolyte solide - + - + O2 E H2 H2 E ½ O2 H2O → ½O2 + 2H+ + 2e- 2H+ + 2e- → H2 H+ H2O → H2 + O2- + 2e- O2- + 2e- → ½ O2 O2- H2O H2O Cathode Anode Cathode Anode Link Bộ điện phân Hệ thống năng lượng xanh 13 Hệ thống năng lượng xanh 14 13 14 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser Hệ thống năng lượng xanh 15 Hệ thống năng lượng xanh 16 15 16 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu Hoạt động của Pin nhiên liệu Nguồn điện Bộ điện Bộ tích Pin nhiên Tải phân trữ khí liệu H2 → 2H+ + 2e− + − 4H + 4e + O2 → 2H2O 2H2 + O2 = 2H2O Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước, trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động Hệ thống năng lượng xanh 17 Hệ thống năng lượng xanh 18 17 18 ĐH Bách Khoa TP.HCM 3
  4. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Hệ thống năng lượng xanh 19 Hệ thống năng lượng xanh 20 19 20 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Hệ thống năng lượng xanh 21 Hệ thống năng lượng xanh 22 21 22 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Hệ thống năng lượng xanh 23 Hệ thống năng lượng xanh 24 23 24 ĐH Bách Khoa TP.HCM 4
  5. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Hệ thống năng lượng xanh 25 Hệ thống năng lượng xanh 26 25 26 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Pin nhiên liệu – PEMFC Er = 1.23 V Hệ thống năng lượng xanh 27 Hệ thống năng lượng xanh 28 27 28 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Bộ điện phân – Electrolyser I (A) Electrolyser Electric Energy Hydrogen (Solar, …) for energy 0,5 1 1,5 2 Flux vector V (volt) Stock vector Fuel cell I (A) Hệ thống năng lượng xanh 29 Hệ thống năng lượng xanh 30 29 30 ĐH Bách Khoa TP.HCM 5
  6. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Pin nhiên liệu – Fuel cell Hệ thống năng lượng xanh 31 Hệ thống năng lượng xanh 32 31 32 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu – H2 /O2  H2 /không khí Hệ thống năng lượng xanh 33 Hệ thống năng lượng xanh 34 33 34 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu tại GPL Hệ thống năng lượng xanh 35 Hệ thống năng lượng xanh 36 35 36 ĐH Bách Khoa TP.HCM 6
  7. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Hệ thống năng lượng xanh 37 Hệ thống năng lượng xanh 38 37 38 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Sinh viên làm LVTN dùng Bộ điện phân Mô hình mạch nạp cho bộ điện phân. Hệ thống năng lượng xanh 39 Hệ thống năng lượng xanh 40 39 40 5. Ứng dụng pin nhiên liệu 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Surveillance Robotics Hệ thống năng lượng xanh 41 Hệ thống năng lượng xanh 42 41 42 ĐH Bách Khoa TP.HCM 7
  8. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 5. Ứng dụng pin nhiên liệu 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Daiamler B-Class Sạc điện từ lưới (2010) điện cố định Xe điện Honda FCX Pin nhiên liệu GM Equinox Hệ thống năng lượng xanh 43 Hệ thống năng lượng xanh 44 43 44 5. Ứng dụng pin nhiên liệu 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Sạc điện từ pin mặt trời ngay lúc đang chạy Xe điện lai Pin nhiên liệu Bộ quản lý năng lượng Hệ thống năng lượng xanh 45 Hệ thống năng lượng xanh 46 45 46 5. Ứng dụng pin nhiên liệu 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Hệ thống năng lượng xanh 47 Hệ thống năng lượng xanh 48 47 48 ĐH Bách Khoa TP.HCM 8
