ebook Energetyka wodorowa Tadeusz Chmielniak, Tomasz Chmielniak

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2020

Pierwsze na polskim rynku studium poświęcone nowoczesnej i bardzo perspektywicznej technologii wykorzystania wodoru w XXI w.

Energetyka wodorowa obejmuje nowoczesną i pojemną gałąź technologii energetycznych, na którą składają się sposoby wytwarzania wodoru, jego magazynowania, transportu i konwersji do różnych postaci energii.

Książka znajdzie swoich Czytelników wśród słuchaczy studiów I, II i III stopnia oraz studiów podyplomowych na kierunkach związanych z ENERGETYKĄ, TRANSPORTEM, ELEKTROTECHNIKĄ czy INŻYNIERIĄ ŚRODOWISKA. Zainteresuje również inżynierów energetyków czy specjalistów OZE.

Spis treści ebooka Energetyka wodorowa

Przedmowa 9
Podziękowania 10
Wykaz używanych skrótów 11
Rozdział 1 13
Wprowadzenie 13
1.1. Ogólna charakterystyka scenariuszy zwiększenia roli wodoru w gospodarce 13
1.2. Produkcja i wykorzystanie wodoru. Główne zadania i możliwości rozwoju 17
1.3. Zakres opracowania 23
Bibliografia do rozdziału pierwszego 28
Rozdział 2 29
Podstawy termodynamiczne 29
2.1. Funkcje stanu 29
2.2. Prawo zachowania energii. Pierwsza zasada termodynamiki 30
2.3. Druga zasada termodynamiki. Generacja entropii 35
2.4. Połączenie pierwszej i drugiej zasady termodynamiki 38
2.5. Praca maksymalna 39
2.6. Metoda entropowa analizy technologii energetycznych 41
2.7. Potencjał chemiczny 48
2.8. Układy z reakcjami chemicznymi 52
2.9. Warunki równowagi 53
2.10. Uogólnione równanie fundamentalne 54
2.11. Reakcja standardowa 55
2.12. Reakcja tworzenia 57
2.13. Bilansowanie procesów spalania 58
2.14. Reakcje jonowe 63
Bibliografia do rozdziału drugiego 65
Rozdział 3 67
Wodór. Podstawowe właściwości 67
3.1. Izotopy i molekuły wodoru 67
3.2. Równanie stanu 69
3.3. Temperatura adiabatycznego spalania 73
3.4. Efekt Joule’a-Thomsona (J-T) 74
Bibliografia do rozdziału trzeciego 74
Rozdział 4 75
Wytwarzanie wodoru z paliw węglowodorowych 75
4.1. Technologie produkcji wodoru z paliw gazowych i ciekłych 76
4.1.1. Reforming parowy gazu ziemnego 78
4.1.2. Reforming parowy alkanów C2-C4 [4.1] 84
4.1.3. Reforming parowy ciekłych węglowodorów [4.1] 85
4.1.4. Częściowe utlenianie węglowodorów 89
4.1.5. Reforming autotermiczny metanu 90
4.1.6. Piroliza metanu 90
4.2. Technologie produkcji wodoru z węgla 91
4.2.1. Zgazowanie węgla 92
4.2.2. Piroliza węgla 115
4.2.3. Opcje technologiczne instalacji wytwarzania wodoru na drodze zgazowania i pirolizy węgla 125
4.2.4. Obciążenie emisją CO2 procesów produkcji wodoru z węgla 125
4.2.5. Koszty produkcji wodoru z węgla 132
4.3.1. Technologie zgazowania biomasy 137
4.3.2. Produkcja wodoru 141
4.3.3. Koszty produkcji wodoru z biomasy 155
Bibliografia do rozdziału czwartego 157
Rozdział 5 163
Metody rozkładu wody na wodór i tlen 163
5.1. Wprowadzenie 163
5.2. Istota działania podstawowego modułu elektrolizera 165
5.3. Napięcie standardowe procesu 169
5.4. Ogólna charakterystyka napięcia w rzeczywistym module elektrolizera 176
5.4.1. Nadnapięcie aktywacyjne. Równanie Butlera-Volmera 177
5.4.2. Straty koncentracji 179
5.4.3. Straty omowe 180
5.5. Bilans substancji w elektrolizerze (polimerowym) 182
5.6. Bilans energii 193
5.7. Sprawność procesu elektrolizy 198
5.8. Elektrolizery alkaliczne 199
5.9. Elektrolizery fosforowe (z elektrolitem H3PO4) 203
5.10. Elektrolizery tlenkowe 204
5.10.1. Modele dyfuzji 204
5.10.2. Charakterystyka napięciowo-prądowa 211
5.10.3. Bilans energii i entropii 216
5.11. Koelektroliza 224
5.11.1. Charakterystyka napięciowo-prądowa 224
5.11.2. Bilans energii 230
5.11.3. Sprawność koelektrolizy 233
5.12. Generatory wodoru 233
Bibliografia do rozdziału piątego 241
Rozdział 6 245
Wybrane zagadnienia transportu i magazynowania wodoru 245
6.1. Transport rurociągowy 245
6.2. Magazynowanie 247
6.3. Termodynamiczne aspekty ładowania i wyładowania magazynów (zasobników) wodoru 255
6.4. Bezpieczeństwo 263
Bibliografia do rozdziału szóstego 264
Rozdział 7 267
Energetyczne wykorzystanie wodoru 267
7.1. Ogólna charakterystyka struktur technologicznych 267
7.2. Ogniwa paliwowe i ich charakterystyki 272
7.2.1. Ogólna charakterystyka ogniw paliwowych 272
7.2.2. Istota działania ogniwa paliwowego 274
7.2.3. Bilans energii dla ogniwa 276
7.2.4. Siła elektromotoryczna ogniwa 278
7.2.5. Ogólna charakterystyka strat potencjału w rzeczywistym ogniwie 283
7.2.6. Ogólna charakterystyka technologiczna stosowanych ogniw (instalacji) paliwowych 292
7.3. Instalacje energetyczne z ogniwami paliwowymi 309
7.3.1. Skojarzona produkcja elektryczności i ciepła 310
7.3.2. Integracja ogniwa paliwowego z turbiną gazową 318
7.4. Charakterystyki modułów pracujących w instalacjach wytwarzania i wykorzystania wodoru zintegrowanych z OZE 325
7.4.1. Analityczny opis promieniowania słonecznego 325
7.4.2. Charakterystyki ogniw fotowoltaicznych 336
7.4.3. Turbiny wiatrowe 350
7.4.4. Model baterii 353
7.4.5. Model zbiornika wodoru 355
7.4.6. Model sprężarki 356
7.5. Integracja układów elektrolitycznego wytwarzania wodoru z układami energii napędowej różnej postaci 357
7.5.1. Bezpośrednie połączenie paneli ogniw fotowoltaicznych i elektrolizerów 357
7.5.2. Układy zawierające wiele modułów 359
7.6. Spalanie wodoru w turbinach gazowych 360
7.6.1. Wprowadzenie 360
7.6.2. Analiza prostej wodorowej instalacji turbiny gazowej 361
7.6.3. Obiegi złożone 364
Bibliografia do rozdziału siódmego 365
Rozdział 8 373
Wybrane zagadnienia transportu 373