Дипломдық жұмыс: Энергия көзі ретінде сутегі элементін пайдалану

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

      ҚАЗАҚ МЕМЛЕКЕТТІК ҚЫЗДАР ПЕДАГОГИКА ИНСТИТУТЫ

                                    ФИЗИКА КАФЕДРАСЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

 

 

Энергия көзі ретінде сутегі элементін пайдалану

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2009

Мазмұны

 

       Кіріспе……………………………………………………………………………………   

1. Сутегі энергетикасы………………………………………………………………. 

1.1. Таза сутегіні алудың жаңа технологиясы…………………………………

1.2. Сутегіні судан электролизсіз алу……………………………………………..

2. Сутегі элементі отынымен жүретін экологиялық таза автомобиль……………………………………………………………………………..

2.1.  Автомобиль- байлықтың көзі емес, қозғалыс құралдары………….

2.2. Сутегіні сақтау…………………………………………………………………………

2.3.  Autonomy  концепциясы бойынша  инфрақұрылымды 

        қайта құру……………………………………………………………………………….

3. Жел тербелісіне тәуелсіз орнықты режимде жұмыс істей-

        тін жел жылулық электр станцияның (ЖЖЭС) жобасы…………….

4     Сутекті авиация………………………………………………………………………..

4.1.  Жер бетіндегі қондырғылар……………………………………………………..

5. 5. Шет елдердегі «сутегі энергетикасының»   мәселелері………………

     5.1   Ресейдегі сутегі энергетикасы…………………………………………………..

       Қорытынды………………………………………………………………………………

       Қолданылған әдебиеттер…………………………………………………………..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

     Дипломдық жұмыс 5 бөлімнен, 4 суреттен тұрады және  5 әдебиет пайдаланылды.

     Дипломдық жұмыстың мақсаты: Энергия көзі ретінде сутегі элементін пайдалану. Бірінші тарауда сутегіні алудың жаңа технологиясы, екінші тарауда автомобильдердің сутегі  элементін отын ретінде қолданудың  пайдасы қарастырылған. Үшінші тарауда жел жылу электр станциясының жобасы келтірілген. Төртінші тарауда авиацияның криогендік отынға біртіндеп  ауысуы  және бесінші тарауда  шет елдердегі соның ішіндегі Ресейдегі  сутегі энергетикасының мәселелері анықталған.

     Қайнар сөздер: электролиз, резервуар, авиация, криоген, сутегі элементі, сутегі энергетикасы, жел жылулық электр станциясы, сутекті авиация. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе 

 

      Қазіргі кезде энергетика отыны мен экологиялық мәселелердің өзектілігі мен масштабының маңызы зор. Жақын арадағы он жылдықта энергия өндірісін органикалық отындар (көмір, мұнай, газ) арқылы дамыту мүмкін емес. Бұл оның қорының шектеулігі мен өндірістің басқа саласына қажеттілігі және қоршаған ортаны ластауына байланысты туындап отыр.

     Энергия көзінің ең перспективті, алдыңғы қатарлы түрі сұйық және газ тәрізді күйдегі сутегіні отын ретінде пайдалану. Отындарға қойылатын талаптардың барлығын сутегі қанағаттандырады.

     Жел жылу электр станциясының жобасы — жел электр станциясынан алынған  электр энергияны электролиз арқылы судан  сутегі мен оттегіге айырып,  осы элементтерді терең мұздату арқылы арнайы резервуарларда жинақтау мақсатында, яғни электр энергияны ұзақ уақыт бойы тұрақты өндіруге жеткілікті түрде сақтау мақсатында қолдануға негізделеді. Бұдан соң сутегі және оттегі арнайы камера-туннелді  жанарғыға сутегіні оттегімен қосып жағу үшін беріледі. Жану өнімдері асқын қызған су буы болып табылады. Осы  жағдайда сутегіден  жылу бөлінеді. 

       Адамзат дүние жүзілік экономиканы дамыту барысында орны үнемі толтырылып тұратын ресурстарды пайдалануға бірте-бірте көшуде.   

     Қазіргі уақытта өнеркәсіп автокөліктің отынын мұнайдан сутегіге ауыстыратын жаңа революцияны бастауда. Сутекті отындық элементтермен жүретін автомобильдердің пайда болуы энергетиканы өзгертетіндігі және қоршаған ортаның жағдайын адамдардың жеке қозғалғыштығына кедергі келтірмей жақсартатындығы анықталған.

    Табиғи  газбен жабдықталатын тұрғын үйлерді және бірлестіктерді  енді  сутегімен  жабдықтау жоспарлануда. Әйткенмен сутегіні  таратудың қажетті жүйесін қалай жасау керектігі жөніндегі пікірталастар жалғасқанымен, кейбір жерлерде сутегіні  тарату желілері бар екендігі қарастырылған.                                   

 

 

Сутегі энергетикасы

1. Құрамы.

 Сутегі энергетикасы келесідей негізгі бағыттардан тұрады:

      Метан  (NH₄) мен күкіртті (SH) сутектен тұратын табиғи газдардан және судың ыдырауы негізінде арзан сутегін алудың ірі ауқымды процесін және олардың    тиімді әдістерін жасау;

      Энергетикада, өндірісте, көлік коммуникацияларында   сутегіні қолдану, тасымалдау және сақтау технологиялары;

2. Қызметі, негізгі функционалдық көрсеткіштері.

      Сутекті технология тропосфераға оның ішінде атмосфераның жерге жақын қабаттарында улы  агенттерінің эмиссиясын азайтып,  қоршаған ортаның ластануының қарқынды өсуін тоқтатуға мүмкіндік береді. Метан мен күкіртті сутекті табиғи газдардан үлкен көлемді сутегін алғанда,  дәстүрлі әдістермен  салыстырғанда меншікті өнімділігі 100 есе артық плазмалық–мембраналық (жарғақшалық) технология қолданылуы мүмкін. 1м³ сутегіні алуға қажетті меншікті энергия шығындары  дәстүрлі технологиямен іске асырылғандағыдан 2-3 есе  (жуықтап 1кВт/сағ) кем болады. Сутегіні  судан өндіру Ресейде шығарылатын МФ-4СК катионда өткізгіш   мембрана базалы электролизерлердің жаңа типінде  сутегіні жоғары тазалықпен өндірудің меншікті энергия шығындары  дәстүрлі жүйелермен салыстырғанда 1,5- ке кем. Аппараттардың меншікті өнімділігі алдыңғы аппараттармен салыстырғанда 10 есе жоғары.

3. Қолдану аясы.

       Сутекті технология  жердегі көліктің  әртүрін, авиациялық сұйық сутекті күштік қондырғыларын, сутекті энергияны аккумуляциялаудың стационарлық энергия жүйелерін (жел, күн және басқа энергия қондырғылардың  түрлері) отынмен автономды қамтамасыз ету үшін қолданылады. Сутегіні  химияда, газ және мұнай химиясында, минерал тыңайтқыштарды өндіруде, биотехнологияда, металлургия мен  т.б. қолдану процестерді  дәстүрлі ұйымдастырудан бас тартуға, оның сапасын арттыруға және атмосфераны ластайтын негізгі зат қалдықтарын толықтай жоюдағы үнемділікті арттыруға мүмкіндік береді.

4. Сутегі энергетикасын таңдауға себеп не?

       Сутегі технологиясы   тыңайтқыш, метанол, сонымен бірге мұнай өңдеу процестерінде құнды реагент және шикізат есебінде ірі ауқымды, арзан сутегіні  алуға мүмкіндік береді. Шикізаттың ресурсы шексіз. Сутегі экологиялық таза энергия тасымалдаушы болып саналады,  оны энергетикада, өнеркәсіпте және көлікте қолдану қоршаған ортаның күйіне әсері мол, себебі экологиялық  таза энергия болып табылады.          

5. Даму тенденциясы және күйі.

        Қазіргі уақытта Ресейде плазмалы-мембраналық технологияның көмегімен табиғи күкіртті-сутекті газдан, метаннан сутегіні  алудың және қолданудың жаңа жоғары тиімді  технологияларын іске асыратын демонстрациялық қондырғылардың бірқатары жасалды. Бұл жағдайда катализаторлар мен  газ таратудың дәстүрлі сұйық жүйелері қатыспайды. Ол мембраналық аппараттардың қатысуымен іске асады. Әлемдегі жүйелерде осы стадияның орнына экологиялық тұрғыдан дұрыс емес, энергия шығыны (2-3 рет)   неғұрлым жоғары энергия шығынды және төменгі меншікті өнімді үлкен  термокатализдік процесс жүреді.

       Қазіргі уақытта «Курчатов институты» ГНЦ ауданында қуаты                       200 киловатт деңгейінде зерттеулер  аяқталуда және 1мегаватт  қуат деңгейінде  өнімділігі 10м³/сағ    тәжірибелік-өнеркәсіптік стадияға өту талап етілуде. Ұсынылатын технологияның әлемдік аналогтары жоқ, сондықтан  оған бірқатар шетелдік жетекші фирмалар қызығушылық танытуда. МФ-4СК катион өткізгіш мембрананың негізіндегі тиімділігі жоғары электролизерлер үшін НИОКР-дің  циклі аяқталды және ресейлік технологиямен  жоғары жетілдірілген  электролизерлерді жасау қолға алынды. Шетелдік жақсы үлгілердің деңгейі «Nafion» мембранасы базасында  50м³/сағ және бұл меншікті сипаттамалары бойынша жоғарыда көрсетілген негізгі параметрлерге жақын.

       Сол отандық мембрананы қолданып Ресейде сутегі-ауалы қоспаны қолданатын және пайдалы әсер коэффициенті  η=75%,  10-20 киловаттық электрохимиялық генераторлар жасалған, бұл жағдайда жүйелер тек таза суды эмитациялайды, қалдықтың токсинді компоненттері толығымен болмайды.   

