Водородная электростанция: начало большого пути / Блог компании Toshiba / Хабр

начало большого пути / Блог компании Toshiba / Хабр

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м

3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м³ водорода станции требуется до 2,5 м³ воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

Перспективы водородных электростанций

Наверное, найдется мало людей, которых не беспокоило бы состояние окружающей среды на нашей планете. По мере накопления знаний и опыта ученые, инженеры и энтузиасты из всех стран стремятся обеспечить человечество «чистой» энергией – энергией, которая бы не оказывала отрицательное влияние на состояние почв, воды, здоровье человека и других живых организмов. Со временем эта тенденция трансформировалась в отдельную отрасль энергетики – альтернативную.

Периодически в наших статьях затрагивается тема альтернативной энергетики, к которой, надо отметить, многие относятся с недоверием. Поэтому сегодняшняя статья посвящена водородной энергетике, а именно – перспективам использования водородных электростанций.

Идея использования водорода в качестве энергоносителя не нова: уже в XIX веке сэр Уильям Роберт Гроув представил химический источник электрической энергии, принцип работы которого был основан на смешении водорода с кислородом. В чем преимущество водорода перед другими источниками энергии? Давайте посмотрим:

• Водород будет доступен даже тогда, когда ископаемые топлива исчезнут;
• Это первое по распространенности вещество во вселенной и десятое – на Земле;
• Его можно получить из воды, а продукт горения водорода – вода;
• Его легко использовать в двигателях внутреннего сгорания вместо бензина, дизеля, керосина и др.;
• Ни водород, ни продукты его горения не имеют запахов, вкуса, цвета и не токсичны;
• Теплота сгорания водорода более чем в 3 раза выше, чем у распространенных сегодня метана, природного газа, бензина, угля и т.д.

Наряду с этими несомненными достоинствами у водорода есть и очевидные недостатки, обусловливающие заметно высокие цены на электроэнергию, получаемую на водородных станциях:

• Из-за маленького размера и химических особенностей молекул водорода его сжижение, хранение и транспортировка на сегодняшний день сопряжены с рядом трудностей;
• В достаточно широком диапазоне соотношений концентраций водорода и кислорода (а соответственно, и воздуха) в газовой смеси существует вероятность образования взрывоопасного гремучего газа;
• Получение водорода из воды – сложный процесс, требующий больших затрат электроэнергии, в разы повышающих стоимость газа. Остальные методы получения – газификацией угля, из биомассы, конверсией метана или природного газа – сложно реализуемы в условиях частного дома.

По принципу работы водородные электростанции можно разделить на две большие группы: в первой водород просто заменяет собой горючее топливо, а во второй непосредственно участвует в получении электричества. Рассмотрим первую группу на примере.

В Фусине, что рядом с Венецией, Италия, в 2010 году закончили строительство первой в мире коммерческой электростанции на водороде, отличающейся от обычной ТЭС разве что видом топлива. Турбина на водороде имеет мощность 12 МВт и рассчитана на интегрированную работу с соседней угольной ТЭС на 4 МВт. Водород с содержанием примесей от 0 до 4% и под давлением 27 бар на станцию поступает по 2.5-километровому трубопроводу от химического завода. Снабжая энергией 20 000 домохозяйств, эта станция позволяет более чем на 17 000 тонн в год снизить выбросы углекислого газа. Водяной пар, полученный в результате окисления водорода кислородом, конденсируется и отправляется на очередной цикл и угольную станцию. Какие еще результаты?

Себестоимость генерируемой электроэнергии в 4-6 раз выше по сравнению с энергией обычных ТЭС. Выбросы оксидов азота NO_x в три раза больше этого показателя для природного газа из-за того, что температура горения водорода выше, чем у обычного природного газа.

Другая группа водородных электростанций считается более эффективной по причине того, что электрическая энергия получается сразу из химической. Идея таких электростанций состоит в объединении большого количества водородных топливных элементов, генерирующих постоянное напряжение, с последующим его преобразованием в переменное. Эти электрохимические источники – не что иное, как обычные батареи, где к отрицательному электроду поступает водород к положительному – кислород, которые, при взаимодействии превращаясь в воду, создают разность потенциалов. Ни одного такого проекта, имеющего индустриальное значение, не было реализовано на начало 2019 года, но они широко и успешно применяются в частных домовладениях, космических аппаратах и транспорте.

На сегодняшний день среди различных проектов альтернативной энергетики водородные электростанции, пожалуй, самое молодое направление, еще не вышедшее на международный уровень (зато вышедшее в открытое космическое пространство), в отличие от ветровых и солнечных электростанций. Однако технологии не стоят на месте, остро стоит потребность в уменьшении выбросов CO₂ и расхода воды, и именно в этой области у водородной энергетики нет конкурентов. Есть ли у нее перспективы? Бесспорно. Готов ли мир отказаться от углеводородов? Время покажет.

 

 

Рынок на $700 млрд: как водород изменит энергетику России и Европы :: РБК Тренды

Фото: из личного архива

Германия первой из стран ЕС опубликовала стратегию развития водородной энергетики. Потенциал этого рынка огромен. Но найдется ли на нем место российским поставщикам нефти и газа?

