ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК В ЭПОХУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПЕРЕХОДА (обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В обзоре рассматриваются методологические основы определения коэффициента полезного действия (КПД) энергетических установок и предлагается классификация КПД с учетом характера потерь, преобразуемой энергии, теоретического предела эффективности и области применения. Особое внимание уделено выбору энергетической базы для расчета КПД — от традиционно используемой низшей теплоты сгорания до более фундаментальных характеристик, таких как химическая энергия и эксepгия. На основе методики В. С. Степанова выполнены расчеты теплотворной способности, химической энергии и эксepгии для метана и водорода, а также произведен сопоставительный анализ электрического КПД газотурбинной установки и топливной ячейки. Установлено, что применение эксергетического подхода позволяет более объективно оценивать эффективность энергетических технологий различной природы. Показана необходимость внимательного подхода к выбору расчетной энергетической базы для корректного анализа, инженерных решений и сравнения систем. Отдельное внимание уделено анализу потенциала повышения КПД топливных ячеек и их преимуществ перед традиционными термодинамическими установками. Обозначены тренды развития новых критериев оценки эффективности энергетических процессов, включая специфические свойства таких элементов, как горелочные устройства и камеры сгорания.

Об авторах

А. И Ефремов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0003-7491-4526
Санкт-Петербург

С. Ю Ященко

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0008-9940-4406
Санкт-Петербург

Л. Миргородский

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Автор, ответственный за переписку.
Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0000-0003-1417-9665
Санкт-Петербург

М. С Смаль

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0004-4952-5729
Санкт-Петербург

Г. В Оганесян

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0000-0002-7869-5418
Санкт-Петербург

Т. П Соколов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0009-2870-6084
Санкт-Петербург

С. И Миргородский

Восточно-Казахстанский технический университет им. Даулета Серикбаева

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0009-5106-3574
Усть-Каменогорск, Казахстан

