Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Нетрадиционные источники энергии / Водородная энергетика

Методы получения, транспортировки и хранения водорода

Система, включающая производство, хранение, транспорт водорода и использование его в народном хозяйстве, получила название водородной энергетики. Развитие водородной энергетики зависит в значительной степени от успешного решения ряда сложных научных и технических вопросов: необходимо создать экономически и технически приемлемые методы получения водорода; важным аспектом является разработка систем хранения, транспортировки и распределения водорода как газообразного, так и жидкого; предстоит провести обширные исследования по эффективному использованию водорода в различных отраслях народного хозяйства.

Большая часть промышленного производства водорода основана на конверсии углеводородов и, прежде всего из природного газа. Водород также получают путем газификации угля. Эти методы имеют серьезные недостатки.

Перспективными для промышленного использования способами получения водорода являются прямой электролиз воды и разложение воды термохимически. В настоящее время разрабатывается большое число электролизеров различных типов и конструкций.

Лучшие образцы низкотемпературных электролизеров позволяют производить водород с полезным использованием затрачиваемой электроэнергии примерно 70-80%, а для высокотемпературного электролиза этот показатель достигает 90%.

Интересен технологический метод, разработанный фирмой «Дорнье» (ФРГ), по которому электролизу подвергается не вода, а водяной пар. Преимущество этого метода состоит в том, что часть затрачиваемой на разложение воды энергии подается в виде тепла, производство которого обходится дешевле, чем производство электроэнергии.

В отличие от электролиза, при термохимических способах получения водорода, теплота источника энергии используется непосредственно для расщепления воды на ее газообразные компоненты. Эти способы более экономичны.

Фирма «Вестингауз» (США) предложила использовать комбинированный цикл, который состоит из 2-х ступеней: первая высокотемпературная (термохимическая), вторая — низкотемпературная (электролитическая). Такой подход является наиболее энергетически выгодным.

Современные масштабы производства и потребление водорода вполне удовлетворяются перевозками его в баллонах под давлением до 20 МПа. В условиях крупномасштабного производства водорода наиболее предпочтительной является его передача по трубопроводам. Этому благоприятствует его малая вязкость. По трубопроводам диаметром 1,5 м с водородом передается 20 тыс. МВт мощности. Перекачка газообразного водорода на большие расстояния в 3—5 раза дешевле, чем передача того же количества электроэнергии по ЛЭП.

Значительно дешевле обходится и его распределение между потребителями. В ряде стран накоплен опыт трубопроводного транспортирования водорода и его смесей с другими газами. Показано, что добавки водорода к природному газу повышают производительность трубопровода, особенно в зимнее время. Очень важно, что транспортирование газообразного водорода при давлениях до 10 МПа может производиться с помощью тех же технических средств, что и при передаче природного газа.

Особое внимание при создании систем хранения, передачи и распределения водорода уделяется выбору материалов. Дело в том, что при повышении чистоты водорода и давления может иметь место водородное охрупчивание металлов. С целью уменьшения затрат при хранении водорода применяются баллоны с повышенным давлением до 100 МПа, которые представляют собой сварные многослойные сосуды, изготовленные из высококачественных материалов.

Использование водород

Водородное горючее особенно привлекательно для бытового использования, когда основная масса горючего расходуется на получение теплоты. Расчеты показывают, что при многих вариантах использования водорода для бытовых целей покрытие бытовых энергетических нужд достигается с меньшими затратами, чем в случае применения электричества, даже если водород получать электролизом воды. В случае снабжения потребителей водородом, полученным из любого вида горючего с КПД 60%, что уже давно освоено промышленностью, 56% исходного горючего доводится потребителю. Это в два раза эффективнее, чем при использовании электроэнергии.

В США разрабатывается программа «Водородный дом», где обогрев осуществляется хладопламенным каталическим сжиганием водорода на декоративных панелях. Для приготовления пищи используют пористый металл или керосинку. Освещение обеспечивается соединениями водорода и фосфора, кондиционирование и выработка электроэнергии также осуществляется за счет энергии легкого газа.

Одним из наиболее перспективных устройств для водородной энергетики (в частности автономной водородной энергетики) является топливный элемент. Он представляет собой источник тока, осуществляющий прямое преобразование энергии топлива в электрическую. Достоинствами его является высокий КПД (до 80%), продолжительная непрерывная работа, определяемая в основном запасом топлива, способность к значительным и продолжительным перегрузкам без заметного снижения напряжения, бесшумность работы и отсутствие вредных выделений.

Лосюк Ю.А., Кузьмич В.В. - Нетрадиционные источники энергии.

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору! 
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник
Яндекс.Метрика