Об эксперте: Флориан Виллерсхаузен, директор Creon Capital, управляющей компании люксембургского фонда Creon Energy Fund, инвестирующего в проекты «зеленых» технологий, возобновляемой энергетики и логистики. Фонд входит в структуру CREON Group, стратегического консультанта по переводу бизнесов на рельсы устойчивого развития с учетом факторов ESG.

Перевод европейской промышленности и транспорта на водородное топливо сократит вредные выбросы, создаст новые рынки и сделает водородные технологии экспортным «шлягером».

Каждому, кто хоть раз задумывался о будущем энергопоставок в Европу, стоит пройтись по вокзалу Куксхафена в Нижней Саксонии. Отсюда в Букстехуде ежечасно отходит синяя электричка Coradia iLint. Бесшумный поезд французского производителя Alstom работает на водороде, климатически он совершенно нейтрален: вместо углекислого газа водородный привод выделяет всего несколько капель воды на метр движения. Пока этот поезд почти в три раза дороже дизельного, но Нижняя Саксония и другие федеральные земли активно субсидируют новую технологию. И не за горами тот час, когда водородные поезда отправят своих чадящих дизельных праотцов на запасной путь.

Как РЖД делает железнодорожный транспорт экологичнее

«Исчезновение видов» может коснуться не только тепловозов — по крайней мере, в Евросоюзе, чьи страны в рамках Парижского соглашения обязались существенно сократить выбросы парникового газа СО₂ в атмосферу. Технологии топливных элементов готовы к серийному использованию в общественном транспорте, на автобусах и трамваях, а пилотные проекты обкатывают технологию на судах и даже в авиации. Потенциал новых рынков огромен: согласно докладу Bloomberg «Перспективы водородной экономики», к 2050 году 24% мировых потребностей в энергии будет покрывать водород, а его цена снизится до уровня сегодняшних цен на газ. При наиболее благоприятном сценарии развития, отмечают эксперты Bloomberg, за грядущие 30 лет отрасль привлечет около $11 трлн инвестиций, а ежегодные продажи водородного топлива по всему миру достигнут $700 млрд.

Водородная стратегия Германии

Курс на водородную энергетику окончательно зафиксировала Национальная стратегия развития водородной энергетики ФРГ, опубликованная 10 июня 2020 года. Долгосрочная цель страны — создать нейтральную для климата экономику с сокращением выбросов СО₂ на 95% от уровня 1990 года. И водороду, на который будет переведен не только транспорт, но и металлургия с нефтехимической промышленностью, в этом процессе отводится центральная роль.

На развитие водородной энергетики Германия выделит более €10 млрд до 2023 года: €7 млрд на «запуск рынка» (то есть на создание рамочных условий и стимулирование внутреннего спроса), €2 млрд на международное сотрудничество и еще €1 млрд — на нужды промышленности, которая должна внедрить водородные технологии, чтобы в перспективе стать их экспортером номер один в мире.

Меньше денег, больше эффекта: 10 мировых трендов в «зеленой» энергетике

При этом правительство ФРГ признает экологичным только «зеленый водород», производимый при помощи электроэнергии, полученной из возобновляемых источников — солнца и ветра. Для наращивания его объемов Германии потребуются дополнительные ветрогенерирующие мощности на Северном и Балтийском побережьях. Со временем, «зеленый водород» должен заменить «серый», «голубой» и «бирюзовый», то есть получаемые с выделением CO₂ в атмосферу из ископаемых источников как природный газ или метан.

Правда, стратегия признает, что Германия не сможет обеспечить свои потребности в водороде самостоятельно, и ей придется импортировать либо электроэнергию для производства «зеленого водорода», либо исходные продукты. И €2 млрд, выделенные на развитие международного сотрудничества, пойдут в первую очередь на пилотные проекты солнечной энергетики для производства «зеленого водорода» в Северной Африке и Марокко, где солнце светит круглый год.

Роль российских компаний в новой энергетике

Однако для пилотных проектов подходит не только Северная Африка. Как показывает проект водородного трамвая, запущенного в Санкт-Петербурге в ноябре 2019 года, современные российские города прекрасно подходят в качестве «шоурумов» для водородных технологий. Такие яркие примеры внедрения инноваций будут иметь положительный имиджевый эффект не только для экономики России, но и для долгосрочного сотрудничества с Евросоюзом.

Гибрид на рельсах: как выглядит первый в России водородный трамвай

Потенциал этого сотрудничества частично отражен в энергетической стратегии Российской Федерации, опубликованной день в день с немецкой водородной стратегией. В документе водород обозначен как топливо с высоким экспортным потенциалом. К 2024 году российский экспорт водорода должен составить 0,2 млн т, а к 2035 вырасти до 2 млн т. По планам Минэнерго, Россия должна занять до 16% мирового рынка водорода.

