›
›

Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 5: Pin nhiên liệu - Trần Công Binh

pdf 50 trang ngocly 860
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 5: Pin nhiên liệu - Trần Công Binh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_nang_luong_tai_tao_chuong_5_pin_nhien_lieu_tran_co.pdf

Nội dung text: Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 5: Pin nhiên liệu - Trần Công Binh

  1. NLTT Trần Công Binh ĐH BÁCH KHOA TP.HCM Bài giảng: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Giảng viên: ThS. Trần Công Binh 5/2014 0 C5: PIN NHIÊN LIỆU 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 Năng lượng tái tạo 1 ĐH Bách Khoa TP.HCM 1
  2. NLTT Trần Công Binh 1. Giới thiệu pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 2 1. Giới thiệu pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 3 ĐH Bách Khoa TP.HCM 2
  3. NLTT Trần Công Binh 1. Giới thiệu pin nhiên liệu – Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu Bộ điện Bộ tích Pin nhiên Nguồn điện Tải phân trữ khí liệu Năng lượng tái tạo 4 1. Giới thiệu pin nhiên liệu – Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 5 ĐH Bách Khoa TP.HCM 3
  4. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser Năng lượng tái tạo 6 2. Bộ điện phân – Electrolyser Năng lượng tái tạo 7 ĐH Bách Khoa TP.HCM 4
  5. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser – Bộ điện phân – Electrolyser Membrane Électrolyte solide - + H2O Cathode Anode Năng lượng tái tạo 8 2. Bộ điện phân – Electrolyser e- H O H e- Năng lượng tái tạo 9 ĐH Bách Khoa TP.HCM 5
  6. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser e- H O H e- Năng lượng tái tạo 10 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2- H O H Năng lượng tái tạo 11 ĐH Bách Khoa TP.HCM 6
  7. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser H H 2- O Năng lượng tái tạo 12 2. Bộ điện phân – Electrolyser Membrane Électrolyte solide - + H H2 H E H O + 2e- O2- + H 2 2 2- O H O H O 2 H Cathode Anode Năng lượng tái tạo 13 ĐH Bách Khoa TP.HCM 7
  8. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser Membrane Électrolyte solide - + O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - O 2 - Cathode Anode Năng lượng tái tạo 14 2. Bộ điện phân – Electrolyser 2- O 2- O Năng lượng tái tạo 15 ĐH Bách Khoa TP.HCM 8
  9. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser - e - O e O e- e- Năng lượng tái tạo 16 2. Bộ điện phân – Electrolyser - e e- e- e- O O Năng lượng tái tạo 17 ĐH Bách Khoa TP.HCM 9
  10. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser O O Năng lượng tái tạo 18 2. Bộ điện phân – Electrolyser O O Năng lượng tái tạo 19 ĐH Bách Khoa TP.HCM 10
  11. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser Électrolyte solide - + O O E O 2 2- O 2- - 2 O O2 + 4e 2- O Cathode Anode Năng lượng tái tạo 20 2. Bộ điện phân – Electrolyser Membrane Électrolyte solide - + H2 E ½ O2 - 2- 2- - H2O + 2e O + H2 O ½ O2 + 2e O2- H2O Cathode Anode Năng lượng tái tạo 21 ĐH Bách Khoa TP.HCM 11
  12. NLTT Trần Công Binh 2. Bộ điện phân – Electrolyser Năng lượng tái tạo 22 2. Bộ điện phân – Electrolyser Năng lượng tái tạo 23 ĐH Bách Khoa TP.HCM 12
  13. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu Bộ điện Bộ tích Pin nhiên Nguồn điện Tải phân trữ khí liệu Năng lượng tái tạo 24 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Hoạt động của Pin nhiên liệu 4H 4e O 2H O H2 2H 2e 2 2 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 Năng lượng tái tạo 25 ĐH Bách Khoa TP.HCM 13
  14. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 26 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 27 ĐH Bách Khoa TP.HCM 14
  15. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 28 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 29 ĐH Bách Khoa TP.HCM 15
  16. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 30 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 31 ĐH Bách Khoa TP.HCM 16
  17. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 32 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 33 ĐH Bách Khoa TP.HCM 17
  18. NLTT Trần Công Binh 3. Pin nhiên liệu – Fuel cell Pin nhiên liệu – PEMFC Er = 1.23 V Năng lượng tái tạo 34 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 35 ĐH Bách Khoa TP.HCM 18