      Көп нәрсе, әрине мемлекет басшыларының жүргізіп отырған саясатына тәуелді.  Ресейдің энергетикалық жүйесін дамыту стратегиясының мәселелері шешілетін жағдайда  негізгі күшті–энергетиканы  көмір өндіретін салаға қатысты құру керек пе, әлде энергоресурстарды үнемдеуге назар аударуымыз керек пе деген қызу пікірталастар туады. Ресей ғылым академиясында «Болашақтың энергиясы» атты форум өтті, шараны – Ресей ғылым академиясы, «Ресей ЕЭС-і»  РАҚ, ААБ «Газпром», Ресейдің кәсіпкерлері мен өнеркәсіпкерлерінің одағы, «Жаһандық энергия» қоры және басқа ірі  ғылыми-өндірістік компаниялар мен институттар ұйымдастырды. Форум – қатысушылардың жоғары деңгейін және талқылаудың жоғары деңгейін, қойылған мақсатқа жетудегі логикалықты-экономиканың орнықты дамуына ықпал етуді (ұсынылған баяндамаларға сай) көрсетті. «Сутегі энергетикасының даму перспективалары» жайында академик Геннадий Месяц баяндады.  Бізді Мюнхенде есігінде «Н₂О» деп жазылған автобуспен  алып жүргенде, бізге сутегі энергетикасы–қол жетерлік перспектива екендігі түсінікті болады. Академик Г.Месяц сутегі энергетикасын дамыту жөніндегі бағдарламаға басшылық етеді. Бұл салада Ресей ғалымдарында өте салиқалы еңбектер бар, онда электрохимия мен катализдің онсыз сутегі энергетикасын ойластыру ойға сыйымсыз болатын мектеп бар немесе тіптен фантастикалық жоба–гелий-3 отынын Айдағы термоядролық энергетикалық қондырғылар үшін отын алу қиял-ғажайып жоба.

       Академик Владимир Фортов сөзсіз оқымыстылардың тағы да осы  саланың жақын және алыс перспективаларын талдағаны өте керемет, бірақ бәрінен бұрын академиктер осы айтылған жақсы идеялардың жүзеге асырылғаны тіптен жақсы болар еді,- деді. «Әріптестерім осы мәселелердің  мемлекет басшыларының саяси еркіне байланысты екендігімен келіседі»,       — деп баса айтты академик  В.Фортов. Әрине форумның  барлық маңызды тақырыптары бос  қалмайтындығына сенімдіміз, себебі талқылауға «Ресей ЕЭС-і» РАО, «Газпром» және РСПП секілді басқада компаниялардың өкілдері қатысты. Форум қоғамға физика, химия, энергетикадағы жаңа идеяларды демонстрациялады. Және, бүгінгі таңда, форумда төрағалық еткен академик В.Фортовтың сөзі бойынша «ЕЭС Ресей» РАО экономикамен тығыз байланысты ғылымдарда 6 бағыт бойынша зерттеу жұмыстарын қаржыландыру туралы келісім бар. «Біз қазіргі  кезеңде керекті жұмыстармен айланысқандарға және ғылыммен айналысуға қызығушылық білдіретін ғалымдарға  материалдық қолдау көрсетуіміз қажет»,- деп «ЕЭС Ресей» РАО басшылығының төрағасының орынбасары іргелі зерттеулерді қолдау компаниясына қатысу жайында Леонид Гозман баса айтты. «Сондықтан іргелі зерттеулерге сыйлық  беріп   және перспективалы ұзақ мерзімді зерттеу жобаларына грант тағайындаймыз»,-деді.Форум аясында   ұйымдастырушысы «Ресей ЕЭС-і» РАО-сы болған, «Жаңа генерация»  сыйлығымен жас ғалымдарды 1-ші марапаттау салтанаты өтті.

      Академик Владимир Фортов айтып өткендей, келесі жылы сыйлықтың  өлшемі артады деген үміт бар. Форумда Ресей федерациясының   энергетикалық саясаты заңының  негіздерін де талқылады. Бұларды академик В.Фортовтың пікірі бойынша біздің нормативті-құқықтық базамыздың мәселелері болатындықтан тез арада шешуіміз керек. «Біздің заңнамамыз қарапайым. Бұл  бірінші мәселе болғандықтан әрине мемлекетімізге ұят»,- деп академик В.Фортов сөзін аяқтады.   

  

1.1 Таза сутегіні  алудың жаңа технологиясы

       Айдахо штатының  (АҚШ) инженерия және қоршаған ортаны зерттейтін Мемлекеттік зертханасы  Ceramatec американдық компаниясымен бірлесіп, судан жоғары температуралы электролиз арқылы сутегіні  алудың жаңа технологиясын жасауда. Осы  жұмыстарды жүргізу үшін 2,6 миллион доллар бөлінді, ал құрылғының коммерциялық пайдалы варианты 2017 жылы пайда болады деп күтілуде. Суды электролиздің көмегімен сутегі мен оттегіне жіктеу тәсілі бұрыннан белгілі. Алайда, бұл әдісті қолдану іс жүзінде  сутегіні  алуға қажетті электр энергиясының  шығындары оны отын ретінде қолданудың пайдасынан артық  болатындықтан тиімді емес. Американдық ғалымдар жобалап жатқан құрылғыға  жоғары температуралы гелийлі реакторларды  қолданбақ. Мұндай реакторлар газотурбиналы циклда пайдалы әсер коэффициенті жоғары электр энергияны өндіреді, сонымен қатар көп  мөлшердегі  жылу энергиясын өндірудің мүмкіндігін қамтамасыз етеді.

        Болашақ комплекстің  жұмыс істеу принципі мынадай. Электр тогын өткізгенде су молекулаларының сутегі және оттегіне бөлінуі іске асады. Температураны бұдан ары 1000 градус цельсиге дейін арттырғанда оттегі мембрана арқылы өтеді, ал резервуарда таза сутегі қалады. Зерттеушілер ұсынған негізгі жаңалық, мембрананың материалымен байланысты. Оны әзірлеу үшін оттегі мен сутегінің қайта рекомбинациясын болдырмайтын жұқа керамикалық пластикаларды қолдану жобалануда. Жаңа технология бұдан ары энергетикалық қолданыс үшін өнім ретіндегі салыстырмалы қымбат емес сутегіні  алуға мүмкіндік береді.

 

1.2 Сутегіні  судан электролизсіз алу  

      Әдеттегі электролизді  инженерлер сутекті көлікті қоректендіруге қажетті сутегінің өнеркәсіптік көлемдерін алудың тәсілі ретінде қарастырса, британдық компания Hydrogen Solar  фотоэлектрохимиялық әдіс неғұрлым пайдалы деп санайды. Tandem Cell компаниясы сутегіні өндіруге арнайы күн панельдерінің пакеті қолданылатын технологияны ойлап тапты. Олардың біріншісі – жартылай мөлдір, ол ультракүлгін және көгілдір сәулелерді жұтып, сонымен қатар метал оксидінің нанокристалдық қабатын қолданып, электрон-кемтік жұбын туғызады. Басқа сәулелер (жасыл, қызыл) одан ары екінші панельге өтеді. Екі панель де айрықша тәсілмен өткізгіштермен қосылған  және сонымен  бірге суды құраушыларға жіктейтін потенциалды туғызады. Бұл жағдайда жіктелу процесі екі панельдің арасына құйылған судың жұқа қабатында өтеді.

       Процестің пайдалы әсер коэффициентін  авторлар 8% деп бағалайды. Ауданы жобамен 65 шаршы сантиметр  Hydrogen Solar   зертханасында жұмыс жасайтын тәжірибелік құрылғы күніне сутегінің бірнеше килограмын  өңдейді. Ғалымдардың бағалауы бойынша жүйенің пайдалы әсер коэффициентін  10%-ке жеткізсек және гараж шатырын осындай панельдермен жапсақ, онда автомобильдің отын элементінде 17 мың километрлік жылдық жүрісіне жеткілікті сутегін өндіруге болады,  авторлардың есептеуі бойынша, судың дәстүрлі электролизі біраз қымбаттау, себебі оған энергияны өңдеудің екі стадиясы (екі түрлі жүйе) керек,  (қымбат күн панельдері, жел диірмендері, толқындық станция немесе атом энергиясы)  сәйкесінше  электролизге қажетті аппараттар өте үлкен көлемді және онда катализатор ретінде қолданылатын  платина мен палладий  қымбат метал  болып келеді.  

       Tandem Cell неғұрлым бәсекеге қабілетті техника болуы керек, әзірше шындығында, технологиялық зерттеу мен жетілдіруді қажет етеді. 

 

2. Сутегі элементі отынымен жүретін   экологиялық таза автомобиль

        1886 жылы Карл Бенц сарайдан өзі жасаған моторлы экипажын  шығарып,  өзгеріс дөңгелегін айналдырып жіберді. Автомобильдің пайда болуы өмір сүру үрдісінің түбірлі өзгеруіне және сол кезде күтпеген өзгерістерге әлемдік экономиканың түрленуіне әкелді. Жеке көліктерге  қол жеткізушілік  әлемді неғұрлым анық жасады және сол  қоғамның келбетін қалыптастырған өнеркәсіптік күрделі инфрақұрылымдарды туғызды.

      Қазіргі уақытта өнеркәсіп автокөліктің отынын  мұнайдан сутегіге  ауыстыратын жаңа революцияны бастауға дайын. Сутегі атомын протондар мен электрондарға ажыратып және электр двигателі   әрекетке келтіретін отындық элементтер атмосфераға су буынан басқа ештеңе бөлмейді. Автомобильдер тек таза болып қана қоймай, қауіпсіз, жайлы, мүмкін арзан да болады. Бұдан басқа жылу элементтеріндегі көлік сутегі элементі негізінде «жасыл» энергетикаға өтуді тездетеді. Бұл жағдайда энергияны қолдану, өндіру түбірлі өзгереді.                            