В парадигме, когда уровень развития и благосостояния страны напрямую зависят от экспорта энергоресурсов, ставка на водород совершенно оправдана. Эта технология может стать дополнительным драйвером развития в общем балансе экспорта. Но чтобы реализовать эти амбициозные планы, российским корпорациям нужно уже сейчас развивать водородную энергетику и оперативно пересматривать свои бизнес-модели, ведь «энергетический переход», на который нацелились немцы, неминуемо приведет к снижению спроса на нефтепродукты и природный газ в ближайшем будущем.

Драйвер водородной энергетики — внутренний рынок

Развитие водородной энергетики начинается с внутреннего рынка и его потребностей. В интересах общей энергетической безопасности нужно сначала определить собственные потребности в водороде, чтобы в перспективе обеспечить надежность поставок на внешние рынки.

Российским нефтегазовым компаниям необходимо подготовиться к производству водорода из возобновляемых источников в непосредственной близи от рынков сбыта — в первую очередь, в странах ЕС. Гигантские потребности Евросоюза в электроэнергии, которые многократно вырастут на фоне производства водорода и перевода общественного транспорта на электричество, невозможно будет покрыть только за счет энергии ветра и солнца.

Одновременно, российский бизнес должен развивать собственные международные инвестиционные проекты водородной инфраструктуры — строить пиролизные установки и сети водородных заправочных станций, разрабатывать концепции сбыта углерода, полученного в процессе переработки и принципы конкурентного ценообразования. В этом ему помогут европейские фонды и институциональные инвесторы, которые охотно инвестируют в водород и проекты «зеленой экономики», отвечающие принципам ESG — экологическим, социальным и управленческим факторам устойчивого развития и ведения бизнеса.

Нефтяники на службе «зеленой экономики»

В первую очередь о водороде стоит задуматься нефтяным компаниям, поскольку эта технология напрямую ударит по их бизнес-моделям. Первыми это осознали в Shell. Британско-нидерландский концерн осознанно выбрал путь перелома собственной бизнес-модели и начал инвестировать в возобновляемые источники энергии, синтетическое топливо и электромобили. На данном этапе эти направления полностью противоречат существующей бизнес-модели компании, основанной на добыче, переработке и торговле нефтяными продуктами. Однако в долгосрочной перспективе, с наступлением «зеленой экономики», эти технологии станут для корпорации точками колоссального роста.

WWF назвал самые экологически открытые евразийские нефтегазовые компании

О смене парадигмы пора задуматься и «Газпрому», тем более что водород не противоречит существующей бизнес-стратегии концерна, а наоборот дополняет ее. Компания обладает обширной сетью трубопроводов, которые могут транспортировать не только природный газ, но и водород. Впрочем, концерн уже изучает возможности водорода и заказал технико-экономическое обоснование его промышленного производства Немецкому технологическому институту Карлсруэ (KIT).

---

Больше информации и новостей о том, как «зеленеет» бизнес, право и общество в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

Водородная энергетика: начало большого пути

Водородная энергетика — одна из самых перспективных отраслей. узнаем самые продвинутые и известные водородные технологии.

C ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

 

Водородная энергетика

 

• Водородные топливные элементы
• Проблемы добычи
• Водородное будущее

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита. 

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов. 

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов.

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода. 

Принцип работы водородного топливного элемента. 

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания. 

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода. 

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве. 

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. 

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки. 

Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи. 

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд.

Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

«Газпром» и «Росатом» начнут производить «чистый» водород в 2024 году :: Бизнес :: РБК

Бизнес , 22 июл, 16:53 

0 

Из-за мирового тренда на отказ от нефти и газа он должен частично заменить углеводороды

Минэнерго подготовило план развития в России водородной энергетики. Водород должен стать одной из «зеленых» альтернатив нефти и газу, от которых ряд стран планируют отказаться. Производить его могут «Росатом», «Газпром» и НОВАТЭК

Фото: Максим Шеметов / Reuters

Минэнерго разработало и направило в правительство «дорожную карту» «Развитие водородной энергетики в России» на 2020–2024 годы, рассказал РБК представитель министерства. РБК ознакомился с документом; источник, близкий к одному из ведомств, подтвердил его подлинность.

Россия планирует производить и экспортировать водород в связи с мировым трендом на отказ от углеводородной энергетики из-за ее негативного влияния на климат и экологическую ситуацию, следует из пояснения к «дорожной карте». Пока этот тренд создает угрозу для энергобезопасности России — одного из крупнейших поставщиков нефти, газа и угля в мире. Уже со следующего года правительство намерено формировать репутацию России как поставщика водорода, который является одной из альтернатив традиционным энергоносителям, объясняется в документе.

Метеорологи опубликовали прогноз изменения климата на следующие пять лет

Как Россия будет развивать новую отрасль

«Дорожная карта» предполагает следующие этапы.

