Описание проекта

Подарит Вам водород, электричество и тепло. Именно там где надо и ровно столько, сколько надо.

Водород получается из алюминиевого порошка.

Водород преобразуется в электроэнергию на топливном элементе.

Для накопления используются ресивер и аккумуляторная батарея.

Потребитель электричества подключается через двунаправленный инвертор. 

Применён принцип модульности,  что позволяет подключать любые источники электрической энергии: ветро- бензо- солнечные генераторы.

Реализуется импортозамещение.

Оглавление. 

1. Источники финансирования и соисполнители.

2. Результаты работ.

3. Соответствие техническому заданию.

4. НИОКР.

5. Назначение энергоустановки.

6. Потенциальные потребители.

7. Техническое задание.

Проект: Модульная энергоустановка на основе реактора для генерации водорода в месте использования.

1. Источники финансирования и соисполнители.

Проект разрабатывается в инициативном порядке. 

Реализован грант направления "Энерджинет" на НИОКР Фонда содействия инновациям по договору от 23.08.2018 №369ГРИНТИС5/42579 “Разработка энергоустановки на основе системы латентного хранения водорода и устройства для генерации водорода”.  

Работы ведутся в сотрудничестве с "Объединённым институтом высоких температур" Российской Академии наук (ОИВТ РАН).  

2. Результаты проведённой работы:
­ 1. Опытный образец энергоустановки и устройства для генерации водорода.
­ 2. Рабочая конструкторская документация на энергоустановку.
­ 3. Технические условия на активированный алюминий.
­ 4. Техническая документация, технология производства активированного алюминия.
­ 5. Эксплуатационные документы на энергоустановку.
­ 6. Перечень оборудования, необходимого для серийного производства активированного алюминия и энергоустановки.
­ 7. Определены потенциальные поставщики сырья для активированного алюминия.

  8. Получены патенты.

3. Соответствие техническому заданию. 

В результате проведенных испытаний подтверждены все заявленные в техническом задании параметры. 

Основные идеи, заложенных в проекте:
1. Обеспечение потребителей «зеленым» водородом класса А в местах отсутствии водородной инфраструктуры;
2. Транспортировка и хранения водорода в латентной форме;
3. Обеспечение потребителей тепловой и электрической энергией.
4. Определены принципы работы накопителей энергии от возобновляемых источников энергии по замкнутому циклу.

4. НИОКР.

Основной целью НИОКР являлась создание источника электрической энергии на основе системы хранения водорода в латентной форме в виде алюминия и воды и его генерация «на месте по требованию» для производства энергоустановок обеспечения потребителем водородом.
Все цели, поставленные в НИОКР, были достигнуты. Характеристики соответствуют требованию ТЗ за исключением удельного массового содержание H2 в процентах от массы системы хранения. 

Полученный показатель находится на уровне установленного в дорожной карте "Энерджинет" технологического барьера. 

Впервые в мире система хранения представлена в виде капсулы, что позволяет обеспечить сохранность активированного алюминия в течение 180 лет. Капсулирование позволяет иметь большие запасы исходного реагента в месте пользования без потери качества, а также производить консервацию энергоустановки в зависимости от ситуации. 

Исходные реагенты не требуют специальных мероприятий по охране по пожарной, экологической, защите от воровства, как это требует углеводородное топливо, так как не может быть использовано в отдельности от энергоустановки, а при прямом переплаве в металлургической печи будет сгорать без выхода цветного металла.

Реализованная конструкция энергоустановки позволяет в зависимости от требования Заказчика разделять задачи производства электричества и производства водорода без изменения системы управления. Это позволяет более тонко подстраиваться по требования Заказчика и существенно уменьшать стоимость серийной установки. 

Энергоустановка реализована по принципу «LEGO», т. е. имеется возможность изменять параметры ресивера водорода, мощности инвертора, мощности по цепи DC в очень широких диапазонах. Так же актуально использовать выделяемое тепло, через дополнительный контур для нагрева воды или обеспечения теплом локальной тепловой сети.

По результатам выполненной работы сформулированы выводы и предложения, а также рекомендации по дальнейшему развитию и применению алюмо-энергетики, как технологии позволяющей обеспечить развитие водородной энергетики, во время строительства водородной инфраструктуры, так и самого экологического чистого способа хранения энергии от возобновляемых источников энергии.

5. Назначение энергоустановки.

