Троэнергетики и её современное состояние

Технические характеристики топливных элементов 
Тип ТЭ 
Щелоч-
ной 
Твердополимерный 
Фосфоро-
кислотный 
Расплав 
карбо-
натовый 
Твердо-
оксидный 
Разработ-
чик 
Корпора-
ция 
«Энергия» 
Ballard, 
Канада 
Курча-
товский 
институт 
Tokyo Electric Power 
Company 
Siemens 
AG, Гер-
мания 
КПД,%
реал. 
ожид. 
50 
70 
50 
70 
50 
70 
35–45 
60 
45 
60 (70) 
45 
60 (70) 
Рабочая 
темпера-
тура, °С 
80–100 40–100 40–100 180–250 600–800 
800–1000 
Топливо 
Водород 
высокой 
чистоты 
Водород 
и продук-
ты ри-
форминга 
Водород 
и про-
дукты 
рифор-
минга 
Природ-
ный газ, 
метанол и 
др. 
Природ. 
газ, ме-
танол, 
синтез-
газ и др. 
Природ. 
газ, мета-
нол, син-
тез-газ и 
др. 
Использо-
вание тепла 
– – – 
Горячая 
вода 
Паровые 
турбины 
Гибрид. 
установки
Стадии 
разработки 
Ед. экз. 
Серийное 
пр-во (до 
200 кВт) 
Макеты 
(до 10 
кВт) 
Испытание 
(от 0,05 до 
11 МВт) 
Испыта-
ние (до 
2 МВт) 
Испыта-
ние (до 
1 МВт) 
Стоимость, 
долл/кВт 
косм. 
наземные 
30 000 
3000 
40 000 
1000 
– 
– 
– 
– 
Американская United Technology и японская Toshiba образовали 
корпорацию International Fuel Cells для ускорения разработки и реализа-
ции на рынке ТЭ. В Европе топливными элементами занимаются бель-
гийско-нидерландский консорциум Elenko, немецкая фирма Siemens, 
итальянская Fiat, английская Jonson Metju. 

---

296
В Японии создана энергетическая установка на ТЭ мощностью 
100 кВт, в Германии – 250 кВт, которые работают как небольшие авто-
номные электростанции. В начале 2007 г. в Калифорнийском универси-
тете состоялось открытие электростанции на водородных ТЭ мощно-
стью 1 МВт, изготовленной компанией Fuel Cell Energy Inc. В Японии и 
США уже имеются экспериментальные образцы ЭХГ на основе ТЭ 
мощностью до 50 МВт. В большой энергетике топливные элементы рас-
сматриваются прежде всего как основа технологии комбинированного 
цикла комплексной газификации угля (integrated gasification combined 
cycle, IGCC), открывающей перспективы экологически чистого произ-
водства электроэнергии из угля. 
В США реализуется проект FutureGen, а в Китае – GreenGen по 
сооружению электростанций на основе топливных элементов. Мощ-
ность электростанции в Китае составит 650 МВт. 
Для перспективных комбинированных циклов с ТЭ, ГТУ и котла-
ми-утилизаторами КПД электрического цикла должен составлять не 
менее 70 %. Коммерциализация фирмой Ballard P.S. разработок твердо-
полимерных ТЭ (ТПМТЭ) позволила снизить удельную стоимость до 
уровня 1000 долл/кВт в настоящее время и прогнозировать ее дальней-
шее уменьшение при крупносерийном производстве. ТПМТЭ характе-
ризуются высокой эффективностью преобразования водорода и кисло-
рода воздуха в электроэнергию. Они отличаются высокой удельной 
энергоемкостью (1000 Вт·ч/кг), что на порядок выше по сравнению с 
лучшими аккумуляторными батареями. Высокая плотность тока позво-
ляет делать их компактными. Низкая рабочая температура (до 100 °С) 
дает возможность быстрого запуска, достижения максимальной мощно-
сти и низкий уровень тепловых потерь. ТПМТЭ способны работать с 
многократными перегрузками по току и характеризуются увеличением 
КПД с уменьшением нагрузки. 
Ученые Хьюстонского университета (США) создали катализатор
для водородных топливных элементов, который в 5 раз эффективнее
аналогов. Кроме того, он дешевле, т. к. в катализаторе, изготовленном 
по нанотехнологии, часть дорогой платины удалось заменить медью.
Ориентируясь на достигнутые результаты зарубежных и отечест-
венных исследований и разработок, можно прогнозировать дальнейшее 
уменьшение удельной стоимости щелочных топливных элементов 
(ЩТЭ) при развитии их крупносерийного производства. ЩТЭ мощно-
стью от 10 до 40 кВт уже используются в экспериментальных стацио-
нарных и транспортных энергетических установках. Ими могут быть 
укомплектованы опытно-промышленные автономные энергетические 
комплексы [45]. 

---

297
Ученые России имеют хороший задел в смежных с водородной 
областях науки и технологий: нанотехнологии, направленный синтез 
материалов, тонкопленочные и лучевые технологии и др. Важно также, 
что 50 % мирового количества палладия – важнейшего для топливных 
элементов материала (катализаторы, мембраны, электролизёры и др.) – 
производится в России (Норильский комбинат). Но объемы инвестиций 
в российскую водородную энергетику чрезвычайно малы (несколько 
десятков миллионов долларов в год).