  19. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 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) Năng lượng tái tạo 36 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Bộ điện phân – Electrolyser Năng lượng tái tạo 37 ĐH Bách Khoa TP.HCM 19
  20. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Pin nhiên liệu – Fuel cell Năng lượng tái tạo 38 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 39 ĐH Bách Khoa TP.HCM 20
  21. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu – H2 /O2 H2 /không khí Năng lượng tái tạo 40 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 41 ĐH Bách Khoa TP.HCM 21
  22. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Năng lượng tái tạo 42 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu tại GPL Năng lượng tái tạo 43 ĐH Bách Khoa TP.HCM 22
  23. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Năng lượng tái tạo 44 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Thí nghiệm Pin nhiện liệu Năng lượng tái tạo 45 ĐH Bách Khoa TP.HCM 23
  24. NLTT Trần Công Binh 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Sinh viên làm LVTN dùng Bộ điện phân Năng lượng tái tạo 46 4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu Mô hình mạch nạp cho bộ điện phân. Năng lượng tái tạo 47 ĐH Bách Khoa TP.HCM 24
  25. NLTT Trần Công Binh 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 48 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Surveillance Robotics Năng lượng tái tạo 49 ĐH Bách Khoa TP.HCM 25
  26. NLTT Trần Công Binh 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Daiamler B-Class (2010) Honda FCX GM Equinox Năng lượng tái tạo 50 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Sạc điện từ lưới điện cố định Xe điện Pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 51 ĐH Bách Khoa TP.HCM 26
  27. NLTT Trần Công Binh 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 Năng lượng tái tạo 52 5. Ứng dụng pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 53 ĐH Bách Khoa TP.HCM 27
  28. NLTT Trần Công Binh 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 Năng lượng tái tạo 54 Nguyên lý hoạt động Năng lượng tái tạo 55 ĐH Bách Khoa TP.HCM 28
  29. NLTT Trần Công Binh Nguyên lý hoạt động Năng lượng tái tạo 56 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) Năng lượng tái tạo 57 ĐH Bách Khoa TP.HCM 29
  30. NLTT Trần Công Binh Enthalpy Năng lượng tái tạo 58 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 Năng lượng tái tạo 59 ĐH Bách Khoa TP.HCM 30
  31. NLTT Trần Công Binh Enthalpy Ví dụ 4.8: Tìm HHV của phản ứng oxy hóa khí Metan CH4 tạo thành CO2 và nước (ở thể lỏng) theo kJ/mol, kJ/kg và kJ/lit CH4? Năng lượng tái tạo 60 Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu Entropy: (T: nhiệt độ tuyệt đối, oK) Enthalpy: lượng năng lượng cung cấp cho phản ứng. Entropy: (thường) gia tăng khi có phản ứng. Năng lượng tái tạo 61 ĐH Bách Khoa TP.HCM 31
  32. NLTT Trần Công Binh Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 62 Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu Hoạt động của Pin nhiên liệu 4H 4e O 2H O H2 2H 2e 2 2 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 Năng lượng tái tạo 63 ĐH Bách Khoa TP.HCM 32
  33. NLTT Trần Công Binh Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu S = S (chất phản ứng) – S (chất tạo thành) Q  T. S Qmin = T. S 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) (>T. S) S = (0,186) + 2x(0,205) - (0,213) - 2x(0,0699) = 0,2432 kJ/K/mol (khí CH4) Qmin=T. S=(273,15+25)*0,2432 =72,51 kJ/mol khí CH4 max = 1- Qmin/ | H| = 1 - 72,51 / 890,2 =91,85% Năng lượng tái tạo 64 Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu Ví dụ 4.9: Nhiệt lượng phát sinh tối thiểu từ phản ứng: Giả sử một pin nhiên liệu hoạt động ở 25oC (298K) và 1 atm tạo thành nước: a) Tìm nhiệt lượng Qmin phát sinh từ phản ứng cho mỗi mol H2? b) Tìm hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu? max = 1- Qmin/ H = 1 - 48,5 / 258,8 =83% Năng lượng tái tạo 65 ĐH Bách Khoa TP.HCM 33
  34. NLTT Trần Công Binh Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu Free energry: Hiệu suất: Ví dụ 4.10: Tìm hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu PEM (Proton-Exchange-Membrane) oxy hóa hydro theo HHV, và theo Gibbs Free Energy? Năng lượng tái tạo 66 Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu G = G (chất tạo thành) - G (chất phản ứng) 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% Năng lượng tái tạo 67 ĐH Bách Khoa TP.HCM 34