ЕС из принципа вложит миллиарды в новую технологию, уступающую старой

https://ria.ru/20200604/1572420495.html

ЕС из принципа вложит миллиарды в новую технологию, уступающую старой

Тема водородной энергетики продолжает оставаться в топе энергетической политики ЕС, да и в целом на планете интерес к ней растет. У внешнего наблюдателя при… РИА Новости, 04.06.2020

2020-06-04T08:00

2020-06-04T08:00

2020-06-04T08:00

северный поток — 2

газпром

международное энергетическое агентство

евросоюз

германия

китай

авторы

экономика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn23.img.ria.ru/images/07e4/06/03/1572422111_0:0:3076:1730_1400x0_80_0_0_bef192daa6e6cfae148afa4da9f1f03e.jpg

Тема водородной энергетики продолжает оставаться в топе энергетической политики ЕС, да и в целом на планете интерес к ней растет. У внешнего наблюдателя при беглом изучении вопроса может сложиться искаженное представление общей картины. С одной стороны, о водороде говорится сейчас очень много, регулярно <a href=»https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/latest-news/electric-power/051920-interview-ioc-eyes-hydrogen-based-fuel-to-shape-indias-energy-transition-chairman» target=»_blank»>появляются</a> <a href=»https://renen.ru/datskij-konsortsium-planiruet-elektroliz-moshhnostyu-1-3-gvt/» target=»_blank»>сообщения</a> о новых и новых проектах. Известное ценовое агентство Platts красноречиво назвало свой <a href=»https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/topics/hydrogen» target=»_blank»>раздел</a> по водороду «Beyond the Hype», то есть дословно «За рамками ажиотажа», подразумевая, что ажиотаж, шумиха, хайп действительно существует.Водород «в новом прочтении» — это так называемый зеленый водород. Он используется в качестве хранилища энергии и получается при электролизе воды с помощью избыточных, «лишних» объемов электричества от нерегулируемых ВИЭ — возобновляемых источников энергии. И напротив, в период дефицита возобновляемой генерации водород сжигается для получения электроэнергии или тепла. Пока такой водород составляет долю в энергобалансе на уровне погрешности. Но все это не должно успокаивать: Евросоюз решительно взялся за эту тему, в ближайшее время будут приняты соответствующие долгосрочные планы и дорожные карты.Даже текущая динамика впечатляет. Прогноз говорит, что уже в 2020-м на планете суммарная мощность запущенных новых электролизеров для получения водорода вырастет сразу в несколько раз по сравнению с 2019 годом (до этого был небольшой постепенный рост), хотя и составит пока в общем-то «смешные» 120 мегаватт мощностей по всему миру. Для сравнения: только в Германии сейчас <a href=»https://www.reuters.com/article/us-germany-energy-hydrogen/german-government-fails-to-agree-on-green-hydrogen-strategy-idUSKBN23528Q» target=»_blank»>обсуждаются</a> планы строительства к 2030 году от трех до десяти гигаватт электролизеров.Причины интереса к водородной тематике понятны. Объемы ежегодных вводов ВИЭ постепенно растут, соответственно, накопленные мощности также увеличиваются. При этом новых мощностей ВИЭ полностью (по объему выработки) хватает, чтобы перекрыть увеличивающийся спрос на электричество. Это в среднем по миру. Где-то ВИЭ не хватает компенсировать рост спроса (как в Китае), а где-то их даже с избытком — это как раз Европа. Здесь прирост спроса на электроэнергию минимальный (а то и отрицательный), однако новые мощности ВИЭ строят.Все это, разумеется, понимают в Евросоюзе, но навсегда сохранять газовую генерацию как «back up», поддержку, для непостоянных ВИЭ не хотят (из-за курса на декарбонизацию). А потому очень серьезно взялись за водород. Решение получается дорогое и с низким КПД, однако никаких других масштабируемых решений в этой парадигме просто нет.Как мы уже обсуждали ранее, «Газпром» также заинтересован поучаствовать в водородном проекте Европы. Разумеется, со своим «типом» (по методу синтеза) водорода, получаемого пиролизом — разложением газа на уголь и водород. Производство такого продукта также не будет сопровождаться выбросом углекислого газа, а потому — по крайней мере, пока — устраивает Европу.Вопросов в водородной тематике пока больше, чем ответов, и раз российская сторона планирует участие, зафиксируем, на какие аспекты важно обращать внимание.Во-первых, водородный проект подразумевает использование традиционных трубопроводных сетей, в настоящее время используемых для природного газа. Задач в таком подходе две. Во-первых, сэкономить на инфраструктуре (зеленый водород оказывается дорогим даже на этапе получения, с учетом транспортировки и дистрибуции цена вырастет еще больше). Во-вторых, обеспечить таким образом связку между традиционной и новой энергетикой.Основной вопрос — не будет ли утечек водорода. С одной стороны, это очевидное соображение, которое уже должно быть проверено в первую очередь. С другой, этот аспект по-прежнему вызывает скепсис у многих наблюдателей. Особенно с учетом того, что в ряде случаев планируется <a href=»https://renen.ru/gazotransportnye-operatory-frg-predstavili-proekt-krupnejshej-v-mire-vodorodnoj-seti/» target=»_blank»>использовать</a> и старые трубопроводные сети. Из-за маленького размера молекулы водород традиционно является сложным в хранении и транспортировке соединением.Особенно это важно для магистральных трубопроводов высокого давления. А ведь в будущем даже в OPAL и EUGAL, сухопутных продолжениях «Северного потока» и «Северного потока — 2″ соответственно, <a href=»https://www.dw.com/ru/%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4-%D0%B2%D0%BC%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%BE-%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%B0-%D0%B8%D0%B7-%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B8-%D0%B3%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%B3%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2″ target=»_blank»>планируется</a> использование газоводородных смесей.Связанный с этим вопрос — где «Газпром» должен строить те самые установки пиролиза. Теоретически это возможно делать и рядом с месторождениями, и в точке экспорта (то есть на Балтике), и в точке приемки, то есть уже на немецком берегу. Но транспортировать природный газ гораздо проще, чем водород: теплотворная способность его в расчете на единицу объема намного больше, да и проблема возможных утечек в таком случае исчезает. Поэтому с данной точки зрения строить пиролизные установки нужно максимально близко к потребителю, то есть в самой Германии. Но возможны и другие аспекты при принятии окончательного решения.Кроме того, подмешивание водорода в газ может создавать <a href=»https://149354316.v2.pressablecdn.com/wp-content/uploads/2020/05/20200513_Hydrogen_02.jpg» target=»_blank»>сложности</a> во всей газовой инфраструктуре. Здесь будут необходимы и дальнейшие исследования, а возможно, и модификация оборудования. Наверное, главный вопрос — как будут работать газовые электростанции на газоводородных смесях. Пока известно, что здесь подмешивание без последствий гарантировано только на небольших объемах водорода. Удастся ли перенастроить всю газовую инфраструктуру на смеси с водородом без существенных инвестиций?Еще один аспект обсуждения — это цены. Мы видим, что стоимость природного газа сегодня (не конкретно сейчас, а в среднесрочной перспективе) не так уж и велика, и по полной себестоимости, в общем-то, на пределе позволяет окупать сделанные инвестиции с приемлемой нормой прибыли.Но пока здесь главный вопрос — будут ли ценовые ориентиры и стимулы одинаковыми для зеленого и голубого (получаемого из природного газа, но без выброса углекислоты) водородов на протяжении всех последующих десятилетий.Тем более что неприятные намеки <a href=»https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/latest-news/electric-power/052820-ec-seeks-views-on-huge-eu-clean-hydrogen-output-use-growth-plans» target=»_blank»>появляются</a> уже сейчас. Рассматривается, что голубой водород, получаемый из природного газа с помощью пиролиза, мог бы помочь создать среднесрочный спрос на водород — но до тех пор, пока зеленый водород не станет более конкурентоспособным.Задача ЕС понятна: создать водородную индустрию для накопления лишней энергии ВИЭ, поэтому водород другого происхождения в будущем уже совсем не так интересен. Другие — в том числе и традиционные — источники водорода нужны лишь как временные решения для быстрого создания необходимого масштаба новой индустрии.С ценовыми аспектами связан, конечно, и вопрос гарантий. За последние годы мы уже много раз наблюдали, как ЕС легким движением руки менял правила игры и по регуляции новых газопроводов, и по ценообразованию на газ, и даже в российско-украинских спорах двух хозяйствующих субъектов (очевидно асимметричное применение правил «бери или плати» и «качай или плати» к контрактам на поставку и транзит газа).Участие в водородной энергетике может оказаться интересной идеей продлить газовую эпоху еще на десятилетия, то есть до конца века, но участие любой ценой — ни к чему. Это должен быть окупаемый проект с очевидными гарантиями спроса в контексте возможной нерыночной конкуренции с зеленым водородом. В противном случае проще оставить все как есть — традиционный газ также еще долго будет актуален.