Областями применения энергоустановки являются:
- хранение и транспортировка водород генерирующей композиции, обеспечивающей
получение водорода путём его восстановления из воды;
- генерация водорода для различных нужд «на месте, по требованию»;
- стационарная микроэнергетика: экологически чистые электрогенерирующие и
когенерационные энергоустановки мощностью 10-100 кВт и выше, для использования в
качестве автономных, вспомогательных и аварийных источников энергии;
- транспортная энергетика: экологически чистые тяговые и вспомогательные
энергоустановки для водного и шахтного транспорта.

6. Потенциальные потребители.

Продукт актуален на рынках B2B, B2C и B2G.

Категории потенциальных потребителей в ближайшей перспективе (3-5 лет):
1. Стационарные микроэнергоустановки в первую очередь будут востребованы
потребителями для резервирования энергоснабжения в местности с неустойчивым
централизованным электроснабжением и/или требованиями к экологичности систем
энергоснабжения. Это будут частные лица, заинтересованные в поддержании стабильного
энергоснабжения своих индивидуальных домов (коттеджей), а также компании малого
бизнеса, владеющие небольшими объектами, для которых достаточна мощность до 15 кВт
(небольшие торговые павильоны, мастерские, автосервисы и т.п.).

2. Отдельным сегментом рынка являются энергетические объекты в удаленных местностях
с хрупким биоценозом, в которой работа традиционных типов генераторов на основе
двигателей внутреннего сгорания может нанести значительный ущерб окружающей
.среде. К ним могут быть отнесены объекты потребителей, расположенные в Заполярье, заказниках, заповедниках и проч. Алюмоводородные энергоисточники будут востребованы в качестве аварийных источников станций сотовой связи и дата центров.

3. Другие сегменты рынка.

7. Техническое задание.

Основные технические параметры, определяющие количественные, качественные и
функциональные характеристики продукции

Опытный образец энергоустановки состоит из трех основных блоков:
1. Система хранения водорода
2. Генератор водорода ( Техническом задании блоки 1 и 2 обозначены как АГВ).
3. Источник электроэнергии, включающий водородно-воздушный
электрохимический генератор с твердым полимерным электролитом (ВВ ЭХГ), контур
мощности на основе аккумуляторного накопителя электроэнергии и блок сопряжения ВВ
ЭХГ с контуром мощности.

Опытный образец энергоустановки должен обеспечивать:
- работа на нагрузку в сети переменного тока -1 ф., 220 В с номинальной мощностью 1
кВт в течение установленного потребителем времени работы источника (характерные
времена 1-10 часов);
- хранение в нормальных условиях в течение неограниченного времени запаса
энергоносителя, необходимого для установленного потребителем времени работы
энергоустановки;
- автоматический запуск при исчезновении напряжения в сети потребителя;
- быстрый, в течение 0.02 сек, подхват нагрузки за счет использования накопителя
контура мощности;
- возможность заряда накопителя как от ВВ ЭХГ постоянным током, так и от внешней
сети переменного тока;
- поддержание нагрузки постоянного тока при повышении мощности до 26 кВт в течение
140 сек;
- отсутствие вредных выбросов и низкий (менее 40 Дб), уровень шума при работе.

Технические требования к блокам опытного образца.
1. Система хранения водорода включает:
- набор цилиндрических капсул объемом 20-40 см3, заполненных исходным реагентом.
Оптимальные размеры капсулы и ее материал определяется в процессе конструирования
и по результатам промежуточных испытаний АГВ;
- исходный реагент - порошок на основе алюминия (порошки марки АСД или их
аналоги), возможна добавка активирующих примесей на основе оксида кальция и/или
галлия. Оптимальный химический и гранулометрический состав реагента определяется
по результатам промежуточных испытаний АГВ;
- внутренний объем капсулы должен быть защищен герметичной мембраной,
исключающей контакт дисперсного алюминия с окружающей средой;
- удельная энергоемкость системы хранения не менее, Втч/кг - 2000;
- удельное массовое содержание водорода, % - не менее 7.5.

2. Генератор водорода.
- номинальный расход алюминия, г/сек 0,021;
- окислитель вода;
- расход окислителя, г/сек 0,042;
- расчетное максимальное давление реактора, МПа 2;
- расчетная максимальная температура реактора, °С 200;
- номинальная производительность по водороду, л/сек 0,25;
- характеристики водорода ГОСТ 3022-80, марка «А»;
- масса генератора не более, кг 10;
- режим работы автоматический (не менее 10 часов) и ручной.