  35. NLTT Trần Công Binh Pin nhiên liệu lý tưởng Năng lượng điện sinh ra: We = | G| • q = điện tích 1 electron = 1,602 .10-19 Cuolombs • N = hằng số Avogadro = 6,022 .1023 phân tử/mol • V = thể tích một mol khí lý tưởng ở STP =22,4-l/mol • n = lưu lượng khí cấp cho pin nhiên liệu (mol/s) • I = dòng điện 1 (A) = 1 Coulombs/s • Vr = điện áp lý tưởng qua 2 cực pin nhiên liệu (V) • P = công suất pin nhiên liệu phát ra (W) • ne = số electron tạo ra dòng điện từ mỗi phân tử Năng lượng tái tạo 68 Pin nhiên liệu lý tưởng (A) (W) Ví dụ : 1 tế bào pin nhiên liệu lý thuyết dùng khí CH4, hoạt động ở điều kiện tiêu chuẩn, nước tạo ra ở thể lỏng. a) Tính khối lượng CH4 cần cung cấp cho pin nhiên liệu lý tưởng để tạo ra 1kWh điện? b) Nếu lưu lượng tiêu thụ CH4 là 1-lit/phút, tính dòng điện và công suất lý thuyết? c) Tính lại câu b nếu 10% lượng khí CH4 thất thoát? Năng lượng tái tạo 69 ĐH Bách Khoa TP.HCM 35
  36. NLTT Trần Công Binh Pin nhiên liệu lý tưởng Điện áp lý thuyết của 1 tế bào pin nhiên liệu (EMFmax): Năng lượng tái tạo 70 Pin nhiên liệu lý tưởng H2 (khí) + 1/2 O2 (khí) H2O (lỏng) Năng lượng tái tạo 71 ĐH Bách Khoa TP.HCM 36
  37. NLTT Trần Công Binh Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế Năng lượng tái tạo 72 Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 2 Đặc tuyến của 1 tế bào pin nhiên liệu H2. Chú ý A tính theo cm . Năng lượng tái tạo 73 ĐH Bách Khoa TP.HCM 37
  38. NLTT Trần Công Binh 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 và diện tích màng lọc của mỗi tế bào? Biết pin nhiên liệu có đặc tuyến như hình 4.29: V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A Năng lượng tái tạo 74 Các loại pin nhiên liệu 1. Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) – Pin nhiên liệu trao đổi hạt nhân qua màn lọc 2. Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) – Pin nhiên 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 Năng lượng tái tạo 75 ĐH Bách Khoa TP.HCM 38
  39. NLTT Trần Công Binh Các loại pin nhiên liệu Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) Eff ≈ 45% Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) Năng lượng tái tạo 76 Các loại pin nhiên liệu Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) Alkaline Fuel Cells (AFC) Năng lượng tái tạo 77 ĐH Bách Khoa TP.HCM 39
  40. NLTT Trần Công Binh Các loại pin nhiên liệu Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) Năng lượng tái tạo 78 Các loại pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 79 ĐH Bách Khoa TP.HCM 40
  41. NLTT Trần Công Binh Các loại pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 80 Các loại pin nhiên liệu Năng lượng tái tạo 81 ĐH Bách Khoa TP.HCM 41
  42. NLTT Trần Công Binh Sản xuất hydrogen 1. Methane Steam Reforming (MSR) 2. Partial Oxidation (POX) 3. Gasification of Biomass, Coal, or Wastes 4. Electrolysis of Water Năng lượng tái tạo 82 Sản xuất hydrogen Methane Steam Reforming (MSR) Partial Oxidation (POX) Gasification of Biomass, Coal, or Wastes Electrolysis of Water Năng lượng tái tạo 83 ĐH Bách Khoa TP.HCM 42
  43. NLTT Trần Công Binh Sản xuất hydrogen Năng lượng tái tạo 84 Sản xuất hydrogen Năng lượng tái tạo 85 ĐH Bách Khoa TP.HCM 43
  44. NLTT Trần Công Binh Bài tập Năng lượng tái tạo 86 Bài tập Năng lượng tái tạo 87 ĐH Bách Khoa TP.HCM 44
  45. NLTT Trần Công Binh Bài tập Bài tập 1: Tính toán nhiệt lượng (kJ/mol, kJ/kg) và hiệu suất lý thuyết 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 thuyết 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 thuyết. Tính toán công suất của pin? d) Tính dòng điện của pin? Biết pin nhiên liệu chỉ gồm 1 tế bào. Năng lượng tái tạo 88 Bài tập Bài tập 3: Tính toán dòng điện và công suất cấp điện cho tải từ 1 tế bào pin nhiện liệu dùng khí o CH4? Biết pin tiêu thụ 10lit CH4 /giờ ở 1atm, 25 C). Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng ½ hiệu suất lý thuyết. Bài tập 4: Tính toán lưu lượng khí H2 cung cấp cho pin nhiện liệu dùng để phát điện cho tải bóng đèn 50W ở 1atm, 25oC). Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý thuyết. Khi đó tính dòng điện và điện áp trên bóng đèn. Biết pin nhiên liệu có 20 tế bào ghép nối tiếp. Năng lượng tái tạo 89 ĐH Bách Khoa TP.HCM 45