https://ria.ru/20200529/1572136144.html

https://ria.ru/20200527/1572023060.html

https://ria.ru/20200502/1570863685.html

https://ria.ru/20200318/1568798938.html

Неуловимый Джо

Все смешалось — кони, люди… Во-первых, никто не собирается водород жечь. Во-вторых КПД при генерации электричества из водорода около 60% В-третьих, «электролизный» водород дорог — это правда, и водородохранилище дорого — это тоже правда. Но, если считать, что энергия для получения идет с «околонулевой» ценой, как излишняя, то стоит посчитать бизнес-план и кажется мне, что он может быть интересным, т.к. финансовый аналитик энергетической компании разбирается в этом лучше журналиста РИА Новости и лучше диванных критиков, ага. Теперь к диванным комментаторам. Учите матчасть, прежде, чем махать руками. Водород не «катастрофично взрывоопасен» — это чушь. Он гремуч при концентрации от 4% в воздухе. Сперва, попробуйте на практике добиться хотя бы 1% концентрации водорода в комнате, вам понадобится целая спецлаборатория и специальные условия в ней, а значит и квалифицированный персонал. Но это все не так уж и важно, ибо массовое применение также ничего не «сдует». Например, часть двухэтажных автобусов в Лондоне работает на водороде (и да они используют топливный элемент) и Лондон пока стоит, а еще есть Toyota Mirai и она тоже электрическая и требует заправки водородом и активно продается в США, тоже вроде пока никого не сдуло. А еще Мерседес выпускал много лет назад водородоавтобусы которые ездят в крупных городах в разных странах. Проблем у водородной энергетики хватает, но их решают и, в непоследнюю очередь, российские ученые.

