Автономные энергоустановки на основе твердооксидных
топливных элементов

На сегодняшний день самым мощным источником энергии являются  ископаемые углеводороды (дизельное топливо, природный газ), однако существующие технологии автономного электроснабжения позволяют извлечь из них лишь треть потенциальной энергии. В дизель-генераторных, газопоршневых и турбинных установках химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую энергию горения, затем в механическую энергию вращения вала, и после в электрическую с помощью генератора. Суммарный КПД таких систем после всех 
преобразований составляет не более 35%. Существуют системы утилизации  тепловой энергии установок, позволяющее поднять использование энергии топлива до 90-95%, но их использование затруднительно в поселениях, где отсутствует централизованная система теплоснабжения. Двигатели внутреннего сгорания и турбины нуждаются в дорогостоящем периодическом обслуживании (смена масла, расходных материалов), наносят вред окружающей среде посредством выбросов выхлопных газов и неудовлетворительных шумовых показателей.

Перспективным направлением развития автономных источников энергии  являются топливные элементы (ТЭ) – источники, работающие по принципу прямого преобразования химической энергии топлива в электроэнергию.

Топливный элемент по принципу действия сходен с аккумуляторной батареей,  различие их в том, что в процессе выработки электроэнергии электроды ТЭ не изменяются, так как химические реагенты (топливо и окислитель) в состав элемента не входят, а подаются в момент его работы.

Примечательно, что топливом могут быть любые углеводороды (природный и попутный газ, дизельное топливо, метанол). Преимуществами топливных элементов в сравнении с традиционными автономными источниками энергии являются: 
 Эффективное использование топлива и высокий КПД (до 70%). 
 Меньшие выбросы в атмосферу. 
 Меньшие показатели шума и вибрации. 
 Высокая маневренность во всем диапазоне нагрузок. 
 Низкие затраты на эксплуатацию.

Устройство и принцип действия, основные термины

Электрохимический генератор (ЭХГ) – энергоустановка, состоящая из
батареи топливных элементов, систем отвода продуктов реакции и теплоты,
хранения и подачи топлива и окислителя.

Электрохимическая энергоустановка – установка, предназначенная для  выработки электроэнергии и теплоты, включающая в себя ЭХГ, устройства для преобразования напряжения и тока (инвертор), систему отвода и утилизации тепла от генератора. Теплота от генератора может использоваться в системах теплоснабжения либо в паровой турбине.

Электрохимические установки классифицируются по виду топливного  элемента: 
 Низкотемпературные топливные элементы со свободным (жидкий раствор КОН) и со связанным (пропитанная водным раствором КОН асбестовая мембрана) щелочным электролитом (ТЭЩЭ). 
 Среднетемпературные топливные элементы с фосфорнокислым электролитом (ТЭФК). 
 Высокотемпературные топливные элементы с расплавленным  карбонатным электролитом (ТЭРК) и твердооксидным керамическим электролитом (ТОТЭ). 

Основные типы топливных элементов.