• Отын элементтерінде сутегінің химиялық энергиясының электр энергиясына түрленуі зиянды қалдықсыз іске асады. Сондықтан электромобильдер қоршаған ортаны ластамайды. Рульді басқару, тежелудің жинақы жүйелерінен үйлесе отырып жылулық элементтердің газдық технологиясы инженерлерге қоршаған ортаның күйін кең кузовтан  (мүмкін алмалы- салмалы) шассиді бөлуге мүмкіндік береді.
• Сутекті отындық элементтермен жүретін автомобильдердің пайда болуы энергетиканы өзгертеді және қоршаған ортаның жағдайын адамдардың жеке қозғалғыштығына кедергі келтірмей жақсартады.
• Тұйықталған шеңбер: отындық элементтері бар автомобильдер кеңінен таралу үшін оңай жеткізілетін сутегі керек. Инфрақұрылымға қажетті жағдайды жасау үшін,  жолдарда мұндай автомобильдер пайдаланатынсутегілі элементтері  жеткілікті мөлшерде  болуы қажет.  

       Қазіргі уақытта үлкен өзгерістерге қолайлы жағдай жасалған. Біріншіден, көміртекті іштен жану двигательдері қаншалықты жеткілікті, сенімді және үнемді болғанымен мүмкін шегіне дейін жетті. Конструкцияны үздіксіз жетілдіруге қарамастан, пайдалы әсер коэффициенті, яғни отындағы энергияны дөңгелектердің айналу жұмысына түрлендіру тиімділігі, қазіргі уақыттағы іштен жану двигательді автомобильдерінде 20-25%-тен аспайды. АҚШ-тың автомобильдік өнеркәсібі 1960 жылмен салыстырғанда жану түтіндеріндегі зиянды заттардың концентрациясын: көміртектерін 99%-ке, көміртегі оксидін (СО) 96%-ке, азот оксидін 95%-ке кемітті.   Бәрібір (СО₂) көміртегі газының қалдықтары Жер шарының климатының өзгерісіне әкелетіндіктен қауіп туғызады.

      Жаңа технологияларды қолданғанымызға қарамастан іштен жану двигательдерінің пайдалы әсер коэффициентінің 30% -тен  асу ықтималдығы аз, бәрібір  көміртегі газының қалдықтарынан құтылу қиын. Отындық элементтері бар   автомобильдерде пайдалы әсер коэффициенті  екі есе жоғары, яғни  ол екі есе аз энергия тұтынады. Жылу элементтерінің атмосфераға су буымен бірге  жылу бөлетіндігі маңызды. Соңында газтекті сутегіні табиғи газдан,  этил спиртінен,  судан (оны электролиздеу арқылы)  уақыт өте келе – энергияның жаңартылатын көздерін қолдану арқылы алуға болады. Сондықтан, Daimler Chrysler, Ford,  General Motors, Honda, PSA Peugeot-Citroen, Renault-Nissan және Toyota  автомобиль құрушы компаниялардың зор тобы сутегі элементімен жүретін  автомобильдерді жасауда жүйелі  жұмыстарды бастады.           

                   

2.1 Автомобиль – байлықтың көзі  емес, қозғалыс құралдары

      1960 жылы автомобиль иелері Жер тұрғындарының 4%-тен астамын құрады,  20 жылдан кейін планета тұрғындарының 9%-ін, ал қазір 12%-ін құрайды. Егер өсу қарқыны осылай  сақталса 2020 жылға қарай машиналар планетаның 15% тұрғындарында болады. Тұрғындардың саны 20 жыл ішінде қазіргі 6 миллиардтан 7,7 миллиардқа дейін өссе, автомобильдердің әлемдегі жалпы саны  700 миллионнан 1,1 миллиардқа өседі. Бұл өсу дамушы елдердегі орташа кластың қарқынды дамуымен және жеке автомобильді алуға тікелей тәуелді, жан басына шаққандағы орташа кірістің артуына да байланысты.

       Бүгінде әлемдік автопарктің төрттен үш бөлігі АҚШ-та, Еуропада және Жапонияда шоғырланған. Әйткенмен жуық арадағы 10 жылға келетін сатудың 60%-тен астамы болжамдарға қарағанда жаңа нарықтар: Қытай, Бразилия, Үндістан, Корея, Ресей, Мексика, Польша және Тайландқа келеді. Бұл қауіпсіз, үнемді  және экологиялық жағынан таза  болатын қымбат емес автомобильдерді жасауды қажет етеді.                                                                                                     

      Отындық элементтері бар  автомобильдер электрлік жүктемелі автомобильдер болып табылады. Әйткенмен двигатель энергияны  аккумуляторлық батареядан (электрохимиялық) емес, жылулық элементтер батареяларынан  алады. (1-сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-сурет. Жылулық элементтер батареялары.

 

      Электр тогы сутегі атомдарынан жылу элементінің мембранасы арқылы өткен электрондардың үзілуінен өндіріледі.  Пайда болған электр тогы дөңгелекті айналдыратын электрлік  двигательдерді әрекетке келтіреді. Сутегі атомының протондары бұдан соң оттегі  және электрондармен қосылып, нәтижесінде су (бу ретінде) пайда болады. Таза сутегіні қолданғанда отындық элементтері бар  автомобильдер  тіптен зиянды қалдықтарды бермейді.

      Көміртегі молекулаларын реформингтау немесе суды электролиздеу арқылы сутегіні алу энергияны қажет етеді. Және жылу элементтерінің үлкен пайдалы әсер коэффициенті  есебінен энергетикалық шығындар артығымен  өтелсе де,  бастапқыда әйтуір бір энергия қажет. Табиғи газды, мұнайлы немесе көмірлі электр станциялар  көміртегі газы мен басқа да «парникті» газдарды бөліп шығарады.  Атомдық электр станцияларда  (АЭС) бұл кемшіліктер кездеспейді.  Бәрінен бұрын электр энергиясын    сарқылмайтын энергия көздерінен-биомасса, гидроэлектростанциялар, күн, жел  және геотермалды қондырғыларды қолданып өндірген  дұрыс. Сутегіні  көліктің  отыны  ретінде қабылдап мұнайға деген тәуелділіктен құтылып, энергияның әртүрлі  басқа көздерін қолдануға көшу қажет.                                               

      Нақты төңкерістік моторлы экипаждың жасалуы рульді басқару, тежеу механикасын және газды алмастыратын электронды құрылғылармен жылу элементтерін интеграциялауды білдіреді. Бұл кеңістікті үнемдеуге мүмкіндік береді, себебі электрлік жүйелер,  механикалық жүйелерге  қарағанда жинақы және олардың жұмысын программалауға болады. Бұдан басқа дәстүрлі трансмиссияның болмауы автомобиль жасаушыларға жаңа конструкцияларды таңдауда үлкен еркіндік береді. General Motors компаниясы AUTOnomy концепциясын жасады және оны 2002 жылдың басында іске асырды. Hy-wire (hydrogen by-wire, яғни «электрлік жүйемен  басқарылатын сутекті») эксперименттік модель 2002 жылы қыркүйекте Париж автосалонында көрмеге ұсынылды. Электромобильдің негізі  скейтбордты еске түсіретін және онда жылу элементтері, сутегісі  бар баллон, жылу алмастырғыштар, электр двигательдердің жүріс механизмдері  және электроникасы бар, сонымен қатар тежеу және басқару жүйелері орналасқан аласа шасси еді.(2-сурет).

 

 

 

 

 

 

 

2-сурет. AUTOnomy концепциясы бойынша  аласа шасси.   

 

  Шассиді кузовпен қосу үшін электрлік ажыратқыш және бірнеше механикалық бекіткіштер қолданылады.  Алмалы-салмалы кузовтардың көмегімен машинаны өте  жайлы, жанұялық седан  автомобиліне немесе  минивэнге айналдыруға болады.

      Сутекті отынды элементтердегі автомобильдер  екі есе аз энергия пайдаланады, себебі олардың пайдалы әсер коэффициенті  іштен жану двигательді автомобильдерге қарағанда екі есе жоғары. 

     Басқару мотоциклінің   рулін еске түсіретін, X-Drive консолінің көмегімен іске асады. Оны оң немесе сол руль күйіне орналастырып автомобильге көлденең орнатуға болады. Сапасы өте жақсы жүру  механизмінің  бөліктері, Hywire моделінің басқарушылығы және орнықтылығы массалар центрінің  төменде орналасуы есебінен іске асады.

      Автомобиль конструкциясын жеңілдету (Autonomy концепциясы қамтамасыз етеді) автомобиль жасау өндірісіне  үлкен ықпал етеді. Детальдар типінің мөлшерін азайту және оларды үйлестіру  өнеркәсіптің үлкен көлемі есебінен шығындарды айтарлықтай төмендетуге әкеледі. Осылайша, кузовтардың әрқилылығына қарамастан шассидің үш  түрі болады:  жинақы, орташа және үлкен.  Отындық батарея  полимерлі электролиттен жасалған мембраналармен бөлінген жазық анод және катодтың бірдей элементтерінен құралады. Автомобильден қажет ететін қуатқа  сай, көп немесе аз осындай элементтерден  тұратын батареяны құрастыруға болады. Қазір әйткенмен бүгінгі отынды элементтерде қымбат полимер мембраналар қолданылғанымен, катализаторлар ретінде асыл металдар алынғанымен, катализаторларды арзандату мен  мембраналарды арзандатуда  белгілі бір жетістіктер бар.