  9. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 6. Phân tích pin nhiên liệu Nguyên lý hoạt động 1. Nguyên lý hoạt động 2. Enthalpy 3. Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu 4. Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực pin nhiên liệu 5. Pin nhiên liệu lý tưởng (tính dòng điện) 6. Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 7. Các loại pin nhiên liệu 8. Sản xuất hydrogen Hệ thống năng lượng xanh 49 Hệ thống năng lượng xanh 50 49 50 Nguyên lý hoạt động Enthalpy Enthalpy: H = U + P.V Với U là nội năng của hợp chất, áp suất P, và thể tích V Enthalpy (H) của một hợp chất là lượng năng lượng cần để kết hợp các nguyên tố thành hợp chất. Điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là 25oC, 1atm (Standard Temperature and Pressure - STP) Hệ thống năng lượng xanh 51 Hệ thống năng lượng xanh 52 51 52 Enthalpy Enthalpy H = H (chất tạo thành) – H (chất phản ứng) H < 0, phản ứng tỏa nhiệt High heating value: HHV = |H| 1 CH4 (khí) + 2 O2 (khí) → CO2 (khí) + 2 H2O (lỏng) (-74,9) 2x(0) → (-393,5) 2x(-285,8) H = (-393,5) + 2x(-285,8) - (-74,9) - 2x(0) = -890,2 kJ/mol (khí CH4) Nhiệt lượng tối đa tỏa ra là HHV = 890,2 kJ/mol Hệ thống năng lượng xanh 53 Hệ thống năng lượng xanh 54 53 54 ĐH Bách Khoa TP.HCM 9
  10. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Enthalpy Enthalpy Ví dụ 4.8: Tìm HHV của phản ứng oxy hóa khí Metan CH4 tạo thành Ví dụ 4.8.2: CO2 và nước (ở thể lỏng) theo kJ/mol, kJ/kg, kWh/kg, và Wh/lit CH4? Tìm HHV (nhiệt lượng tỏa ra) của phản ứng giữa khí H 2 và O2 tạo thành nước (ở thể lỏng) theo kJ/mol, kJ/kg, kWh/kg, và Wh/lit H2? Hệ thống năng lượng xanh 55 Hệ thống năng lượng xanh 56 55 56 Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Hoạt động của Pin nhiên liệu Entropy: (T: nhiệt độ tuyệt đối, oK) H2 → 2H+ + 2e− + − 4H + 4e + O2 → 2H2O 2H2 + O2 = 2H2O Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước, Enthalpy: lượng năng lượng cung cấp cho phản ứng. trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động Entropy: (thường) gia tăng khi có phản ứng. Hệ thống năng lượng xanh 57 Hệ thống năng lượng xanh 58 57 58 Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Entropy S : Entropy Hệ thống năng lượng xanh 59 Hệ thống năng lượng xanh 60 59 60 ĐH Bách Khoa TP.HCM 10
  11. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu S = S (chất phản ứng) – S (chất tạo thành) CH4(khí) + 2 O2(khí) → CO2(khí) + 2 H2O(lỏng) +Q +We Q  T.S Qmin = T.S |H|=890,2 kJ/mol khí CH4 Q > 0: phản ứng tỏa nhiệt!!! CH4(khí) + 2 O2(khí) → CO2(khí) + 2 H2O(lỏng) + Q (0,186) 2x(0,205) → (0,213) 2x(0,0699) (S) We.max = |H| – Qkhí CH4 We=817,69 kJ/mol min S = (0,186) + 2x(0,205) - (0,213) - 2x(0,0699) = 0,2432 kJ/K/mol (khí CH4) Qmin=72,51 kJ/mol khí CH4 Qmin=T.S=(273,15+25)*0,2432 =72,51 kJ/mol khí CH4 max = We/ |H| = 817,69 / 890,2 = 91,85% Hệ thống năng lượng xanh 61 Hệ thống năng lượng xanh 62 61 62 Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Hoạt động của Pin nhiên liệu Ví dụ 4.9: Giả sử một pin nhiên liệu hydro hoạt động ở 25oC (298K) và 1 atm tạo thành nước ở thể lỏng: a) Tìm nhiệt lượng Qmin phát sinh từ phản ứng cho mỗi mol H 2? b) Tìm hiệu suất cực đại max của pin nhiên liệu? H2 → 2H+ + 2e− 4H + + 4e − + O2 → 2H2O max = 1- Qmin/ |H| = 1 - 48,5 / 285,8 =83% 2H2 + O2 = 2H2O Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước, trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động Hệ thống năng lượng xanh 63 Hệ thống năng lượng xanh 64 63 64 Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu Ví dụ 4.10: Tìm hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu Ví dụ a: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), PEM (Proton-Exchange-Membrane) oxy hóa hydro pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) theo HHV, và theo Gibbs Free Energy? (Biết nước phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Một bộ pin tạo thành ở thể lỏng). nhiên liệu tiêu thụ 1 kg hydro/ngày. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron đến 90%. a) Tính HHV và hiệu suất lý tưởng của bộ pin (bỏ Free energry: qua rò rỉ hydro)? b) Tính điện năng (kWh) lý thuyết tạo ra mỗi ngày? Hiệu suất: c) Biết hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu suất lý tưởng. Tính công suất thực của bộ pin? Năng lượng điện sinh ra: We = |G| Hệ thống năng lượng xanh 65 Hệ thống năng lượng xanh 67 65 67 ĐH Bách Khoa TP.HCM 11
  12. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Gibbs Free Energy Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu G = G (chất tạo thành) - G (chất phản ứng) We = |G| Ví dụ: Tìm hiệu suất cực đại của khi oxy hóa khí metan theo Gibbs Free Energy của hydro? CH4 (khí) + 2 O2 (khí) → CO2 (khí) + 2 H2O (lỏng) (-50,8) 2x(0) → (-394,4) 2x(-237,2) G = (-394,4) + 2x(-237,2) - (-50,8) - 2x(0) = -818 kJ/mol (khí CH4) max = G/ H = (-818) / (-890,2) = 91,89% Hệ thống năng lượng xanh 68 Hệ thống năng lượng xanh 69 68 69 Ví dụ Ví dụ Ví dụ 1: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), a) HHV = 285.800000 [kJ/mol] = 142900.000000 [kJ/kg] pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) a) Qmin = 48.479190 [kJ/mol] = 24239.595000 [kJ/kg] phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Một bộ pin a) Eff_max = 82.995101 [%] nhiên liệu tiêu thụ 1 kg hydro/ngày. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron đến 90%. b) Wer = 32.944444 [kWh/kg] a) Tính HHV và hiệu suất lý tưởng của bộ pin (bỏ b) E_a = 29.650000 [kWh/day] qua rò rỉ hydro)? Tính công suất lý tưởng của bộ c) Eff_real = 45.647306 [%] pin? c) P.total = 679.479167 [W] b) Tính điện năng (kWh) lý thuyết tạo ra mỗi ngày? c) Biết hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu suất lý tưởng. Tính công suất thực của bộ pin? Hệ thống năng lượng xanh 70 Hệ thống năng lượng xanh 71 70 71 Pin nhiên liệu lý tưởng Pin nhiên liệu lý tưởng – Tính dòng điện Hoạt động của Pin nhiên liệu Tính dòng điện? H2 → 2H+ + 2e− + − 4H + 4e + O2 → 2H2O 2H2 + O2 = 2H2O Tính dòng điện, công suất thực của pin nhiên liệu? Hệ thống năng lượng xanh 72 Hệ thống năng lượng xanh 73 72 73 ĐH Bách Khoa TP.HCM 12
  13. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Pin nhiên liệu lý tưởng Pin nhiên liệu lý tưởng (Tính cho 1 tế bào) Các ký hiệu: (A) • q = điện tích 1 electron = 1,602 .10-19 Cuolombs • ne = số electron tạo ra dòng điện từ mỗi phân tử (W) • N = hằng số Avogadro = 6,022 .1023 phân tử/mol Ví dụ : Cho 1 tế bào pin nhiên liệu lý tưởng dùng khí CH4, ở • V = thể tích một mol khí lý tưởng ở STP =22,4-l/mol điều kiện tiêu chuẩn, H2O ra ở thể lỏng, giải phóng 4 electron. • n = lưu lượng khí cấp cho pin nhiên liệu (mol/s) a) Tính hiệu suất lý tưởng này? Tính khối lượng CH4 (kg) cần • I = dòng điện 1 (A) = 1 Coulombs/s cung cấp cho pin nhiên liệu lý tưởng để tạo ra 1kWh điện? b) Nếu lưu lượng tiêu thụ khí CH4 là 1-lit/phút, tính dòng điện và • Vr = điện áp lý tưởng qua 2 cực pin nhiên liệu (V) công suất lý tưởng? Tính điện áp định mức (lý tưởng)? • P = công suất pin nhiên liệu phát ra (W) c) Tính lại câu b nếu hiệu suất thực bằng 60% lý tưởng? Tính hiệu suất thực? Tính lại điện áp THỰC của tế bào? d) Tính lại câu b, c nếu 10% lượng khí CH4 thất thoát? Hệ thống năng lượng xanh 74 Hệ thống năng lượng xanh 75 74 75 Ví dụ Pin nhiên liệu lý tưởng Ví dụ 2: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), 1 tế bào pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Biết tế bào nhiên liệu tiêu thụ 1 kg hydro/ngày. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron đến 90%. b) Tính công suất (W) lý tưởng của pin? Tính dòng điện và điện áp của tế bào? c) Biết hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu suất lý tưởng. Tính công suất thực của pin? Tính dòng điện và điện áp của tế bào? d) Tính lại câu c cho bộ pin gồm 20 tế bào ghép nối tiếp, bộ pin tiêu thụ 1 kg hydro/ngày, giải phóng 90% electron? Hệ thống năng lượng xanh 76 Hệ thống năng lượng xanh 77 76 77 Pin nhiên liệu lý tưởng Pin nhiên liệu lý tưởng Điện áp lý tưởng của 1 tế bào pin nhiên liệu hydro H2 (khí) + 1/2 O2 (khí) → H2O (lỏng) (EMFmax) theo nhiệt độ: Hệ thống năng lượng xanh 78 Hệ thống năng lượng xanh 79 78 79 ĐH Bách Khoa TP.HCM 13
  14. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế Đặc tuyến của 1 tế bào pin nhiên liệu H2. Chú ý: A tính theo (cm2). Hệ thống năng lượng xanh 80 Hệ thống năng lượng xanh 81 80 81 Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế Ví dụ 4.11: Bộ pin nhiên liệu dùng H2, công suất 1kW, điện áp 48V, điện áp trên mỗi tế bào là 0,6V. Tính số tế bào (được ghép nối tiếp) và diện tích màng lọc của mỗi tế bào (cm2)? Biết 1 tế bào pin nhiên liệu có đặc tuyến như hình 4.29: V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A (A/cm2) Đặc tuyến của 1 tế bào pin nhiên liệu H2. Chú ý: A tính theo (cm2). Hệ thống năng lượng xanh 82 Hệ thống năng lượng xanh 83 82 83 Ví dụ Ví dụ Ví dụ 3: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), Ví dụ 4: Cho 1 tế bào pin nhiện liệu dùng khí H2 để pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phát điện cho tải? Biết pin tiêu thụ 5lit H2 /giờ ở phản ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Một bộ pin điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Nước tạo nhiên liệu tiêu thụ 1 kg hydro/ngày. Giả sử khí hydro ra ở thể lỏng. Phản ứng hấp thụ 95% khí hydro, và được chuyển đổi giải phóng electron đến 90%. tạo ra 2 electron. a) Giả sử hiệu suất của pin là 50%. Tính toán a) Tính điện năng (kWh) lý thuyết tạo ra mỗi ngày? công suất của pin? Biết điện áp lý thuyết của bộ pin khoảng 24Vdc, b) Giả sử hiệu suất của pin là 50% hiệu suất lý tính số tế bào ghép nối tiếp? tưởng. Tính toán công suất của pin? b) Biết hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu suất lý c) Tính công suất lý tưởng của pin? tưởng. Tính công suất, dòng điện và điện áp thực d) Tính dòng điện của pin? Biết pin nhiên liệu của tế bào? chỉ gồm 1 tế bào. c) Tính tổng diện tích màng lọc? e) Với kết quả ở câu a, tính diện tích màng lọc Biết V = 0,85 – 0,25J tế bào? V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A Hệ thống năng lượng xanh 84 Hệ thống năng lượng xanh 86 84 86 ĐH Bách Khoa TP.HCM 14
  15. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Các loại pin nhiên liệu Các loại pin nhiên liệu 1. Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) – Pin nhiên liệu trao đổi hạt nhân qua màn lọc Eff ≈ 45% 2. Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) – Pin nhiên Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) liệu methanol trực tiếp 3. Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) – Pin nhiên liệu axit phosphoric 4. Alkaline Fuel Cells (AFC) – Pin nhiên liệu kiềm 5. Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) – Pin nhiên liệu carbon nóng chảy 6. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) – Pin nhiên liệu oxit rắn Hệ thống năng lượng xanh 87 Hệ thống năng lượng xanh 88 87 88 Các loại pin nhiên liệu Các loại pin nhiên liệu Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) Alkaline Fuel Cells (AFC) Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) Hệ thống năng lượng xanh 89 Hệ thống năng lượng xanh 90 89 90 Các loại pin nhiên liệu Các loại pin nhiên liệu Hệ thống năng lượng xanh 91 Hệ thống năng lượng xanh 92 91 92 ĐH Bách Khoa TP.HCM 15
  16. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Các loại pin nhiên liệu Sản xuất hydrogen 1. Methane Steam Reforming (MSR) 2. Partial Oxidation (POX) 3. Gasification of Biomass, Coal, or Wastes 4. Electrolysis of Water Hệ thống năng lượng xanh 93 Hệ thống năng lượng xanh 94 93 94 Sản xuất hydrogen Sản xuất hydrogen Methane Steam Reforming (MSR) Partial Oxidation (POX) Gasification of Biomass, Coal, or Wastes Electrolysis of Water Hệ thống năng lượng xanh 95 Hệ thống năng lượng xanh 96 95 96 Sản xuất hydrogen Bài tập Hệ thống năng lượng xanh 97 Hệ thống năng lượng xanh 98 97 98 ĐH Bách Khoa TP.HCM 16
  17. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Bài tập Bài tập Bài tập 1: Tính toán nhiệt lượng (kJ/mol, kJ/kg) và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu dùng CH3OH ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC)? Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Bài tập 2: Pin nhiện liệu dùng khí H2 để phát điện cho tải? Biết pin tiêu thụ 5lit H2 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Nước tạo ra ở thể lỏng. a) Tính công suất lý tưởng của pin? b) Giả sử hiệu suất của pin là 50%. Tính toán công suất của pin? c) Giả sử hiệu suất của pin là 50% hiệu suất lý tưởng. Tính toán công suất của pin? d) Tính dòng điện của pin? Biết pin nhiên liệu Hệ thống năng lượng xanh chỉ gồm 1 tế bào. Hệ thống năng lượng xanh 99 100 99 100 Bài tập Bài tập Bài tập 3: Tính toán dòng điện và công suất cấp Bài tập 5: Tính toán khối lượng CH3OH cung cấp điện cho tải từ 1 tế bào pin nhiện liệu dùng khí cho pin nhiện liệu để tạo ra 1kWh điện ở điều kiện CH4? Biết pin tiêu thụ 10lit CH4 /giờ ở 1atm, 25oC). tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu bằng ½ hiệu suất lý tưởng. suất lý tưởng. Bài tập 4: Tính toán lưu lượng khí H2 cung cấp cho pin nhiện liệu dùng để phát điện cho tải bóng Bài tập 6: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 đèn 50W ở 1atm, 25oC). Nước tạo ra ở thể lỏng. kg CH3OH cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở tưởng. Khi đó tính dòng điện và điện áp trên bóng thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% hiệu đèn. Biết pin nhiên liệu có 20 tế bào ghép nối tiếp. suất lý tưởng. Hệ thống năng lượng xanh 101 Hệ thống năng lượng xanh 102 101 102 Bài tập Bài tập Bài tập 7: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 lit Bài tập 9: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 khí CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện kg CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu khí. Giả sử hiệu suất của pin là 40%. suất lý tưởng. Bài tập 10: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 Bài tập 8: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 lit CH3OH (lỏng) cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kg H2 hóa lỏng cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng là ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% 50%. Biết khối lượng riêng của CH3OH là hiệu suất lý tưởng. 792kg/m3. Hệ thống năng lượng xanh 103 Hệ thống năng lượng xanh 104 103 104 ĐH Bách Khoa TP.HCM 17
