Оптимізація процесу електролізного виробництва водню та акумулювання енергії

Abstract

У цій роботі досліджено можливості підвищення ефективності електролізного виробництва водню та його використання в якості акумулятора енергії. Проведено порівняльний аналіз традиційних і сучасних методів виробництва водню, зокрема, лужного електролізу та плазмохімічного методу. Вивчено вплив ключових параметрів (температури, напруги, інтенсивності ультразвуку) на ефективність електролізу та визначено оптимальні умови для досягнення максимального ККД. Практична частина включала серію експериментів із використанням високовольтного блока живлення, ультразвукових технологій та комбінації методів, що дозволило створити інтегровану модель системи виробництва, зберігання та використання водню. Для моделювання процесу електролізу застосовано програму COMSOL Multiphysics, що забезпечило точний аналіз процесів перетворення електроенергії в водень. Проведено порівняння експериментальних даних з теоретичними розрахунками, проаналізовано відхилення та обґрунтовано шляхи підвищення точності. Також оцінено переваги використання ультразвуку для підвищення ефективності електролізу. У розділі рекомендацій запропоновано шляхи вдосконалення системи, включаючи підвищення стабільності роботи установки та зниження енерговитрат. Результати дослідження можуть бути використані для створення високоефективних систем виробництва водню, розробки нових підходів до його зберігання та використання у водневій енергетиці.This work explores the potential to enhance the efficiency of hydrogen production via electrolysis and its use as an energy storage medium. A comparative analysis of traditional and modern methods of hydrogen production, including alkaline electrolysis and plasma-chemical methods, was conducted. The influence of key parameters (temperature, voltage, and ultrasonic intensity) on electrolysis efficiency was studied, and optimal conditions for achieving maximum efficiency were determined. The practical component involved a series of experiments using a high-voltage power supply, ultrasonic technology, and combined methods, leading to the development of an integrated system model for hydrogen production, storage, and utilization. The electrolysis process was modeled using the COMSOL Multiphysics software, providing a detailed analysis of the conversion of electrical energy into hydrogen. Experimental data were compared with theoretical calculations, deviations were analyzed, and methods to improve accuracy were justified. The advantages of ultrasound in increasing electrolysis efficiency were also assessed. The recommendations section proposes improvements to the system, including enhanced operational stability and reduced energy consumption. The findings of this research can be applied to the development of highly efficient hydrogen production systems, innovative approaches to hydrogen storage, and advancements in hydrogen energy technology.