Г. А Шеин

РГУ нефти и газа (НИУ) им. И. М. Губкина

Email: mirgorodskiy.l@compmechlab.ru
ORCID iD: 0009-0000-4156-9744
Москва

Список литературы

  1. Бояринов Е. Дизель-генераторы, основные принципы работы, назначение и устройство // Вестн. науки. 2023. № 5. Т. 3 (62). С. 1012–1015. ISSN 2712-8849. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dizel-generatoryosnovnye-printsipy-raboty-naznachenie-i-ustroystvo/viewer (дата обращения: 15.06.2025).
  2. Salameh Z. Energy storage // Renewable Energy System Design. 2014. P. 201–298. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374991-8.00004-0
  3. Панченко И. Н. Парогазовые установки: преимущества, недостатки и перспективы развития / И. Н. Панченко, С. Н. Сушко // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск, 22–26 апреля 2019 г. Т. 1. Иркутск: Иркутский нац. исслед. техн. ун-т, 2019. С. 116–120. https://www.elibrary.ru/znhvr
  4. Рындин В. В. Систематизация коэффициентов полезного действия тепловых двигателей / В. В. Рындин, Д. В. Рындина // Наука и техника Казахстана. 2006. № 1. С. 61–70. https://www.elibrary.ru/usclvw
  5. Кириллин В. А., Сычёв В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика: учебник для вузов. Изд. дом МЭИ, 2016. 496 с. ISBN 978-5-383-01024-2
  6. Rosen M. A. Exergy analysis of energy systems // Encyclopedia of Energy. 2004. P. 607–621. https://doi.org/10.1016/b0-12-176480-x/00129-7
  7. Бурдаков В. П., Дзюбенко Б. В., Месьянов С. Ю., Михайлова Т. В. Термодинамика. Ч. 2. Специальный курс. М.: Дрофа, 2009. 362 с. (Высшее образование. Современный учебник). ISBN 978-5-358-06140-8
  8. Ерофеев В. Л., Жуков В. А., Пряхин А. С. Энергетический и эксергетический подходы к оценке повышения эффективности тепловых двигателей // Вестн. гос. ун-та морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. 2017. № 5. https://cyberleninka.ru/article/n/energeticheskiy-ieksergeticheskiy-podhody-k-otsenke-povysheniyaeffektivnosti-teplovyh-dvigateley/viewer (дата обращения: 25.06.2025).
  9. Надырова А. Р. Энергетический и эксергетический анализ эффективности работы котельного агрегата / А. Р. Надырова, Тлек Ахметгальмулы Ахметгалым, О. А. Степанова, М. В. Ермоленко. Текст: непосредственный // Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 190–193. https://moluch.ru/archive/83/15236 (дата обращения: 03.07.2025).
  10. Demirel Y. Using the second law: Thermodynamic analysis // Nonequilibrium Thermodyn. 2007. P. 155–274. https://doi.org/10.1016/b978-044453079-0/50006-7
  11. Степанов В. С. Энергетические характеристики топлив и способы их определения / В. С. Степанов, Т. Б. Степанова, Н. В. Старикова // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2016. № 7–8. С. 34–44. https://www.elibrary.ru/xhxwmr
  12. Кip Yang, Yufei Chai, Na Du, Jiaxuan Li, Ziyu Huo, Yuzhu Chen. Conventional exergy and advanced exergy analysis of an innovative combined cooling, heating, and power system coupling solar-powered hydrogen production with fuel cell integration // Energy Conversion and Management. 2025. V. 346. P. 120440. ISSN 0196-8904 https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.120440
  13. Tsatsaronis G., Cziesla F. Thermoeconomics // Encyclopedia of physical science and technology. 2003. P. 659–680. https://doi.org/10.1016/b0-12-227410-5/00944-3
  14. Apres R. U., Masini A. Exergy: Reference states and balance conditions // Encyclopedia of Energy. 2004. P. 633–640. https://doi.org/10.1016/b0-12-176480-x/00564-7
  15. Березинец П. А. Бинарные ПГУ на базе газотурбинной установки средней мощности / П. А. Березинец, М. К. Васильев, Г. Г. Ольховский // Теплоэнергетика. 1999. № 1. С. 15–21. https://www.elibrary.ru/wwcrij
  16. Кудинов А. А., Хусаинов К. Р. Влияние промежуточного перегрева пара на экономичность парогазовой установки на примере ПГУ-550 // Энергосбережение и водоподготовка. 2015. № 2 (94). С. 10–13. https://www.elibrary.ru/tujalf
  17. Разуваев А. В., Толоконников М. А., Устинов Н. А., Краснолубский Н. В. Влияние различных коэффициентов полезного действия на расход пара и топлива в паровой машине. https://doi.org/10.36979/1694-500X-2023-23-12-51-59
  18. Junhao Li, Xia Sheng, Renkang Wang, Junxiong Chen, Yan Gao, Hao Tang. Uncertainty-quantified performance degradation prediction for Proton Exchange Membrane Fuel Cells under real-world driving scenarios // Int. J. Hydrogen Energy. 2025.V. 159. P. 150242. ISSN 0360-3199 https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150242
  19. Мурзин П. А. Сравнительный анализ парового и автотермического риформинга природного газа для производства водорода / П. А. Мурзин, Г. Е. Маслеников, А. Ф. Рыжков // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: Сб. докладов Х Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. Екатеринбург, 19–20 мая 2022 г. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Институт новых материалов и технологий. Екатеринбург: Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2022. С. 111–114. https://www.elibrary.ru/gmyjub
  20. Пат. РФ 2842893 (опубл. 2025). Запальное устройство.
  21. Программа дополнительного профессионального образования «Импортозамещение в технологических процессах водородной энергетики» [Электронный ресурс]: учеб план/ разраб.: Сантова А. А., к.х.н., главный специалист НОЦ «Цифровой инжиниринг основного оборудования химико-технологических систем», Аристович Ю. В., эксперт НОЦ «Цифровой инжиниринг основного оборудования химико-технологических систем». СПбПУ, 2023. https://pish.spbstu.ru/courses/79#panel
  22. Nemitallah M. A., Abdelhafez A. A., Ali A., Mansir I., Habib M. A. Frontiers in combustion techniques and burner designs for emissions control and CO2 capture: A review // Int. J. Energy Res. 2019. P. 1–33. https://sci-hub.ru/https://www.sci-hub.ru/10.1002/er.473079/sciid=mgf281gj7n281941203
  23. Филиппов С. П. Топливные элементы и водородная энергетика / С. П. Филиппов, А. Э. Голодинский, А. М. Кашин // Энергетическая политика. 2020. № 11 (153). С. 28–39. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_11153_28 https://www.elibrary.ru/mvoki
  24. Сайт: energy-units.ru «Топливные элементы (топливные ячейки)» [Электронный ресурс]. URL: https://energy-units.ru/toplivnye-elementy/ (дата обращения: 19.07.2025).
  25. Alpegiani F., Zelaschi A., CammarataA., Chiesa P., Campanari S., Martelli E. Hybrid solid oxide fuel cell-gas turbines and triple combined cycles approaching 85% efficiency // Appl. Thermal Eng. 2025. P. 128433. ISSN 1359-4311 https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.128433
  26. О применении энергоустановок на основе твердооксидных топливных элементов / Л. Е. Веселов, Е. В. Крюков, Е. Н. Соенина, А. П. Шашкин // Вестн. НГИЭИ. 2015. № 4 (47). С. 23–26. https://www.elibrary.ru/tiveqp

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».