  18. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Bài tập Bài tập Bài tập 12: Bộ pin nhiện liệu loại 20 tế bào giống Bài tập 11: Tế bào pin nhiên liệu dùng khí hydro, nhau, ghép nối tiếp dùng khí CH4? Biết bộ pin tiêu đang cung cấp cho tải 10W, điện áp 0,6V. Biết pin thụ 10lit CH4 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, nhiên liệu có hiệu suất chuyển đổi khí hydro là 90%, 25oC). Hiệu suất chuyển đổi khí là CH4 là 95%. có đặc tuyến: V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin (A/cm2) bằng ½ hiệu suất lý tưởng. a) Tính lưu lượng khí hydro cung cấp cho pin? a) Tính công suất cấp cho tải? b) Tính dòng điện cấp cho tải? b) Tính diện tích màng lọc của pin? c) Tính điện áp cấp cho tải? c) Tính hiệu suất của pin? d) Tính toán diện tích màng lọc của mỗi tế bào? Giả Biết nước tạo ra ở thể lỏng, pin làm việc ở STP. sử mật độ dòng điện của tế bào ở điểm làm việc này là 1A/cm2. Hệ thống năng lượng xanh 105 Hệ thống năng lượng xanh 106 105 106 Bài tập Bài tập Bài tập 13: 1 tế bào pin nhiên liệu hydro phản ứng oxy Bài tập 14: 1 tế bào pin nhiên liệu methanol CH3OH tạo tạo thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1 atm, 25 C). thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1atm, 25C). a)Tính hiệu suất lý tưởng cực đại? a)Tính HHV (kJ/mol, kJ/kg CH3OH) và hiệu suất lý tưởng b)Biết hiệu suất thực bằng 50% hiệu suất lý tưởng, tính cực đại của pin? b)Tính điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg methanol? Biết lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý tưởng. Pin tiêu thụ 2 lít khí hydro /giờ: Biết khối lượng riêng CH3OH là 792kg/m3. Phản ứng phát 6 c)Tính dòng điện, công suất lý tưởng cực đại của pin? electron. Methanol chuyển đổi giải phóng được 90% electron: d)Giả sử hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý tưởng, khí c)Pin tiêu thụ 4 lít methanol lỏng/giờ. Tính dòng điện và công hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, suất cực đại theo lý tưởng của pin? Tính điện áp hở mạch của tính công suất và điện áp thực của pin? tế bào pin? e)Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào d)Nếu hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất cực đại trên, tính là 0,45 A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin? dòng điện, công suất và điện áp của pin với 4 lit/giờ? Hệ thống năng lượng xanh 107 Hệ thống năng lượng xanh 108 107 108 Bài tập Bài tập •Bài tập 15: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), pin •Bài tập 16: Một module pin nhiên liệu PEMFC sử dụng hydro nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản ứng với H2 (khí) phản ứng với oxy O2 (khí) tạo ra nước H2O (lỏng) ở điều kiện chuẩn (1 atm, 25 oC) có phương trình đặc tính dòng (A) - áp oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Một bộ pin nhiên liệu tiêu thụ 1 kg (V) gần đúng như sau: hydro/ngày. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron đến 90%. V = 0,8 - 0,0001×I Hãy cho biết điện áp hở mạch, dòng ngắn mạch, và nội Tính điện năng (kWh) lý thuyết tạo ra mỗi ngày? Biết trở của module pin nhiên liệu nói trên? điện áp lý thuyết của bộ pin khoảng 24Vdc, tính số tế Nối pin nhiên liệu đã cho vào một tải trở R L = 1 mΩ, hãy bào ghép nối tiếp? (1 đ) vẽ mạch điện tương đương và tính dòng, áp, công suất Biết hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu suất lý tiêu thụ của tải? tưởng. Tính công suất, dòng điện và điện áp thực của Tính lưu lượng hydro H2 (g/s) cần thiết để cung cấp cho tế bào? (1 đ) tải với công suất tiêu thụ như ở câu b? Giả sử khí hydro được hấp thu chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn. Hệ thống năng lượng xanh 109 Hệ thống năng lượng xanh 110 109 110 ĐH Bách Khoa TP.HCM 18
