Tích trữ năng lượng (tiếp theo)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.83 MB, 42 trang )
408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1
/>
Bài giảng 11
1
Ch. 5: Tích trữ năng lượng
5.8. Giới thiệu về pin nhiên liệu
5.9. Bộ điện phân
5.10. Nhiệt động học của pin nhiên liệu
5.11. Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu
5.12. Đặc tính của pin nhiên liệu (lý tưởng và thực)
5.13. Các loại pin nhiên liệu
Bài giảng 11
2
Giới thiệu về pin nhiên liệu
Bài giảng 11
3
Giới thiệu về pin nhiên liệu
Quá trình tạo ra và lưu trữ điện năng từ các nguồn năng
lượng tái tạo, dùng pin nhiên liệu.
Bài giảng 11
4
Giới thiệu về pin nhiên liệu
Bài giảng 11
5
Ứng dụng của pin nhiên liệu
Bài giảng 11
6
Ứng dụng của pin nhiên liệu
Bài giảng 11
7
Ứng dụng của pin nhiên liệu
Daiamler B-Class
(2010)
GM
Equinox
Honda
FCX
Bài giảng 11
8
Ứng dụng của pin nhiên liệu
Nạp điện từ lưới
điện cố định
Xe điện
Pin nhiên liệu
Bài giảng 11
9
Ứng dụng của pin nhiên liệu
Nạp điện từ pin mặt trời
ngay lúc đang chạy
Xe điện lai
Pin nhiên liệu
Bộ quản lý
năng lượng
Bài giảng 11
10
Bộ điện phân
Dòng điện chạy cưỡng bức qua một chất điện ly có thể
được dùng để tách các phân tử nước thành khí hyđrô và
ôxy. Hiệu suất tổng có thể đến 85%.
Bài giảng 11
11
Bộ điện phân
Nước đã khử ion phân ly thành proton, điện tử, và ôxy.
Proton xuyên qua màng, và tái hợp với điện tử để tạo
thành khí hyđrô.
Bài giảng 11
12
Bộ điện phân
Bài giảng 11
13
Pin nhiên liệu
Màng mỏng cho phép ion dương đi qua, nhưng không cho
phép điện tử hay khí trung hòa.
Bài giảng 11
14
Hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu
Bài giảng 11
15
Hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu
Bài giảng 11
16
Hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu
Để tạo điện áp đủ lớn, có thể mắc nối tiếp các pin nhiên
liệu, và các đĩa tạo dòng chảy trong bộ pin nhiên liệu được
thiết kế để dẫn cả ôxy lẫn hyđrô.
Bài giảng 11
17
Hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu
Bài giảng 11
18
Nhiệt động học PNL: Enthalpy
Phản ứng toàn thể trong một pin nhiên liệu là phản ứng tỏa
nhiệt. Hai câu hỏi quan trọng: Có bao nhiêu năng lượng
được giải phóng và có bao nhiêu trong số đó có thể được
chuyển thành điện năng.
Ba đại lượng từ nhiệt động học: enthalpy, năng lượng tự
do, và entropy.
Định nghĩa enthalpy: Enthalpy là tổng nội năng U và tích số
của thể tích V và áp suất P.
Enthalpy H = U + PV
Bài giảng 11
19
Nhiệt động học PNL: Enthalpy
Khi xét đến pin nhiên liệu, ta quan tâm đến sự thay đổi hóa
năng, và những thay đổi này được diễn tả tốt nhất bằng sự
thay đổi enthalpy.
Khi xét enthalpy, ta giả thiết nhiệt độ là 25 °C và áp suất là
1 atm (nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, STP).
Một cách hiểu về enthalpy là nó là năng lượng cần thiết để
tạo thành chất đó từ các chất thành phần của nó.
Bài giảng 11
20
Nhiệt động học PNL: Enthalpy
Trong các phản ứng hóa học, sự khác biệt enthalpy của
sản phẩm và enthalpy của các chất phản ứng cho chúng ta
biết có bao nhiêu năng lượng được giải phóng hay hấp thụ
trong phản ứng.
Khi có ít enthalpy trong sản phẩm sau cùng hơn so với
trong các chất phản ứng, nhiệt được giải phóng – nghĩa là,
phản ứng tỏa nhiệt.
Ngược lại, nhiệt được hấp thụ và phản ứng được gọi là thu
nhiệt.
Bài giảng 11
21
Nhiệt động học PNL: Enthalpy
Khi sản phẩm là nước lỏng:
H 2 + 12 O2 → H 2O( l )
∆H = −285,8 kJ
Khi sản phẩm là hơi nước:
H 2 + 12 O2 → H 2O( g )
∆H = −241,8 kJ
Dấu trừ của độ thay đổi enthalpy trong các phản ứng trên
cho ta biết chúng là các phản ứng tỏa nhiệt; nghĩa là nhiệt
được sinh ra.
Sự khác biệt giữa enthalpy của nước lỏng và hơi nước là
44,0 kJ/mol.
Bài giảng 11
22
Nhiệt động học PNL: Enthalpy
Bài giảng 11
23
Ví dụ 4.8
Tìm nhiệt trị cao (HHV) của mêtan CH4 trong đơn vị kJ/mol
và kJ/kg khi nó bị ôxy hóa thành CO2 và H2O (lỏng).
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)
(–74,9)
2 × (0)
(–393,5)
2 × (–285,8)
∆H = [ ( − 393,5) + 2 × ( − 285,8) ] − [ ( − 74,9) + 2 × ( 0) ]
= −890,2 kJ/mol CH 4
890,2 kJ/mol
HHV =
× 1000 g/kg = 55.490 kJ/kg
16,043 g/mol
Bài giảng 11
24
Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu
Trong hệ thống phân cấp các dạng năng lượng, một số dạng “tốt
hơn” các dạng khác. Điện năng và cơ năng (sinh công) có chất
lượng cao nhất. Nhiệt năng có chất lượng thấp hơn nhiều, trong
đó nhiệt năng ở nhiệt độ thấp có giá trị thấp hơn nhiệt năng ở
nhiệt độ cao.
Hóa năng tốt hơn nhiệt năng, nhưng kém hơn điện năng và cơ
năng.
Khi có một nhiệt lượng Q (kJ) được lấy khỏi một bộ trữ nhiệt với
nhiệt độ T (°K) không đổi, sự hao hụt entropy ∆S từ bộ trữ được
định nghĩa là
Q
∆S =
T
Bài giảng 11
25