  46. NLTT Trần Công Binh Bài tập Bài tập 5: Tính toán khối lượng CH3OH cung cấp cho pin nhiện liệu để tạo ra 1kWh điện ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý thuyết. Bài tập 6: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 kg CH3OH cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết. Năng lượng tái tạo 90 Bài tập Bài tập 7: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 lit khí CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý thuyết. Bài tập 8: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 kg H2 hóa lỏng cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% hiệu suất lý thuyết. Năng lượng tái tạo 91 ĐH Bách Khoa TP.HCM 46
  47. NLTT Trần Công Binh Bài tập Bài tập 9: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 kg CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể khí. Giả sử hiệu suất của pin là 40%. Bài tập 10: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 lit CH3OH (lỏng) cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng là 50%. Biết khối lượng riêng của CH3OH là 792kg/m3. Năng lượng tái tạo 92 Bài tập Bài tập 11: Tế bào pin nhiên liệu dùng khí hydro, đang cung cấp cho tải 10W, điện áp 0,6V. Biết pin nhiên liệu có hiệu suất chuyển đổi khí hydro là 90%, có đặc tuyến: V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A a) Tính lưu lượng khí hydro cung cấp cho pin? b) Tính diện tích màng lọc của pin? c) Tính hiệu suất của pin? Biết nước tạo ra ở thể lỏng, pin làm việc ở STP. Năng lượng tái tạo 93 ĐH Bách Khoa TP.HCM 47
  48. NLTT Trần Công Binh Bài tập Bài tập 12: Bộ pin nhiện liệu loại 20 tế bào giống nhau, ghép nối tiếp dùng khí CH4? Biết bộ pin tiêu thụ 10lit CH4 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, o 25 C). Hiệu suất chuyển đổi khí là CH4 là 95%. Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng ½ hiệu suất lý tưởng. a) Tính công suất cấp cho tải? b) Tính dòng điện cấp cho tải? c) Tính điện áp cấp cho tải? d) Tính toán diện tích màng lọc của mỗi tế bào? Giả sử mật độ dòng điện của tế bào ở điểm làm việc này là 1A/cm2. Năng lượng tái tạo 94 Bài tập Bài tập 13: 1 tế bào pin nhiên liệu hydro phản ứng oxy tạo thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1 atm, 25 C). a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại? b) Biết hiệu suất thực bằng 50% hiệu suất lý thuyết, tính lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? Pin tiêu thụ 2 lít khí hydro /giờ: c) Tính dòng điện, công suất lý thuyết cực đại của pin? d) Giả sử hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý thuyết, khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn toàn, tính công suất và điện áp thực của pin? e) Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào là 0,45 A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin? Năng lượng tái tạo 95 ĐH Bách Khoa TP.HCM 48
  49. NLTT Trần Công Binh Bài tập Bài tập 14: 1 tế bào pin nhiên liệu methanol CH3OH tạo thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1atm, 25C). a) Tính HHV (kJ/mol, kJ/kg CH3OH) và hiệu suất lý thuyết cực đại của pin? b) Tính điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg methanol? Biết hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý thuyết. Biết khối lượng riêng CH3OH là 792kg/m3. Phản ứng phát 6 electron. Methanol chuyển đổi giải phóng được 90% electron: c) Pin tiêu thụ 4 lít methanol lỏng/giờ. Tính dòng điện và công suất cực đại theo lý thuyết của pin? Tính điện áp hở mạch của tế bào pin? d) Nếu hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất cực đại trên, tính dòng điện, công suất và điện áp của pin với 4 lit/giờ? Năng lượng tái tạo 96 Tài liệu tham khảo 1. Gilbert M. Masters, "Renewable and Efficient Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS, 2004. 2. Chris Rayment, Scott Sherwin, "Introduction to Fuel Cell Technology", Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, 2003. Năng lượng tái tạo 97 ĐH Bách Khoa TP.HCM 49
  50. NLTT Trần Công Binh Trần Công Binh GV ĐH Bách Khoa TP.HCM Phone: 0908 468 100 Email: tcbinh@hcmut.edu.vn binhtc@yahoo.com Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh TB 98 ĐH Bách Khoa TP.HCM 50