16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/106/8239.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 14 (106) июль 2008 года

Будущее и настоящее водородной энергетики

Энергетика: инновации Сергей МАЛЫШЕНКО

Водородная энергетика сформировалась как одно из направлений развития научно-технического прогресса в середине 1970‑х. По мере того, как расширялась область исследований, связанных с получением, хранением, транспортом и использованием водорода, становились все более очевидными экологические преимущества водородных технологий.

Успехи в развитии ряда водородных технологий (таких, как топливные элементы, транспортные системы на водороде, металлогидридные и многие другие) продемонстрировали, что использование водорода приводит к качественно новым показателям в работе систем или агрегатов.



Топливные элементы

В настоящее время в США и Канаде основные НИОКР проводятся по созданию топливных элементов (ТЭ) двух типов: с твердополимерным электролитом (PEM FC) и высокотемпературных с твердоокисным (SOFC). Только эти два направления, как наиболее перспективные, финансируются за счет средств федерального бюджета. Высокотемпературные ТЭ с расплавнокарбонатным электролитом (MCFC) продолжают изучаться в рамках программ фундаментальных исследований.

Твердополимерные ТЭ по их техническому уровню находятся на пороге коммерциализации. Однако в настоящее время их высокая стоимость (энергоустановка – примерно 110 долларов / кВт) в значительной степени сдерживает этот процесс. Для массового применения PEM FC в автотранспорте их стоимость должна быть снижена до 50‑100 долл / кВт (при современной стоимости бензина и отсутствии финансовых механизмов, учитывающих качество выхлопных газов). В недалекой перспективе в результате ужесточения стандартов на выбросы, повышения стоимости бензина и снижения стоимости ТЭ ожидается изменение конъюнктуры в пользу автомобилей и автономных энергоустановок мощностью до 100‑300 кВт с PEM FC. В этих направлениях НИОКР развиваются с возрастающей активностью.

К настоящему времени созданы и успешно проходят испытания энергетическая установка на базе твердоокисных ТЭ мощностью 100 кВт с КПД по электричеству – 46 процентов и 80‑85 процентов при утилизации тепла (ресурс работы свыше 20 тысяч в час) и установка комбинированного типа мощностью 200 кВт. Однако инвестиционные расходы на строительство указанных установок еще велики – свыше 10 тысяч долларов США за кВт установленной мощности. В связи с этим основные усилия разработчиков направлены на снижение стоимости установок.



Водород для энергетики

Основные направления работ – системы водородного аккумулирования электроэнергии, автономные энергоустановки мощностью до 200 кВт с использованием ДВС, микротурбин и топливных элементов, мощные водородосжигающие энергоустановки паротурбинного цикла с водородными парогенераторами, энергоустановки на базе возобновляемых энергоресурсов с производством водорода электролизом воды (ветро‑солнечно-водородные) мощностью до нескольких мегаватт.

Характерная особенность работ последних лет – переход от создания ключевых элементов энергоустановок к созданию универсальных систем, полностью обеспечивающих потребителей энергией. Например, компания «Стюарт Энерджи Систем» наряду с продолжением производства электролизеров Стюарта создала производство интегрированных систем обеспечения потребителей сжатым водородом и электроэнергией. Это дает возможность расширить рынок сбыта продукции.



Новые технологии хранения

В этом направлении разработки главным образом направлены на создание бортовых систем хранения – суперлегких баллонов, компактных криогенных баков и металлогидридных систем. В настоящее время разработаны суперлегкие баллоны на давления до 450 атмосфер и выше с весовым содержанием водорода до 13 процентов, а также криогенные баки для автомобилей с экранно-вакуумной изоляцией и сроком автономного хранения более 15 суток (потери на испарение жидкого водорода < 1 процента в сутки).

В последние 2‑3 года активизировались НИОКР по разработке систем хранения водорода в наноструктурах: фуллеренах и нанотрубках. Результаты фундаментальных исследований указывают на возможность создания таких сред хранения с емкостью по водороду до 7‑8 весовых процентов.



Опыт производства

В этой области исследования и разработки относятся главным образом к плазмохимическим методам, новым типам электролизеров, процессам переработки угля, биоконверсии и компактным реформерам углеводородных топлив.

Сегодня реализован КПД электролизера, приблизительно равный 70‑80 процентам, в том числе для электролиза под давлением. Японскими исследователями разработаны экспериментальные мембранно-электродные блоки с твердополимерным электролитом, обеспечивающие электролиз воды с КПД > 90 процентов при плотностях тока до 3 А / см2.

Работы по новым плазмохимическим методам производства водорода вслед за пионерскими работами Института водородной энергетики и плазменных технологий (ИВЭПТ) Российского научного центра «Курчатовский институт» активно развиваются в США, Канаде, Франции и других странах. Реализация этих разработок позволит получать достаточно дешевый водород из нетрадиционного сырья и природных углеводородных топлив. Сегодня Россия в этой области лидирует, однако зарубежные работы финансируются в более крупных масштабах.



Металлогидридные разработки

Среди водородных технологий, разрабатывающихся в последние годы, металлогидридные – одни из первых, успешно выходящих на рынок. Достаточно упомянуть о NiMeHy батареях и аккумуляторах, в короткий срок занявших существенный сектор рынка компактных источников тока. В настоящее время во многих странах выпускаются компактные безопасные системы хранения водорода на основе металлогидридов, разрабатываются металлогидридные системы для автотранспорта, подводных лодок, малотоннажных судов и т. д., а также создаются новые сплавы–накопители водорода.

К сожалению, государственное финансирование отечественных работ в области водородной энергетики несопоставимо с финансированием этих работ в других странах. В сегодняшней ситуации это означает, что Россия сможет сохранить передовые позиции в НИОКР лишь по двум-трем проектам на весьма короткое время.

Вместе с тем межотраслевой и междисциплинарный характер проблемы требует комплексного подхода к ее решению и развитию разработок по более широкому кругу задач, чем это делается сейчас. В условиях нарастания темпов проведения и реализации зарубежных НИОКР и реальных перспектив ужесточения национальных и международных правовых норм в области защиты окружающей среды опоздание с развитием работ в области водородной энергетики и технологии может привести к существенным экономическим потерям.

Электростанция, Изоляция , Мощность, Турбины, Электричество , Электроэнергия , Энергия , Кабельная арматура, Парогенератор, Провод, СРО

Отправить на Email

Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.