16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
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.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 14 (106) июль 2008 года:

  • Надежность возрастет

    Состоялось заседание Оперативного штаба по обеспечению надежного электроснабжения потребителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Его участники рассмотрели ход работ на объектах ОАО «Ленэнерго», включенных в соглашения о взаимодействии РАО «ЕЭС России» с правительствами Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Специалисты ОАО «Лен-энерго» завершают второй этап реконструкции подстанции напряжением 110 кВ № 89 в Выборгском ...

  • Блиц

    Вице-премьер Игорь Сечин дал «Газпрому» и Федеральной антимонопольной службе (ФАС) месяц на то, чтобы облегчить доступ независимых производителей газа к системе газоснабжения «Газпрома». ФАС предлагает обязать газовую монополию регулярно отчитываться о количестве свободных мощностей в «трубе», а также предоставлять чиновникам информацию об объемах поставок газа. Соглашения между ФАС и «Газпромом» на совещании у И. Сечина дости...

  • Швеция: Пожар на АЭС

    На территории АЭС в шведском городе Рингхальс, расположенном в 60 километрах от Гетеборга, 11 июля произошел пожар. Загорелась крыша большого турбинного зала атомной электростанции. Никакой эвакуации персонала не происходило. После того как автоматически сработала система оповещения, на место происшествия прибыли пожарные расчеты. Пожар был потушен в районе 13 часов местного времени. По сообщению Радио Швеции, инцидент не отразился н...

  • Большая проверка в Кузбассе

    Российский рынок угля встревожен не на шутку. Беспрецедентные по масштабам проверки Ростехнадзора в Кемеровской области привели к частичной или полной приостановке работ на 33 шахтах Кузбасса (почти половина от их общего количества). Владельцы шахт подсчитывают связанные с простоем убытки, эксперты взвешивают шансы «за» и «против» нового витка цен на угольном рынке. Последним сигналом к масштабным проверкам промышленной безопасности ст...

  • Ремонтная кампания МРСК Центра

    Летний период для энергетиков – традиционная пора активной ремонтной кампании. В этом году ОАО «МРСК Центра» готово направить на ремонты 1 миллиард 496 миллионов 42 тысячи рублей. По сравнению с прошлым годом затраты увеличатся на 334 миллиона 92 тысячи. Уже два года МРСК Центра реализует систему комплексного ремонта объектов, которая предполагает не разовое «латание старых дыр», а ремонт, профилактику, модернизацию и перевооруже...