 

2.2 Сутегіні  сақтау

        Жылу элементтеріндегі практикалық көлік коммуникацияларын жасаудың техникалық қиыншылықтары шешілген жоқ. Маңызды мәселелердің бірі – бір рет құйғандағы 500 километрге жететіндей сутегінің мөлшерін сақтаудың эффективті және қауіпсіз тәсілін жасау болып табылады. Жылу жүйесі -40⁰С-тан  +45⁰С  температуралар аралығында жұмыс істеп және 250000 километрден кем емес ресурсқа ие болуы қажет, бұл жағдайда отынды  құю бірнеше минутқа ғана созылуы керек. Сутегіні сақтаудың бірнеше тәсілі бар. Ол үш түрде болуы ықтимал: сығылған газ күйінде, сиретілген күйде және қатты дене түрінде. Барлық тәсілдер перспективалы, бірақ әрқайсысының өзінің техникалық қиындықтары бар.    Бәрінен бұрын, бастапқыда сығылған газды баллондар қолданылады, бірақ жоғары қысым әрине, қауіп туғызады. Бүгінде сығылған сутегі жүйелері 350 барға дейінгі қысымды  қолдануға мүмкіндік береді, бірақ автомобильдің  бір рет  сутегіні  құйғаннан кейін жүретін жолын арттыру үшін, жұмыстық  қысымды 700 барға дейін жеткізу керек. Қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін баллон  кем дегенде екі есе артық соққы қысымға төтеп беруі қажет. Қазіргі таңда баллондар көмірлі пластик сияқты өте қымбат материалдардан немесе өте ауыр материалдардан жасалады.  Сонымен қатар баллондар өте үлкен болғандықтан,  бұл олардың автомобильде орналастыруын  қиындатады. 

      Сутегіні  сонымен қатар сығылған  түрде сақтауға болады, бірақ оны сығу  температурасына дейін (-253⁰С) суыту  үшін үлкен энергия шығындары қажет. Бұнымен қоса, әр тәулік сайын сұйықтың 3-4%-і  қайнайды.

       Неғұрлым сәтті   шешім–сутегіні  қатты күйдегі жүйелерде тасымалдау. Метал  гидридтерін қолдану перспективалы болып табылады, онда сутегі губкадағы  су сияқты метал  құйманың престелген ұнтағының қуыстарында ұсталынды. Артықшылығы – жүйе конструкциясының қарапайымдығы, қауіпсіздіктің үлкен деңгейі және үлкен сыйымдылық. Әйткенмен, сутегіні гидридтен алу үшін 150⁰С-тан  300⁰С аралығындағы температура қажет.                      Энергияның пайдасыз шығындарын болдырмау үшін 80⁰С–қа  жуық температурада сутегіні  босатып алуды  игеруіміз керек. Әйткенмен осы саладағы зерттеу жаңадан  басталып жатса да,   қатты түрдегі жүйеде  сутегіні сақтау әдісі өте тартымды болып табылады.                                    

 

2.3 Autonomy концепциясы бойынша инфрақұрылымды қайта құру

       General Motors компаниясының Autonomy негізгі концепциясы бойынша автомобильдің функциональды жүйелерін скейтборд секілді аласа шассиға «жинақтау» болып табылады. Басқарудың жинақы электрондық жүйесі конструкторларға  салонды компановкалау еркіндігін береді. Алмалы–салмалы кузовты қолдану қиындықсыз жанұялық седанды минивэнге немесе өте жайлы автомобильге айналдырады.

       Электромобиль әлемдік энергетикаға зор ықпал көрсетуге қабілетті. Сутегімен қамтамасыз етудің жеткілікті дамыған жүйесі болмайынша,   отындық элементтері бар автомобильдердің үлкен мөлшерін эксплуатациялау мүмкін емес, бірақ ешкім жолдарда отындық элементтері бар  автомобильдердің көп мөлшері пайда болмайынша  қажетті инфрақұрылымды жасамайды. Отындық элементтері бар  автомобильдердің кеңінен таралуының маңызды шарты жеке және мемлекеттік секторлардағы жергілікті және жалпы ұлттық лидерлердің қолдауы. Қаржыландыру, сутегіні құю станцияларын жасауды белсенді ету, бірегей стандарттарды жасау секілді сұрақтарды шешу керек. Осындай инфрақұрылымды жасау жөніндегі ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарға  мемлекеттік қолдау қажет.

      Сонымен қатар   өндіріс те сутекті экономикаға өтуге ықпал етуі керек.  Істі алға  жылжыта алатын стратегияны General Mоtors компаниясы жасауда. Идея сутекті отын элементтері негізіндегі аралық қондырғыларды енгізуге негізделеді. Бұл нақты жағдайларда оларды практикалық эксплуатациялаудың тәжірибесін жинақтауға және оларды жасауға бөлінген жүздеген миллион долларларды компенсациялауға мүмкіндік береді.

      Жуық арадағы жылдарда   General Mоtors  энергияның негізгі көздері ретінде немесе үздіксіз қоректендірудің жоғары сенімді авариялық көздері ретінде қолдану үшін стационар  отындық элементтері бар  генераторлар сериясын ұсынбақшы. Жылдық айналымы 10 миллиард долларға   жобаланған бұл бизнес энергиямен қамтамасыз етуді тоқтатуға жол берілмейтін, атап айтқанда  мәліметтерді  өңдеу орталықтары, ауруханалар, үздіксіз циклді кәсіпорындар және телекоммуникация  компаниялары сияқты жүйелердің  тұтынушыларына бағытталған.

      Сутекті генераторлар қарбалас (час пик) уақыттарда энергияны  тұтынуды азайтып шығындарды кемітуге, энергияны қайтара желіге сату есебімен кіріс табуға мүмкіндік береді. General Mоtors-тың   осындай алғашқы өнімдерінің бірі – сутекті табиғи газдан, метаннан немесе бензиннен алуды қамтамасыз ететін өзінің реформинг-қондырғысы бар қуаты 75 киловатт генератор. Мұндай стационар энергетикалық құрылғыларды жасау үшін ешқандай түбірлі  техникалық жаңашылдық қажет емес.

      Сутекті сақтаудың қауіпсіз және сенімді әдістері қол жетерліктей болғанда, отынды қайта өңдеу және автомобильдерді сутекпен жабдықтау орындары пайда болады. Қазіргі АҚС- ды сутекті сол жерде алуға мүмкіндік беретін реформинг-қондырғымен  немесе  электролизерлермен толықтыруға болады. Отынды қайта өңдеудің артықшылығы, осы бағдарламаны іске асыруға қажетті инфрақұрылымның әлі жоқ екендігіне негізделеді. Бұл үшін жаңа ұзаққа созылған трубаларды салудың және АҚС-лардың бар жүйесін жоюдың қажеті жоқ. Мұнайдан сутекке көшуді  бастау  бұл ең оңтайлы тәсіл болып табылуы мүмкін. 

       Неғұрлым төңкерісті схема – қазіргі уақытта тұрғын үйлер және бірлестіктерді,  таратушы желіні қолдану арқылы газбен жабдықталатын үйді немесе жұмысты енді  сутекпен жабдықтау болып табылады. Табиғи газдан сутекті алып және оны тікелей көлік жабдықтарының бортында сақтауға болады. Сутекті алу үшін әдеттегі электр желісін, әсіресе тынышталған уақытта, мысалы түнде автомобиль гаражда тұрған кезде қолдансақ болады. Автомобильдерді энергиямен қамтамасыз ету инфроқұрылымының күрделенуіне байланысты  олардың әлемдік энергетикалық жүйедегі рөлі өзгеруі мүмкін. Көлік жабдықтарын,  тұрғын үйлерді және бірлестіктерді электр энергиясымен   қамтамасыз ету үшін қолдануға болады, себебі автомобильдердің басым бөлігі 90%-ке жуық  уақыт бос тұрады.  Егер, Калифорнияның автомобильдерінің тек 4%-і  отын элементтерімен қозғалса,  онда олар штаттың энергия желілері арқылы берілетін электр энергияларынан   көп энергия берер  еді. Сутекті экономиканы әлемдегі барлық энергиялық компаниялар зерттеуде. Жуық арадағы ғылым жөніндегі энергетика комитетінің қол астындағы комитетінің  келіссөздерінде АҚШ палатасының өкілдері Джеймс Уилейн (James P.Uihlein) Britsh Petroleum-нен табиғи газдан алынатын сутегінің өзіндік құны әдеттегі автомобиль отынының құнына жақындауы мүмкін. Бұдан басқа, жылу элементтеріндегі күштік   қондырғылардың өте жоғары пайдалы әсер коэффициентіне қатысты электромобильдің километрлік жүрісінің құны әдеттегі жанар-жағармаймен жүретін автомобильден айтарлықтай аз. Уйлейннің сөзі бойынша сутегінің қымбаттығы оны жеткізу мен таратуға кететін шығындардың көптігімен түсіндіріледі.

      Энергетикалық қатынаста сутегінің килограмы жобамен мұнайлы отынының галонына эквивалентті. Сутегінің килограмының бастапқы шикізатқа, алу әдістері және таратуға тәуелді құны бензин немесе дизелді жанармай галонының құнынан 4-6 есе көп. Бірақ оңтайландырылған отындық элементтері бар автомобильдердің пайдалы әсер коэффициенті  іштен жану двигателі бар автомобильдің пайдалы әсер коэффициентінен         2 есе артық болатындықтан, сутегі килограмымен жүріс әдеттегі отын галонымен салыстырғанда екі есе артық болады. Осылайша сутегі килограмының бөлшектік бағасы бензиннің екі галонының құнынан артық болса эканомикалық тиімді болады. Сутегіні  сақтау, отынды өңдеу және электролиздеу технологияларын жетілдіруге сай, сонымен қатар сутегіне деген сұранысты арттырғанда, оның бағасы түседі. Жуық арадағы зерттеулер қазіргі заманғы технологиялардың қажет етілетін деңгейінен  30 %-ке  артық болатын деңгейге дейін сутегінің бағасын түсіруге мүмкіндік беретінін көрсетті.