43

Егор Воронин

Чем всё печальней в стране тем больше рассказов о том как всё плохо на западе.

14

28

германия

китай

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

Александр Собко

https://cdn25.img.ria.ru/images/155002/84/1550028437_132:0:1012:880_100x100_80_0_0_9cc9280e56b020c0910e27d1d5905d8b.jpg

Александр Собко

https://cdn25.img.ria.ru/images/155002/84/1550028437_132:0:1012:880_100x100_80_0_0_9cc9280e56b020c0910e27d1d5905d8b.jpg

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/07e4/06/03/1572422111_225:0:2954:2047_1400x0_80_0_0_e1087a3548d46b3684aaedc749838cb4.jpg

РИА Новости

Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4

7 495 645-6601


https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Александр Собко

https://cdn25.img.ria.ru/images/155002/84/1550028437_132:0:1012:880_100x100_80_0_0_9cc9280e56b020c0910e27d1d5905d8b.jpg

северный поток — 2, газпром, международное энергетическое агентство, евросоюз, германия, китай, авторы, экономика

Тема водородной энергетики продолжает оставаться в топе энергетической политики ЕС, да и в целом на планете интерес к ней растет. У внешнего наблюдателя при беглом изучении вопроса может сложиться искаженное представление общей картины. С одной стороны, о водороде говорится сейчас очень много, регулярно появляются сообщения о новых и новых проектах. Известное ценовое агентство Platts красноречиво назвало свой раздел по водороду «Beyond the Hype», то есть дословно «За рамками ажиотажа», подразумевая, что ажиотаж, шумиха, хайп действительно существует.

С другой стороны, следует помнить, что водород занимает менее одного процента в энергобалансе ЕС, причем подавляющая часть в этих объемах приходится на традиционные секторы потребления этого газа, которые были всегда. В основном он используется как компонент при производстве аммиака (азотные удобрения), а также в нефтепереработке. Как правило, производство такого водорода сопровождается выбросами углекислого газа. Разные методы получения водорода мы подробно обсуждали ранее.

Водород «в новом прочтении» — это так называемый зеленый водород. Он используется в качестве хранилища энергии и получается при электролизе воды с помощью избыточных, «лишних» объемов электричества от нерегулируемых ВИЭ — возобновляемых источников энергии. И напротив, в период дефицита возобновляемой генерации водород сжигается для получения электроэнергии или тепла. Пока такой водород составляет долю в энергобалансе на уровне погрешности. Но все это не должно успокаивать: Евросоюз решительно взялся за эту тему, в ближайшее время будут приняты соответствующие долгосрочные планы и дорожные карты.

Даже текущая динамика впечатляет. Прогноз говорит, что уже в 2020-м на планете суммарная мощность запущенных новых электролизеров для получения водорода вырастет сразу в несколько раз по сравнению с 2019 годом (до этого был небольшой постепенный рост), хотя и составит пока в общем-то «смешные» 120 мегаватт мощностей по всему миру. Для сравнения: только в Германии сейчас обсуждаются планы строительства к 2030 году от трех до десяти гигаватт электролизеров.

29 мая, 08:00

На «плане спасения Европы» будет зарабатывать Россия

Причины интереса к водородной тематике понятны. Объемы ежегодных вводов ВИЭ постепенно растут, соответственно, накопленные мощности также увеличиваются. При этом новых мощностей ВИЭ полностью (по объему выработки) хватает, чтобы перекрыть увеличивающийся спрос на электричество. Это в среднем по миру. Где-то ВИЭ не хватает компенсировать рост спроса (как в Китае), а где-то их даже с избытком — это как раз Европа. Здесь прирост спроса на электроэнергию минимальный (а то и отрицательный), однако новые мощности ВИЭ строят.

Бесконечно накопление непрогнозируемой генерации продолжаться в нынешнем виде не может, и так регулярно появляются сообщения об ограничениях «лишней» выработки — значит, нужны системы накопления. Решить проблему аккумуляторами явно не удастся. Разговоры идут уже многие годы, но тем не менее по недавнему ежегодному обзору капиталовложений в энергетику от Международного энергетического агентства видно, что инвестиции в батареи-накопители составляют едва заметную долю на диаграмме общих инвестиций в электрическое хозяйство, а никаких масштабных вливаний в другие промышленные системы накопления вообще нет.

Все это, разумеется, понимают в Евросоюзе, но навсегда сохранять газовую генерацию как «back up», поддержку, для непостоянных ВИЭ не хотят (из-за курса на декарбонизацию). А потому очень серьезно взялись за водород. Решение получается дорогое и с низким КПД, однако никаких других масштабируемых решений в этой парадигме просто нет.

Как мы уже обсуждали ранее, «Газпром» также заинтересован поучаствовать в водородном проекте Европы. Разумеется, со своим «типом» (по методу синтеза) водорода, получаемого пиролизом — разложением газа на уголь и водород. Производство такого продукта также не будет сопровождаться выбросом углекислого газа, а потому — по крайней мере, пока — устраивает Европу.