  19. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh Bài tập Bài tập •Bài tập 17 (2017): Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, •Bài tập 18 (2018): Ở điều kiện tiêu chuẩn (STP: 1 atm, 25C), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản ứng với 25C), pin nhiên liệu PEMFC dùng nhiên liệu hydro (H2) phản oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Bộ pin nhiên liệu cung cấp điện cho xe ứng với oxi tạo ra nước ở thể lỏng. Bộ pin nhiên liệu cung cấp ô tô điện tiêu thụ trung bình 1 kg hydro cho quảng đường 100km điện cho xe ô tô điện tiêu thụ trung bình 10 kW khi chạy ở tốc khi chạy ở tốc độ 60 km/h. Biết phản ứng giải phóng 2 electron độ 80 km/h. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải phóng 95% cho mỗi phân tử hydro. Giả sử khí hydro được chuyển đổi giải electron. Biết phản ứng giải phóng 2 electron cho mỗi phân tử phóng electron đến 92%, hiệu suất thực của pin bằng 55% hiệu hydro, hiệu suất thực của pin bằng 50% hiệu suất lý tưởng. suất lý tưởng. a) Tính điện năng (kWh) lý thuyết và thực tế được tạo ra a) Tính công suất (kW) tiêu thụ điện trung bình của động cơ xe ô khi tiêu thụ 1 kg hydro? tô? Tính công suất tổn hao nhiệt trên bô pin? b) Tính khối lượng hydro cần phải tích trữ trong bình để b) Bộ pin gồm nhiều tế bào ghép nối tiếp, biết điện áp hoạt động xe chạy được 800 km? của bộ pin là 96V, tính số tế bào của bộ pin? Biết phương trình c) Tính số lượng tế bào ghép nối tiếp và điện áp của bộ của mỗi tế bào là V = 0,85 – 0,25 I/A [A/cm2], tính tổng diện pin khi xe chạy để dòng điện không quá 100 A? tích màng lọc của bộ pin? Hệ thống năng lượng xanh 111 Hệ thống năng lượng xanh 112 111 112 Tài liệu tham khảo Trần Công Binh GV ĐH Bách Khoa TP.HCM Phone: 0908 468 100 1. Gilbert M. Masters, "Renewable and Efficient Email: tcbinh@hcmut.edu.vn Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS, binhtc@yahoo.com 2004. Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh 2. Chris Rayment, Scott Sherwin, "Introduction to Fuel Cell Technology", Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, 2003. T©B 114 Hệ thống năng lượng xanh 113 113 114 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser Bộ điện phân – Electrolyser Màng Proton - + H H O O H H H O H H2 O O H H Cathode Anode Hệ thống năng lượng xanh 115 Hệ thống năng lượng xanh 116 115 116 ĐH Bách Khoa TP.HCM 19
  20. Bài giảng HTNLX Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser O O O H+ e- O H+ H+ H+ e- H+ H+ O O e- H + H+ H+ H+ e- H+ H+ Hệ thống năng lượng xanh 117 Hệ thống năng lượng xanh 118 117 118 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser Màng Proton Màng Proton O2 - + - + O H+ H+ O E H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H2O → O2 + H2+ + 2e- H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H H+ H+ O H H+ H2 O O H H Cathode Anode Cathode Anode Hệ thống năng lượng xanh 119 Hệ thống năng lượng xanh 120 119 120 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2. Bộ điện phân – Electrolyser H H H+ H+ e- H H+ H+ H e- Hệ thống năng lượng xanh 121 Hệ thống năng lượng xanh 122 121 122 ĐH Bách Khoa TP.HCM 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2