      Әзірше, тек сутекті автомобильді қолдау үшін инфрақұрылымды жасаудың мүмкін варианттары қарастырылуда. Бірақ біз, ол керек болған кезде, оның дамуы 100 жыл бұрын бензинді автомобильмен болғандағыдай қарқынды өтеді деп айта аламыз. Кәсіпкерлер әрқашан жаңа мүмкіншіліктерді жібермеуге дайын. Әйткенмен сутекті таратудың қажетті жүйесін қалай жасау керектігі жөніндегі пікірталастар жалғасқанымен, кейбір жерлерде сутегіні  тарату желілері бар екендігін айта кетуіміз керек. Олардың ішіндегі елеулісі–Мексикан бұғазындағы американдық және Нидерландағы Роттердамның маңындағы европалық желілер. Қолда бар инфрақұрылымдар жылына негізінен табиғи газды реформингтау арқылы 540 миллиард кубометр сутегіні  өндіреді. Энергетикалық қатынаста бұл мөлшер жылдың 140 миллион  тонна мұнайға баламалы, бұл көліктің бүгінгі қажеттіліктерінің 10 %-ін құрайды. 

 

3. Желдің тербелісіне тәуелсіз орнықты режимде жұмыс істейтін жел жылулық электр станциясының (ЖЖЭС) жобасы

       Дәстүрлі типтегі электр станциялардың барлығы тағайындалған қуатпен орнықты жұмыс істейді. Жылу электр станцияларында бұған бу генераторының көлеміне қазба отындардың бірін (көмір, мазут, табиғи газ) шақтап беру арқылы қол жеткіземіз. Гидроэлектр станциясының жұмысының орнықтылығы турбиналарға су қоймадағы жинақталған көлемді қолданып жоғарғы бьефтен суды шақтап (дозировка) беру арқылы іске асырылады. Сәйкесінше, атом электр станциялары (олардың реакторлары) уран стержендері (таяқшалары) бөлетін ядролық энергияның орнықтылығын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Көріп отырғанымыздай, барлық жағдайда энергия  бөлетін көздердің асқын қоры болады. Жел энергиясын қолданған жағдайда, көбінесе электр энергиясын аккумуляциялау үшін токтың аккумуляторларын қолданады.

       Осыған байланысты, жел электр станциялары өндіретін электр энергияны шектен тыс жүктемелерді қамтамасыз ету үшін және электр энергиясын тасымалдау желілеріне жел электр станциясын қосып отынды үнемдеу үшін қолданады.  Біз жел электр станциясының орнықты режимдегі тәуелсіз жұмысының мүмкін варианттарының бірін ұсынамыз (3-сурет). Оның мағынасы  жел электр станциясынан алынған  электр энергияны судың электролизі арқылы оны сутегі мен оттегіне айырып,  осы элементтерді терең мұздату арқылы (сұйық күйге дейін) арнайы бөлектенген резервуарларда айтарлықтай мөлшерлерде жинақтау мақсатында, яғни электр энергияны ұзақ уақыт бойы (1-2 немесе одан да көп айлар бойы) тұрақты өндіруге жеткілікті түрде сақтау мақсатында қолдануға негізделеді. Бұдан соң сутегі және оттегі арнайы камера-туннелді горелкада сутегіні оттегімен қосып жағу үшін беріледі. Жану өнімдері асқын қызған су буы (температурасы 2000К) болып табылады. Осы  жағдайда 1 грамм сутегіден 28750ккал/кг немесе 120175 Дж жылу бөлінеді. Бұл жоба қуаты 5МВт болатын  жел жылулық электр станциясына (ЖЖЭС) есептелген. Бұл секундына үздіксіз 40 грамм сутегіні жағу (120175*40г=4 807000, яғни жуықтап 5мВт) дегенді білдіреді.

      Суды электролиздеуге қажетті энергияны қуаты 6-7МВт болатын станция өндіреді. Желдің 7-8 м/с орташа жылдамдығында қуаты осындай жел электр станциясын (ЖЭС) ұйымдастыру үшін 36-40 гектар ауданға орналастырылған «Бидарье» типті 90 жел электр қондырғысы  (ЖЭҚ)  қажет болады. Әйткенмен карусель  типті жел турбиналарының артықшылықтарының бірі олардың жұмысының жел бағытының өзгерісіне тәуелсіз болуы. Сондықтан жел электр станциясының (ЖЭС) есептеуін желдің орташа тәуліктік, орташа айлық және орташа жылдық жылдамдығына негіздеп жүргізеді. Жел жылдамдығының өзгерісіне байланысты  өндірілетін электр энергияның мөлшері де  өзгеретін болады. Әрбір агрегаттың өзінің электр генераторына жұмыс істеп, ол өндіретін энергия кабель  арқылы аккумуляциялаушы станцияға берілетіндігін есте ұстау керек. Жел турбиналарының  орнықсыз  өндірген электр энергиясының  аккумуляциясы трансформаторлық подстанцияның, электролизерлердің және криогендік техниканың тұрақты  жұмыс істеуі үшін қажет. Біздің пікірімізше, сутегі мен оттегінің үлкен концентрациясы және олардың  қажетті қорын сақтау  үшін салыстырмалы кішігірім сфералық резервуарларды  (Дьюар ыдыстары) қолдану керек. Бұл жұмыста біз ұсынылған жобаның техника-экономикалық негіздемесін (ТЭН) жүргізген жоқпыз. Ол  технологиялық сипаттағы жеке,  дара жұмыс. Бұл жобада барлық негізгі бөліктері стандартты, тек сутегі мен   оттегіні сақтайтын сфералы резервуарлар, сонымен қатар оттық пен бу генераторы  ғана стандартты емес. 5 мегаваттық жылу электр станциясын жасау  үшін секундына 5 килограмнан астам  турбинаға бу шығыны қажетті, ол бу пайда болуымен қатар тек 40грамм  Н₂ және 160грамм О₂  жанады, яғни

сутегіні оттегіде  жаққанда біз 200 грамм жоғары температуралы газ (2200С) аламыз, жетпей тұрған 5 килограмм буды оттыққа  суды  бүрку  арқылы (жіңішке түтіктің форсункалары арқылы) аламыз. Нәтижесінде газдың жалпы температурасы 400-450С-ге дейін түседі және турбинаның алдындағы қысым 30 атм-ға дейін көтеріледі. 

      Бұл жоба толық аяқталмаған,  дәл қазір  іске асыру мүмкіндігі де азырақ, әйткенмен оның перспективалығы және жаңашылдығы толықтай біздің назар аударуымызды қажет етеді. 

      Мұнай бағасының салыстырмалы түрде арзандығы  энергияның альтернативті көздерін жасау жұмысын тежеуде. Бірақ жұмыс тоқтап қалған жоқ. Мұнайдың алғашқы «алмастырушысы» синтетикалық отын болады. Немістер соғыс кезінің өзінде төменгі сортты көмірден танктерге жасанды отын алуды үйренді. Жуық арада сутекті отын дәуірі туады. Жапондық әріптестерде  бір мезгілде суды электролиздеу арқылы сутекті отынды өндіре алатын жел энергетикасының техника-экономикалық аспектілерін қарастыруда. Осы әдістің көмегімен қатты жел тұрған кезде электр энергиясын көбірек өндіруге болады.  Мұндай байланыс электр тогын күшті жел болғанда «қайта өңдеу» мәселесін шешуге мүмкіндік береді. Электр тогының артық мөлшерін  қорға жинақтау экономикалық және техникалық жағынан қиын. Ал электролизге жіберіп, оттегіден сутегіні айыруға әбден болады.  Осы айтылғанның  барлығы теңіз суының тасу және қайту кезіндегі  энергияны өндіруге де келіседі. Тек Коль бұғазы және Охот теңізінің жағалауларындағы  судың көтерілуі  электр станциялардың 100 гигаватт энергиясын береді. Ресейде   өндірілетін және қолданылатын энергиясының жалпы мөлшері судың көтерілуіне байланысты энергияның потенциалды ресурсына тең  екенін ешкім білмейді. Мезен станциясы 20000 мегаваттқа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              5мВТ                          Өңделген бу

                  Электр генераторы

 

                      Бу турбинасы                        

                                                                       Қыздырғыш

 

                                                                     Бу генераторы

3-сурет. Жел жылу электр станциясының схемасы.

дейін, Пенжиндік- 20-дан 90 мың мегаваттқа дейін энергия беруі мүмкін. Ал 2 мегаваттың өзі Поляр шеңберіндегі поселкаларды жылытуға және жарықтандыруға жеткілікті.      

 

4. Сутекті авиация

      Қазіргі кезде самолет, двигатель, аэропорттардың саны өте көп, сондықтан отынды алмастыру қымбат және ұзақ процесс болып көрінуі мүмкін. Осы дипломдық жұмыста авиацияның криогендік отынға біртіндеп ауысуының негізгі идеялары қысқаша келтірілген.  

      Отындарға қойылған талаптардың барлығын сутегі қанағаттандырады. Қоршаған ортаны сутегі ластамайды. Керосиннің жану жылуынан сутегінің массалық  жану жылуы жобамен 2,8 есе артық. Оның толық жануының жоғарылығы двигательдердің тиімділігін арттырады, отынның меншікті шығынын азайтады, двигательдердің массасы мен өлшемін азайтады.

      Авиациялық отын ретінде сутегінің артықшылықтары төмендегідей:

H₂ – оңай буланады және жану камерасының барлық көлеміне тезарада тарайды, сондықтан двигатель тез іске қосылады.  

      Сутегі мен ауаның қоспасының шекарада тұтануы мен аздаған энергиясы әртүрлі биіктікте және әртүрлі температурада двигательдің тез арада іске қосылуына ықпалын тигізеді.