27 мая, 08:00

Дело — еще не труба. Когда будет достроен «Северный поток — 2»

Вопросов в водородной тематике пока больше, чем ответов, и раз российская сторона планирует участие, зафиксируем, на какие аспекты важно обращать внимание.

Во-первых, водородный проект подразумевает использование традиционных трубопроводных сетей, в настоящее время используемых для природного газа. Задач в таком подходе две. Во-первых, сэкономить на инфраструктуре (зеленый водород оказывается дорогим даже на этапе получения, с учетом транспортировки и дистрибуции цена вырастет еще больше). Во-вторых, обеспечить таким образом связку между традиционной и новой энергетикой.

Основной вопрос — не будет ли утечек водорода. С одной стороны, это очевидное соображение, которое уже должно быть проверено в первую очередь. С другой, этот аспект по-прежнему вызывает скепсис у многих наблюдателей. Особенно с учетом того, что в ряде случаев планируется использовать и старые трубопроводные сети. Из-за маленького размера молекулы водород традиционно является сложным в хранении и транспортировке соединением.Особенно это важно для магистральных трубопроводов высокого давления. А ведь в будущем даже в OPAL и EUGAL, сухопутных продолжениях «Северного потока» и «Северного потока — 2» соответственно, планируется использование газоводородных смесей.

Связанный с этим вопрос — где «Газпром» должен строить те самые установки пиролиза. Теоретически это возможно делать и рядом с месторождениями, и в точке экспорта (то есть на Балтике), и в точке приемки, то есть уже на немецком берегу. Но транспортировать природный газ гораздо проще, чем водород: теплотворная способность его в расчете на единицу объема намного больше, да и проблема возможных утечек в таком случае исчезает. Поэтому с данной точки зрения строить пиролизные установки нужно максимально близко к потребителю, то есть в самой Германии. Но возможны и другие аспекты при принятии окончательного решения.

2 мая, 08:00

России незачем становиться ветряной супердержавой. Но она может ею статьКроме того, подмешивание водорода в газ может создавать сложности во всей газовой инфраструктуре. Здесь будут необходимы и дальнейшие исследования, а возможно, и модификация оборудования. Наверное, главный вопрос — как будут работать газовые электростанции на газоводородных смесях. Пока известно, что здесь подмешивание без последствий гарантировано только на небольших объемах водорода. Удастся ли перенастроить всю газовую инфраструктуру на смеси с водородом без существенных инвестиций?

Еще один аспект обсуждения — это цены. Мы видим, что стоимость природного газа сегодня (не конкретно сейчас, а в среднесрочной перспективе) не так уж и велика, и по полной себестоимости, в общем-то, на пределе позволяет окупать сделанные инвестиции с приемлемой нормой прибыли.

Если на всю цепочку производства и доставки газа «навесить» еще и пиролиз (тут проекты пока пилотные, но понятно, что дешевыми они не будут), то это увеличит стоимость конечного продукта. Конечно, водород стоит дороже природного газа. Ведь иначе будет невозможно сделать окупаемой всю концепцию зеленого водорода из ВИЭ. Но следует помнить и о том, что в долгосрочных планах ожидается и падение себестоимости производства зеленого водорода.

Но пока здесь главный вопрос — будут ли ценовые ориентиры и стимулы одинаковыми для зеленого и голубого (получаемого из природного газа, но без выброса углекислоты) водородов на протяжении всех последующих десятилетий.

Тем более что неприятные намеки появляются уже сейчас. Рассматривается, что голубой водород, получаемый из природного газа с помощью пиролиза, мог бы помочь создать среднесрочный спрос на водород — но до тех пор, пока зеленый водород не станет более конкурентоспособным.18 марта, 17:11РИА НаукаУченые приблизились к созданию неисчерпаемого источника энергии

Задача ЕС понятна: создать водородную индустрию для накопления лишней энергии ВИЭ, поэтому водород другого происхождения в будущем уже совсем не так интересен. Другие — в том числе и традиционные — источники водорода нужны лишь как временные решения для быстрого создания необходимого масштаба новой индустрии.

С ценовыми аспектами связан, конечно, и вопрос гарантий. За последние годы мы уже много раз наблюдали, как ЕС легким движением руки менял правила игры и по регуляции новых газопроводов, и по ценообразованию на газ, и даже в российско-украинских спорах двух хозяйствующих субъектов (очевидно асимметричное применение правил «бери или плати» и «качай или плати» к контрактам на поставку и транзит газа).

Повторимся, водород — долгая история, и мы только в начале пути. Основной этап его внедрения в Европе намечен на 2030-2050 годы. Но и будущие установки пиролиза — долгосрочные проекты с длительными периодами окупаемости, а их работа может исчисляться десятилетиями. Очередная смена правил игры грозит дорого обойтись российской газовой отрасли.

Участие в водородной энергетике может оказаться интересной идеей продлить газовую эпоху еще на десятилетия, то есть до конца века, но участие любой ценой — ни к чему. Это должен быть окупаемый проект с очевидными гарантиями спроса в контексте возможной нерыночной конкуренции с зеленым водородом. В противном случае проще оставить все как есть — традиционный газ также еще долго будет актуален.