3. Источник электроэнергии.
- номинальная мощностью ВВ ЭХГ , кВт - 1;
- удельная мощность ВВ ЭХГ, Вт/кг - не менее 300;
- кпд ВВ ЭХГ в номинальном режиме, % - не менее 45;
- номинальное выходное напряжение ВВ ЭХГ, В 36
- номинальная мощность ВВ ЭХГ, кВт - 1;
- контур мощности на основе литий ионного накопителя электроэнергии емкостью, кВтч -
1.512;
- удельная энергоемкость накопителя не менее, Втч/кг- 175;
- ресурс при работе в номинальном режиме, циклов заряд/разряд - не менее 8000;
- выходное номинальное напряжение контура мощности, В 24;
- номинальная мощность накопителя , кВт - 1;
- максимальный ток разряда накопителя по DC, А - до 1045
-максимальная мощность накопителя по постоянному току, кВт - до 26;
- время работы накопителя в режиме максимальной мощности - до 140 сек.;
- блок сопряжения ВВ ЭХГ с контуром мощности, включающий блок контроля заряда
аккумуляторной батареи СКЗР;
- блок сопряжения источника электрической энергии с нагрузкой - двунаправленный
инвертор 24 В пост. тока/220 В, 1ф переменного, 1 кВт.

Требования по патентной защите.
В ходе выполнения работы должны быть проведены мероприятия,
обеспечивающие защиту прав предприятия на интеллектуальную собственность в
соответствии с частью четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации.

Конструктивные требования.
Энергоустановка хранения водорода и устройство для генерации водорода
структурно должна делиться на три основных конструктивных единицы:
- Водородный модуль, состоящий из систем хранения и генерации водорода;
- Модуль генерации электрической энергии;
- Модуль сопряжения с сетью переменного тока.
Система хранения водорода весом 7 кг должна обеспечить 10-ти часовую работу в
номинальном режиме.
Водород должен храниться в латентной форме в цилиндрических капсулах объемом 15 -
40 см3, заполненных дисперсным алюминием или его композицией.
Генератор водорода должен обеспечивать производительность по водороду,
соответствующую мощности эксплуатации ВВ ЭХГ в пределах 150 % его номинальной
мощности:
- вес до 10 кг
- объем - 350х120х100 мм.
Чистота водорода должна быть достаточной для долговременной работы ВВ ЭХГ.
Влажность водорода должна соответствовать температуре его охлаждения.
Должна обеспечиваться автоматическая пневматическая перезарядка капсул.
Модуль генерации электроэнергии должен состоять из водородно-воздушного
электрохимического генератора:
- вес до 3.4 кг;
- габариты - 340 х 140 х 350 мм;
- мощность 1 кВт;
- напряжение 29 В.


Электротехнический модуль должен включать:
- буферный накопитель электроэнергии на основе литий ионной аккумуляторной
батареи:
- масса - 3.2 кг;
- емкость 380 Вт*ч;
- номинальная мощность 1 кВт;
- максимальная мощность не менее 7 кВт;
- выходное номинальное напряжение 29 В;
-двунаправленный DC/AC инвертор для сопряжения генератора источника
электроэнергии с однофазной сетью переменного тока -220 В и для обеспечения
возможности заряда буферной батареи от внешней сети переменного тока (24/220 В, 50
Гц, 1ф);
-систему управления источником электрической энергии для обеспечения:
- автоматического управления производительностью генератора водорода;
- запуска генератора водорода;
- остановки генератора водорода;
- автоматизированного контроля параметров установки;
- подзарядки аккумуляторной батареи от ВВ ЭХГ;
- аварийной защиты установки.


Отчетность по НИОКР:
Научно-технические отчеты
Алгоритмы работы системы управления энергоустановки хранения водорода и устройства
для генерации водорода;
Эскизная документация энергоустановки хранения водорода и устройства для генерации
водорода;
Рабочая конструкторская документация энергоустановки хранения водорода и устройства
для генерации водорода;
Сборочные чертежи энергоустановки хранения водорода и устройства для генерации
водорода;
Спецификации энергоустановки хранения водорода и устройства для генерации водорода;
Технические условия энергоустановки хранения водорода и устройства для генерации
водорода;
Инструкция по эксплуатации энергоустановки хранения водорода и устройства для
генерации водорода;
Программы и методики испытаний энергоустановки хранения водорода и устройства для
генерации водорода;
Протоколы испытаний энергоустановки хранения водорода и устройства для генерации
водорода;

Пульс