      Сутегі жанған кезде сәулелену қабілеті төмен жалын береді және ешбір күйесіз жанады, ол двигательдің ресурсын және біртектілігін арттыруға мүмкіншілік береді. Сутегінің коррозиялық активтілігі аз.    H₂   отынымен іске қосылатын двигательдер қоршаған ортаны ластамайды. Керосинмен салыстырғанда сутегінің жылуды жұту қабілеттілігі 30 есе жоғары, сондықтан оны двигательдің элементтері мен ұщу аппараттарының суыту жүйелерінде қолданады. Турбинаны суыту тиімділігін жоғарылату турбинаның алдындағы температураны және компрессордағы қысымның дәрежесін көтеруге мүмкіндік береді. Бұл жанар майдың меншікті шығымын (15-20%) едәуір төмендетуге және двигательдің меншікті тарту күшін арттыруға әкеледі. H₂ жанар майдың жоғары кинетикалық қасиеттері: қосылыстың тез арада пайда болуы, жоғары жиілікті тербелістерге орнықтылығы. Ұшатын аппараттардың массасының кішкентайлылығы қанатқа түсетін кернеуді азайтуға және қанаттың өлшемін кішірейтуге мүмкіндік туғызады. Осы қасиеттері аэропорттың маңындағы  шуды азайтады. H₂    отынымен жұмыс істейтіндіктен шығатын жердегі температура өрісі бірқалыпты таралатын компактілі жану камерасын жасауға мүмкіншілік бар. Газдардың жылу сиымдылығы жоғары болғандықтан, кіре берістегі температура төмен болады.

     H₂  отынымен жұмыс істейтін ұшатын аппараттың ұшу сапасы Мах=6 жағдайда оптимизациялауға бағытталады. Неғұрлым самолеттің жылдамдығы жоғары, массасы үлкен болса, соғұрлым сутегі отынына көшкен дұрыс.  H₂–ні авиациялық отын ретінде пайдаланудың көптеген мәселелері оның тығыздығының өте аз (63-70 кг/м³) және қайнау температурасының төмендігімен (20К) байланысты. Самолеттің бактары салыстырмалы түрде үлкен, сондықтан артық булануды болдырмас үшін бактың бетінің көлеміне қатынасының мәні аз болатындай конфигурациялы болуы қажет, сонымен қатар қосымша изоляциялық массасы да аз болғаны жөн. Кейбір конструкциялық материалдар H₂    отынын пайдаланғанда осал, морт сынғыш болып келеді.

     Авиацияның біртіндеп криогендік отынға көшуін қарастырайық. Ол үш кезеңнен тұрады.

1. Тек қана бірнеше аэропорттарда сутегіні құюдың (заправка) криогендік жүйесі бар. Қазіргі кезде қарапайым ұшу аппараты мен екі отынды пайдаланатын ұшу аппараттары қолданылады. Екі отынды пайдаланатын ұшу аппараттарында криогендік бак орнатылған. Сутегінің тығыздығы өте аз болғандықтан қажетті бактің көлемі 4,3 есе артық, сутегінің қажетті массасы, керосиннің массасынан 2,8 есе кем. Осындай отынның мөлшерін ұшу аппаратының  ұзыны бойы салонның астына орналастыруға болады. Әрине бакты салонның ішіне орналастыруға да болады, онда жолаушылардың орындық саны азайып, соған байланысты билеттің бағасы қымбаттайды. Екі отынды пайдаланатын ұшу аппаратында керосинді немесе сутегіні де қолдануға болады. Оларды пайдаланудың екі себебі бар:

а) Аэропортта міндетті түрде криогендік жүйелердің болуы талап етілмейді. б) Криогендік инфраструктураның дамуын жандандырады.

2. Ірі аэропорттардың криогендік жүйелері бар. Жолаушылардың 50% сутегімен жүретін самолеттармен тасымалданады. Ұшу аппараттарының ішінде екі түрлі отынды пайдаланатын аппараттар кең тараған. Гипердыбысты әрі криогенді ұшу аппараттарының пайда болуына байланысты керосинді пайдаланатын ұшу аппараттары ығыстырылуда. Қазіргі аппараттар сутегіні пайдалануға проектіленген (жобаланған). Көтеру күшінің басым көпшілігі фюзеляждың көмегімен өндіріледі. Ұшу аппаратының ұзын бойымен қанатшалар созылып биіктік рулімен аяқталады. Криогендік бак фюзеляждың бойымен орналасқан. Оның екі жағында жолаушылар салоны бар. Фюзеляж қанатқа жалғасқан жерде екі ГТД орналасқан. Самолеттің артқы бөлігінде немесе қанаттарының астында гипердыбысты сырттан жану двигателі бар. ГТД жылдамдығы 1,5-2М (Мax=v/a) тең болатын ұшу-қону кезінде қолданылады. Негізгі- ұшу 18 км биіктікте 6-12М жылдамдықта сырттан жану двигательдерінің көмегімен жүргізіледі. ГТД-ға кіретін және шығатын тесікшелері бұл кезде аэродинамикалық қалқанмен жабылады.

     Конструкциясын азғана өзгертіп, ракетаның двигателін орнатса, ұшу аппаратын орбитаға шығаруға болады. Оның ГТД-сы жоқ. Оның орнына сұйық оттегісі бар бактарды орналастырған. Сол сияқты ілініп тұратын бактарды да пайдалануға болады. Реактивті двигательдердің көмегімен ұшу аппараты кез келген аэропорттан ұша алады. Фюзеляж бен қанаттың көтеру күшін пайдаланып, ол 2 Мах-қа дейін үдей қозғалады. Әрі қарай сырттан жану авиация двигателі іске қосылады (ол атмосферадағы оттегіні пайдаланады). Ұшу аппараты мүмкін болған максимал биіктік пен жылдамдыққа ие болған соң, қайтадан ракетаның двигателі іске қосылады. 

3. Барлық аэропорттарда криогендік жүйе бар. Екі түрлі отынмен жүретін ұшу аппараттары криогендік ұшу аппараттарымен ығыстырылуда.

 

4.1 Жер бетіндегі қондырғылар

      Сутегі инфраструктурасының дамуы да үш кезеңнен тұрады:

1) Аэропорттың территориясында сұйық сутегіні сақтайтын орын (қойма) тұрғызылады. Жақын орналасқан LH₂ заводтардан сутегі теміржол транспортымен жеткізіледі. Ол завод тәрізді сутегіні өзі өндіреді, немесе трубопровод (құбыр) арқылы келеді. Ұшу аппараттарына сутегіні құю криогендік құбыр арқылы немесе автоцистерна арқылы жүзеге асады. Бұл обектілердің бәрі бар, қазіргі кезде табысты пайдалануда.

     2) Мұхиттың жағасына газ тәрізді сутегіні өндіретін ядролық заводтар тұрғызылады. Сутегіге арналған магистральдық құбырлар салынады немесе бар құбырлар модернизацияланады. Сөйтіп бірыңғай сутегі индустриясы пайда болады. Электр энергиясын тасымалдағаннан да, энергияны сутегі түрінде беру арзанға түседі. Яғни сутегіні қалалық электр станциясына ескірген ГТД-ның базасында  немесе жылу электр станциясына пайдалануға болады. Бұл үлкен қалалардың экологиясын едәуір жақсартады.

    Табиғи газбен салыстырғанда газ тәрізді сутегіні тасымалдау қауіпсіз, себебі сутегі ағып кетсе, тезарада жеңіл болғандықтан жоғары көтеріліп, атмосфераға таралады, ал табиғи газ қопарылыс қоспасын түзіп жер бетіне шөгеді. Сутегі индустриясы еліміздің экономикасы мен энергетикасына мұнайдың бағасы мен кризистерінен тәуелсіз етеді. Кез келген мемлекет мұхиттың суын пайдаланып, сутегіні өндіруге алады. Үлкен аэропорттардың     H₂  сутегіні өндіретін өздерінің меншікті заводтары болады. Ол газ тәрізді шикізатты құбыр арқылы алады. Сутегінің бір бөлігі меншікті заводтары жоқ жақын орналасқан аэропорттарға тасымалданады. Ал сутегінің қалған бөлігі аэропорт пен қаланы электр энергиясымен қамтамасыз ету үшін пайдаланады.  

    3) Барлық аэропорттардың Н₂ алатын меншікті заводы бар. Ірі аэропорттар орбитаға жүктерді жіберіп және қабылдап отырады.

       Криогендік двигательдердің төрт түрін қарастырайық.

     1) Екі түрлі отынмен жұмыс істейтін двигательдер қолданылып жүрген двигательдердің негізінде жасалынады. Ол: сутегі құятын бактан, насостан, сутегінің магистралі мен клапандарынан, сутегі магистралін гелийді үрлеп тазартатын жүйеден, реттегіш жүйеден, универсал насостан, буландырғыш және форсункадан тұрады. Осы жүйе универсал болғандықтан гипердыбысты двигательді қоса алғанда келесі дәуірдің криогендік двигателінде пайдалануы мүмкін. Жүйенің негізгі бөлігі – кез келген двигательмен бірге жұмыс істейтін универсал турбонасос. Сутегі турбонасостың көмегімен буландырғышқа беріледі. Сутегі буланады, қызады содан кейін турбонасостың турбинасы қозғалысқа келтіріледі. Сутегі жану камерасындағы форсункаға беріледі. Буландырғыш двигательдің турбинасының артында немесе гипердыбысты лайнердің қаптамасының астында болуы мүмкін. Сутегі форсункасы мен буландырғышты қондыру арқылы двигатель қайта түзіледі.  

     2) Криогендік газ трубинасының двигательдері:

 Бұл двигательдер кәдімгі газ турбинасының бір түрі. Сутегіні пайдалану үшін жасалған. Айырмашылығы: криогендік двигательдердің жану камерасы едәуір кішірек, турбинаның ресурсы  үлкен, компрессордағы қысымның көтерілу дәрежесі жоғары. Сутегінің жүйесі екі түрлі отынды пайдаланатын жүйеге ұқсас. Криогендік газ турбинасының двигательдері аралық двигатель ретінде (ұшу-қону) дыбыс жылдамдығына дейінгі жылдамдықпен қозғалатын самолеттерде, сол сияқты гипердыбысты лайнерлерде қолданылады.

