"Energetyka wodorowa"

Identyfikator Librowy: 225137

Spis treści

Przedmowa 10

Podziękowania 11

Wykaz używanych skrótów 12

Rozdział 1 14

Wprowadzenie 14

1.1. Ogólna charakterystyka scenariuszy zwiększenia roli wodoru w gospodarce 14

1.2. Produkcja i wykorzystanie wodoru. Główne zadania i możliwości rozwoju 18

1.3. Zakres opracowania 24

Bibliografia do rozdziału pierwszego 29

Podstawy termodynamiczne 30

Rozdział 2 30

2.1. Funkcje stanu 30

2.2. Prawo zachowania energii. Pierwsza zasada termodynamiki 31

2.3. Druga zasada termodynamiki. Generacja entropii 36

2.4. Połączenie pierwszej i drugiej zasady termodynamiki 39

2.5. Praca maksymalna 40

2.6. Metoda entropowa analizy technologii energetycznych 42

2.7. Potencjał chemiczny 49

2.8. Układy z reakcjami chemicznymi 53

2.9. Warunki równowagi 54

2.10. Uogólnione równanie fundamentalne 55

2.11. Reakcja standardowa 56

2.12. Reakcja tworzenia 58

2.13. Bilansowanie procesów spalania 59

2.14. Reakcje jonowe 64

Bibliografia do rozdziału drugiego 66

Rozdział 3 68

Wodór. Podstawowe właściwości 68

3.1. Izotopy i molekuły wodoru 68

3.2. Równanie stanu 70

3.3. Temperatura adiabatycznego spalania 74

3.4. Efekt Joule’a-Thomsona (J-T) 75

Bibliografia do rozdziału trzeciego 75

Rozdział 4 76

Wytwarzanie wodoru z paliw węglowodorowych 76

4.1. Technologie produkcji wodoru z paliw gazowych i ciekłych 77

4.1.1. Reforming parowy gazu ziemnego 79

4.1.2. Reforming parowy alkanów C2-C4 [4.1] 85

4.1.3. Reforming parowy ciekłych węglowodorów [4.1] 86

4.1.4. Częściowe utlenianie węglowodorów 90

4.1.5. Reforming autotermiczny metanu 91

4.1.6. Piroliza metanu 91

4.2. Technologie produkcji wodoru z węgla 92

4.2.1. Zgazowanie węgla 93

4.2.2. Piroliza węgla 116

4.2.3. Opcje technologiczne instalacji wytwarzania wodoru na drodze zgazowania i pirolizy węgla 126

4.2.4. Obciążenie emisją CO2 procesów produkcji wodoru z węgla 126

4.2.5. Koszty produkcji wodoru z węgla 133

4.3.1. Technologie zgazowania biomasy 138

4.3.2. Produkcja wodoru 142

4.3.3. Koszty produkcji wodoru z biomasy 156

Bibliografia do rozdziału czwartego 158

Metody rozkładu wody na wodór i tlen 164

Rozdział 5 164

5.1. Wprowadzenie 164

5.2. Istota działania podstawowego modułu elektrolizera 166

5.3. Napięcie standardowe procesu 170

5.4. Ogólna charakterystyka napięcia w rzeczywistym module elektrolizera 177

5.4.1. Nadnapięcie aktywacyjne. Równanie Butlera-Volmera 178

5.4.2. Straty koncentracji 180

5.4.3. Straty omowe 181

5.5. Bilans substancji w elektrolizerze (polimerowym) 183

5.6. Bilans energii 194

5.7. Sprawność procesu elektrolizy 199

5.8. Elektrolizery alkaliczne 200

5.9. Elektrolizery fosforowe (z elektrolitem H3PO4) 204

5.10. Elektrolizery tlenkowe 205

5.10.1. Modele dyfuzji 205

5.10.2. Charakterystyka napięciowo-prądowa 212

5.10.3. Bilans energii i entropii 217

5.11. Koelektroliza 225

5.11.1. Charakterystyka napięciowo-prądowa 225

5.11.2. Bilans energii 231

5.12. Generatory wodoru 234

5.11.3. Sprawność koelektrolizy 234

Bibliografia do rozdziału piątego 242

Rozdział 6 246

Wybrane zagadnienia transportu i magazynowania wodoru 246

6.1. Transport rurociągowy 246

6.2. Magazynowanie 248

6.3. Termodynamiczne aspekty ładowania i wyładowania magazynów (zasobników) wodoru 256

6.4. Bezpieczeństwo 264

Bibliografia do rozdziału szóstego 265

Energetyczne wykorzystanie wodoru 268

Rozdział 7 268

7.1. Ogólna charakterystyka struktur technologicznych 268

7.2. Ogniwa paliwowe i ich charakterystyki 273

7.2.1. Ogólna charakterystyka ogniw paliwowych 273

7.2.2. Istota działania ogniwa paliwowego 275

7.2.3. Bilans energii dla ogniwa 277

7.2.4. Siła elektromotoryczna ogniwa 279

7.2.5. Ogólna charakterystyka strat potencjału w rzeczywistym ogniwie 284

7.2.6. Ogólna charakterystyka technologiczna stosowanych ogniw (instalacji) paliwowych 293

7.3. Instalacje energetyczne z ogniwami paliwowymi 310

7.3.1. Skojarzona produkcja elektryczności i ciepła 311

7.3.2. Integracja ogniwa paliwowego z turbiną gazową 319

7.4. Charakterystyki modułów pracujących w instalacjach wytwarzania i wykorzystania wodoru zintegrowanych z OZE 326

7.4.1. Analityczny opis promieniowania słonecznego 326

7.4.2. Charakterystyki ogniw fotowoltaicznych 337

7.4.3. Turbiny wiatrowe 351

7.4.4. Model baterii 354

7.4.5. Model zbiornika wodoru 356

7.4.6. Model sprężarki 357

7.5. Integracja układów elektrolitycznego wytwarzania wodoru z układami energii napędowej różnej postaci 358

7.5.1. Bezpośrednie połączenie paneli ogniw fotowoltaicznych i elektrolizerów 358

7.5.2. Układy zawierające wiele modułów 360

7.6. Spalanie wodoru w turbinach gazowych 361

7.6.1. Wprowadzenie 361

7.6.2. Analiza prostej wodorowej instalacji turbiny gazowej 362

7.6.3. Obiegi złożone 365

Bibliografia do rozdziału siódmego 366

Rozdział 8 374

Wybrane zagadnienia transportu 374