     3) Гипердыбысты сырттан жану двигательдері. Қарастырылып өткен двигательдермен отынды беру жүйесі ғана ұқсас, ал басқасы тіпті бөлек қондырғы. Бұл двигательдің қозғалатын бөліктері (компрессор, трубина) болмайды. Двигательдің ағын бөлігін ұшу аппаратының корпусы атқарады. Отын тікелей ұшу аппаратының бетіне беріледі, онда ауаның жоғары температурасының әсерінен өздігінен тұтанады.

     4) Ракетаның двигательдері.

     Олар сутегі мен оттегіні криогендік бактардан алу арқылы жұмыс істейді.      Өздеріңіз байқап отырғандай криогендік авияцияға біртіндеп көшу энергетикалық  жүйелерді қамтуда. Бұл экологиялық жағдайды жақсартады, жаңа жұмыс орындары пайда болады, ұшудың уақытын азайтып, бағасын арзандатады. Космос корабльдерін ұшыру мүмкіндігі жеңілдейді және арзандайды. Сутегі отынына толық көшуге бірнеше жылдар қажет, бірақ қазір біртіндеп көшуге  қажетті барлық техникалық құралдар бар. Қалғаны аэропорттың маңына криогендік қоймаларды және самолеттерді сутегі жүйесімен  қамтамасыз ету.

 

5. Шет елдердегі «сутегі энергетикасының» мәселелері

      Адамзат дүние жүзілік экономиканы дамыту барысында орны үнемі толтырылып тұратын ресурстарды пайдалануға бірте-бірте көшуде. Атап айтқанда, сутегі энергетикасын дамыту үшін сутегімен тұтынушыларды қамтамасыздандыратын тиімді және үнемді инфраструктураны құру мәселесін шешу болып табылады.

      Алдыңғы қатарлы елдерде сутегі энергетикасын дамыту интенсивті түрде жүргізілуде, мысалы, АҚШ-тағы осындай жұмыстар 1-3 миллиард доллар көлемінде қаржыландыруда [5]. Шын мәнінде отын ретінде көп мөлшерде сутегіні пайдалану үшін, арзан энергия көздерін меңгеріп, сонымен қатар жаңа әдістерді қолдану арқылы оны негізінен судан (электролиз әдісі арқылы) алу қажет. Америкада ХХ ғасырдың 80 жылдардан бастап сұйық сутегі коммерциялық өнім болып есептеледі. Сұйық сутегіні кең ауқымды өндіру мен пайдалану АҚШ-та космостық бағдарламалардан (ракетаны тасымалдаушы «Сатурн», «Апполон» бағдарламасы) басталып,  ал одан кейін металлургия, шыныны балқыту, химиялық синтез, майларды өңдеу сияқты коммерциялық мақсатта жалғасты. Әрі қарай сұйық сутегіні космостық челноктардың ұшуын қамтамасыз ету үшін, электрондық компоненталарды өндіруде және металлургияда пайдаланды. 1997 жылы «Эйр Продактс» фирмасы Жаңа Орлеанда қуаты 70т/тәулік, Пэйсте-30т/тәулік, Сарния (Канада) — 30т/тәулік және Сокраментода – 6т/тәулік болатын заводтарды салып, оны іске қосқан. «Проксэйр» фирмасының Шығыс Чикагода қуаты 30т/тәулікте, Онтариода 29т/тәулікте және т.б. заводтары бар. Солтүстік Америкадағы заводтардың өнімділігі 284т/тәулік (≈124 000 т/жылына), олардың 15% − ракета-космос техникасына (РКТ),  37%- химия өнеркәсібіне, 21%-металлургияға, 16%-электроникаға, 4%-шыны өнеркәсібіне пайдаланылады. Батыс Европадағы «Эр Ликид» фирмасы өнімділігі                   10,5 т/тәулік Вазьеде,  Француздың «Линде фирмасы 4,4т/тәулік  Ингольштадта, ал «Эйр Продатс» 5,4т/тәулік Розенбургте қондырғыларын іске қосқан. Европада негізінен сұйық сутегіні сұйық ракета двигательдерін (ЖРД) сынағанда, ал соңғы кезде автомобиль транспортында, сол сияқты шала өткізгіштер өндірістерінде пайдалануда. Бұған қосымша «Эйр Ликид» фирмасы өнімділігі 2,1т/тәулігінде  қондырғысын «Ариан» космостық бағдарламасы үшін салып, іске қосты. Жапониядағы Амегасакиде өнімділігі 1,25т/тәулігінде («Ивантаки Инфрастриал ГЭС») және Октада («Пасприн Хайдроджен») қуаты 1,75т/тәулік қондырғылары жұмыс істеуде. Жапония негізінен сутегіні ракета космостық техника (РКТ)  үшін қолданады.          

 

5.1.   Ресейдегі сутегі энергетикасы

      СССР-да ГИАП, «Криогенмаш», «Гелиймаш», «Уралкриомаш», Б. Патон атындағы дәнекерлеу институтында 1960 жылдың басында ғылыми-зерттеу, тәжірибелік-конструкциялық пен  өндірістік базалары болды және негізінен РКТ (ракета космостық техника) бағдарламасын сұйық сутегімен қамтамасыздандыратын инфраструктуралар құрылған [5]. Өнімділігі 180кг/сағ. сутегіні сұйылтатын қондырғы жоғарғы қысымдағы (15МПа) дроссельдік суытқыш циклы 3 деңгейлі алдын-ала суытқыштан (сұйық аммиак, сұйық азот, вакуумда қайнайтын азот)  тұрады. Шикізат ретінде

электролиздік сутегі алынды. Қондырғыны жетілдіру арқылы сұйық сутегінің өнімділігі 500кг/сағ. жеткізілген.

     Криогендік қондырғының инфраструктурасына сұйық сутегімен тұтынушыларды қамтамасыз ету, оны сақтау және құю жүйелері жатады. «Криогенмаштың» көптеген мекемелермен СССР ҒА-ның институттарымен РКТ үшін жасаған құрылысы ЖРД, агрегат, ракетаның сатылары т.б. арналған сутегі комплексі, Байқоңырдағы «Криогендік орталық» «Энергия Буран» жүйесінің барлық жұмыстар циклін қамтамасыз етеді. «Центрдің» сутегі, оттегі және азотты құю жүйелері осы мақсатқа арнайы жаслған жұмыстың қысымы 1МПа жоғары сапалы экрандық-вакуумды изоляциясы бар, сиымдылығы 1400 м³  шар резервуарларынан тұрады. Ондағы газдың тәуліктегі азаюы 0,033-0,130 %, осы көрсеткіші бойынша дүние жүзіндегі өте  жақсы резервуар болып есептеледі. Осындай шешім, сақтау орнының резервуардың санын азайтып, жүйенің құнын арзандатты және беріктілігін арттырды бактарға құятын сұйық сутегі мен оттегіге қойылатын негізгі талаптар қоршаған ортаның қысымында қайнау температурасынан төменгі мәнде суыту, ракетаның стартқа дайындық алдындағы температурасын тұрақтандыру. Ракета комплексіне 16-17К-ге (-257⁰− -258⁰С) дейін суытылған сұйық сутегіні құю өте күрделі және қажетті жұмыс. Сұйық сутегінің температурасын тұрақтандыру дүние жүзілік тәжірибеде алғаш рет еліміздің мамандарымен шешілді. Атмосфералық ауамен ластанбау үшін, сутегі ағынын ракетаға құю процесі кезінде суыту жүзеге асырылды.

      4-суретте сиымдылығы 372т сұйық сутегіні сақтайтын 4 шар резервуар; әрқайсысының сиымдылығы 200м³  екі суытқыш ванна; сутегінің суынуын қамтамасыз ететін эжектор; термостат режимінде жұмыс істегенде сутегінің циркуляциясын тудыратын ағындық насос; жылу алмасу қондырғысы; резервуардағы булануды үрлегіш; гелий циркуляциясының контуры; көрсетілген схема жүйені суытудың суытқыш өнімділігі 1000кВт, температурасы 17К сутегіні термостатқа қосқандағы өнімділігі 730 кВт болған.

                                                      4                                                       7

                                 2      3             5        

1                                                                                              

                                                                                     6

                                                 10                 9                                      

       11                                                         

                                                                        8

 

 

 

 

4-сурет. «Энергия» ракета тасымалдаушысын суытылған сутегімен температурасын тұрақтандыру және құю жүйесінің  схемасы.

 

 

1- резервуар

2,6- эжекторлар

3,4- жылу алмасу қондырғысы

5- гелий циркуляциясының контуры

7- ракетаның  багы

8- суытқыш ванналар

9- ағындық насос

10- жылу алмасу қондырғысы

11- резервуардағы булануды үрлегіш

     Жүйелердің  жұмысшы элементтерінің технологиялық процестерін және қауіпсіздігін зерттеумен бірге «Криогенмаш» жаңа криогендік құралдарды дамытып, жасап шығарды. Жоғары технологиялық сападағы тиімді құралдың конструктивтік және технологиялық шешімі табылды. Сиымдылығы 8, 25, 63, 75м³ вертикаль типті (РЦВ), сиымдылығы 50, 100, 230, 250м³ гаризонталь типті (РЦГ), және сиымдылығы 1400м³ сфералық типті сутегі, оттегі, азот және аргонды әртүрлі технологиялық режимде сақтайтын криогендік резервуарларды негізгі жетістіктер деп санауға болады. Жаңа материалдарды ( полиэтилентерефталатты пленка екі жағынан алюминиймен қапталған және шайбалары шыны талшықтарынан жасалған), жаңа конструкциялық насостарды, жаңа адсорбенттерді (СаЕ-4В, СаН және көмір талшықтарын) пайдалану арқылы аз буланатын криоөнімдер және оларды ұзақ сақтау мәселесі шешілді. Сонымен қатар ұзындығы 1000м магистраль жүйесін салуға мүмкіндік туды. Қаптамаға салынған ыдыстардың тәуелсіз тірекке бекітілуі резервуарды дайындағанда металдың аз жұмсалуына себеп болды. Сапасы жоғары болаттарды 03Х20Н16АГ6 және 07Х13Н4АГ20 пайдалану сұйықты  ығыстырып шығару қысымын реттеуге мүмкіндік берді.

       Болашақта криогендік құралдарды дамытудың перспективті бағыты сұйықтарды айдайтын турбонасостар мен буды соратын турбокомпрес- сорларды  жасап шығару. Аэродромдық комплексті   сутегімен қамтамасыз ету үшін, болашақта ірі криогендік резервуарларды дайындау қажеттілігі туады. Тұтынушыларды сұйық сутегімен қамтамасыз ету үшін көлік цистерналарын дайындау мәселесі туындайды. Осы уақытқа дейін көлік құралдары болып теміржол цистерналары (ЖВЦ) ( V=1000м³ , Р=0,6МПа, тәулігіне 1,2% сутегі буланады) есептелген. Цистерналар 500 000км қашықтыққа тасымалданғандықтан, ЖВЦ-100 цистерналары өздерінің ресурстарын тауысты, сондықтан көп жылдан бері жинақталған тәжірибелерді пайдаланып олардың жаңа түрін ойлап табу керек.

     Осы күнге дейінгі криогендік құралдар мен жүйелер сұйық сутегіні тұтынушы − ракета-космостық өндірістің мұқтаждығын қанағаттандырып келді. Болашақта «Сутегі энергетикасын» дамыту сутегіні сұйылту, сақтау және оны көлікпен тасу жоғары тиімділікті және сенімді криогенді жүйелер мен құралдардың жаңа түрін жасап шығаруды қажет етеді. Ол үшін өнімділігі 3т/сағ. болатын сутегіні сұйылту заводтары және сиымдылығы 4000м³   бірлік резервуарлар керек болады.

 

 

Қорытынды

     Бұл дипломдық жұмысты қорытындылай келе энергия көзі ретінде сұйық және газ тәрізді  сутегіні пайдалану перспективасы тартымды.       Шикізаттың ресурсы шексіз.  Сонымен қатар сутегі жанған кезде сәулелену қабілеті төмен жалын береді және ешбір күйесіз жанады. Сутегінің коррозиялық активтілігі аз және сутегі отынымен іске қосылатын двигательдер қоршаған ортаны ластамайды.

     Табиғи газбен салыстырғанда газ тәрізді сутегіні тасымалдау қауіпсіз, себебі сутегі ағып кетсе, жеңіл болғандықтан тез арада жоғары көтеріліп, атмосфераға таралады, ал табиғи газ қопарылыс қоспасын түзіп жер бетіне шөгеді. Сутегі экологиялық таза энергия тасымалдаушы болып саналады,  оны энергетикада, өнеркәсіпте және көлікте қолдану қоршаған ортаның күйіне әсері мол, себебі экологиялық  таза энергия болып табылады.          

     Алдыңғы қатарлы елдерде сутегі энергетикасын дамыту интенсивті түрде жүргізілуде.

       Сутегіні көліктің отыны ретінде қабылдап мұнайға деген тәуелділіктен құтылып, энергияның әртүрлі басқа көздерін қолдануға көшу қажет.    Болашақта «Сутегі энергетикасын» дамыту, сутегіні сұйылту, сақтау және оны көлікпен тасу жоғары тиімділікті және сенімді криогенді жүйелер мен құралдардың жаңа түрін жасап шығаруды қажет етеді. Сутегі энергетикасын дамыту үшін сутегімен тұтынушыларды қамтамасыз ететін тиімді және үнемді инфраструктураны құру мәселесін шешу болып табылады.

       Сутекті отынды элементтердегі автомобильдер  екі есе аз энергия пайдаланады, себебі олардың пайдалы әсер коэффициенті  іштен жану двигательді автомобильдерге қарағанда екі есе жоғары. Көміртегі іштен жану двигательдері қаншалықты жеткілікті, сенімді және үнемді болғанымен шегіне дейін жетті.  Сондықтан сутегі энергетикасына көшудің болашағы өте зор. 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер

1. Домашенко А.М., Горбатский Ю.В. Жидкий водород в проблеме «Водородная энергетика». //Энергия: экономика, техника, экология. № 2006. С.13-19.//
2. Лоуренс Бернс (Lawrence D.Burns) Аккумулятор Новостей.

      // News.Battery.Ru.//  

3. 3. Жарков С.В. С водородной энергетикой по пути.  // Энергия: экономика,                            

       техника, экология.  №3. 2006. С.35-38.//                       

4. Кондратьев К.Я., Крапивин Ф.В. Современные состояние и перспективы        

       развития мировой энергетики. // Энергия: экономика, техника,  экология.                        

№2. 2006. С. 17-23.//

 5    Иейндлин А.И.  Некоторые проблемы энергетики. // Энергия: экономика, 

       техника,  экология.  №8. 2005. С. 2-11.//                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Физика-информатика мамандығының 4-курс студенті                                Дуаева Динараның  «Энергия көзі  ретінде сутегі элементін пайдалану»

атты дипломдық жұмысына

Рецензия

 

     Дипломдық жұмыс кіріспеден, бес  тараудан және қорытындыдан тұрады.   Бірінші тарауда таза сутегіні алу және оны  энергетикада, өндірісте, көлік коммуникацияларында қолдану технологиялары қарастырылған.                                                                       

      Екінші тарауда сутегі элементі отынымен жүретін экологиялық таза автомобильдердің пайда болуы және сутегіні сақтау тәсілдері келтірілген. Сутегі энергетикасын қолданатын автомобильдер іштен жану двигательді автомобильдерге қарағанда екі есе аз энергия пайдаланатындығы дәлелденген.      

     Үшінші тарауда студент Д.Дуаева өзінің ғылыми жетекшісімен бірге жел жылу электр станциясының (ЖЖЭС) жобасын ұсынған. Жел электр станциясынан алынған электр энергияны  электролиз арқылы судан сутегі мен оттегіге айырып, арнайы резервуарларда сақтайды. Бұдан соң жел жоқ кезде камера-тунельді горелкада сутегіні оттегімен қосып жағу арқылы энергиямен тұтынушылар қамтамасыз етіледі. Бұл жоба электролиз арқылы экологиялық таза сутегі энергетикасымен қамтамасыздандыруға мүмкіндік  береді.  Ұсынылып отырған жел жылу электр станциясының орнықты режимдегі тәуелсіз жұмысы жүзеге асырылса халық шаруашылығына тигізетін пайдасы үлкен болмақ. Осы бағыттағы жұмысты болашақта да жалғастыру қажет. 

      Төртінші тарауда студент Д.Дуаева  авиацияның криогендік отынға біртіндеп ауысуының негізгі идеяларын келтірген. Криогендік авиацияға біртіндеп көшу экологиялық жағдайды жақсартады, жаңа жұмыс орындары пайда болады, ұшудың уақытын азайтып, бағасын арзандатады.

      Бесінші тарауда шет елдердегі, соның ішінде Ресейдегі сутегі энергетикасының мәселелері анықталған. 

     Студент Д.Дуаеваның дипломдық жұмысының тақырыбы актуальді, себебі органикалық отындар ресурстарының (көмір, мұнай, газ)  шектеулігіне және олардың қоршаған ортаны ластауына байланысты сутегі энергетикасына көшудің болашағы зор. Дипломдық жұмыс жатық тілмен, түсінікті жазылған. 

        Физика-информатика мамандығының 4-курс студенті Дуаева Динараның «Энергетика көзі ретінде сутегі элементін пайдалану» атты дипломдық жұмысын «өте жақсы» деп бағалаймын.

 

 

Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-нің

Жылу физикасы

кафедрасының доценті                                                                Ғ.К . Төлеуов

  Физика-информатика мамандығының 4-курс студенті                                 Д.Дуаеваның «Энергия көзі  ретінде сутегі элементін пайдалану» атты

дипломдық жұмысына

 

П І К І Р

 

        Д.Дуаева дипломдық жұмысында  «Энергия көзі ретінде сутегі элементін пайдалану»  мәселелерін зерттейді.   

       Студент Д.Дуаева сутегі элементін энергия көзі ретінде пайдаланудың мағынасын түсініп, жақсы меңгерген. Ол сутегіні алу технологиясының  екі түрлі әдісін: электролиз әдісін және  фотоэлектрохимиялық әдісін қарастырды. Сутегіні сақтаудың бірнеше тәсілдерін келтірді.   Сутегі элементін өндірісте, энергетикада және көлік коммуникацияларында, авиациада т.б.   қолдануды көрсетеді.  Студент  Д.Дуаева   жел тербелісіне тәуелсіз орнықты режимде жұмыс істейтін жел жылулық электр станциясының (ЖЖЭС) жобасын келтірген.  

   Сонымен қатар авиацияның криогендік отынға біртіндеп ауысуын және сутегі инфраструктурасының даму кезеңдерін қарастырды. Шет елдердегі, соның ішінде Ресейдегі сутегі энергетикасының мәселелерін көрсетті.                       

      Д.Дуаева алдына қойған мақсатын табысты орындап шықты. Дипломдық жұмысты орындау барысында Д.Дуаева еңбекқорлығымен көзге түсті, тәжірибелік, теориялық  материалдарды өз бетімен оқып меңгерді,   әдебиеттерге шолу жасады.  Жұмыс сызбалармен, суреттермен көркемделген. 

   Студент Д.Дуаеваның «Энергия көзі  ретінде сутегі элементін пайдалану»

атты дипломдық жұмысын «5»-ке бағалаймын.

 

Ғылыми жетекшісі

Ф.- м.ғ.д.,проф.                                                              А.Қ. Ершина