Водород — основа энергетики будущего / Статьи и обзоры / Элек.ру

История водородной энергетики началась ещё в первой половине XIX века. Именно тогда был создан прототип водородно-кислотного топливного элемента, что стало экспериментальным доказательством возможности его использования для выработки энергии. Тем не менее, практического применения H₂-энергетике пришлось ждать целое столетие. В 1959 году сотрудник Кембриджского университета Фрэнсис Томас Бэкон оснастил топливный элемент ионообменной мембраной, что привело к повышению эффективности его работы.

Это был уже успех, на который обратила внимание такая серьёзная организация как NASA: новый топливный элемент был установлен на космические аппараты «Аполлон» в качестве основного источника энергии. Причём он обеспечивал корабль не только электричеством, но ещё теплом и водой.

Впрочем, переход от использования на уникальных высокотехнологичных устройствах до широкого применения может занимать достаточно долгий срок и сопровождаться рядом проблем, которые непросто преодолеть. Водородная энергетика в этом смысле не стала исключением. А ведь, теоретически, водород — идеальный источник энергии. Поскольку он вырабатывается из воды, его дефицита не будет никогда и ни у кого. Конечно, на планете много засушливых стран, но территорий без нефти и природного газа значительно больше. Проще говоря, водород неисчерпаем.

Чем хорош водород и как его добывать

При окислении водорода, приводящем к выработке электроэнергии, образуется экологически чистая и во всех смыслах безопасная вода. Из неё снова можно добывать водород, и так без конца. К тому же КПД водородных элементов превышает аналогичный показатель всех остальных экологически чистых источников — он достигает 60 %, в то время как у солнечных электростанций едва дотягивает до 20 %, а у ветряных — до 40 %. И это при том, что и те и другие сильно зависят от погодных условий.

Несмотря на все эти достоинства водородная энергетика не торопится спускаться из космоса на землю. Причины этого заключаются, как ни странно, в сложности добычи самого распространённого в мире элемента. Точнее — в энергии, необходимой для выделения водорода из веществ, в которые он входит.

Наиболее эффективный, с точки зрения энергозатрат, способ добычи водорода предполагает использование метана. Если его соединить с водяным паром при высоких давлении и температуре, то образуется газ с содержанием водорода до 75 %. Однако энергоэффективные установки для добычи водорода имеют такие размеры, что применять их можно исключительно на крупных производствах. Да и метан туда нужно каким-то образом доставить.

А вот простейший электролиз воды, знакомый каждому ученику средней школы, требует немало дополнительной энергии. В конечном итоге остаток получается не таким большим, как хотелось бы. Тем не менее, установки полного цикла на основе обычной воды уже существуют и успешно применяются на практике.

Работающие решения

Пример работающей компактной установки, использующей водород, — мобильная электростанция H₂One, разработанная компанией Toshiba. Необходимую для электролиза энергию в ней вырабатывают солнечные батареи, причём избыток электричества накапливается в аккумуляторе на случай неблагоприятных погодных условий.

Электростанция H₂One

Вырабатываемый водород направляется либо непосредственно на производство энергии, либо на хранение в специальный бак. В результате станция всегда имеет запас как электроэнергии, так и водорода. Общие показатели станции H₂One соответствует её относительно небольшим размерам. За час установка производит до 2 куб. м водорода, для чего потребляет 5 куб. м воды. Мощность установки составляет 55 кВт.

Невысокая мощность с лихвой компенсируется автономностью. Например, на основе станций H₂One можно построить эффективную и экологически чистую систему энергоснабжения дома или даже небольшого района. В настоящее время она уже применяется на железнодорожной станции японского города Кавасаки, обеспечивая её электричеством и горячей водой.

Если пожертвовать автономностью, то при помощи водородных станций можно решать серьёзные экологические проблемы — например, утилизировать продукт переработки бытовых отходов. Для этого в 2018 году во всё том же городе Кавасаки была создана установка H₂Rex, обеспечивающая электроэнергией гостиницу King SkyFront. Водород она получает не посредством электролиза, а по километровому трубопроводу с мусороперерабатывающего завода Showa Denko. Там он вырабатывается из пластиковых отходов, поступающих, в том числе, из самого отеля.

Кислород, необходимый для генерации электроэнергии, станция H₂Rex берёт из атмосферного воздуха. Таким образом, коэффициент использования водорода достигает 96 %, а на выходе образуется обычная вода. Мощности такой установки достаточно для обеспечения электричеством около 100 домовладений.

Наконец, весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире экспериментальная электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней используются солнечные батареи общей мощностью 20 МВт, занимающие площадь 180 тыс. кв. м. Всего станция вырабатывает 1,2 тыс. куб. м водорода в час.

Глобальные перспективы

Безусловно, пока доля водородной энергетики относительно невелика. Да и сам водород сегодня не столько топливо, сколько сырьё для производства аммиака и метанола. Однако существующее положение вещей меняется и не исключено, что уже в среднесрочной перспективе водород сможет заменить природный газ.

В частности, в Японии уже началось создание глобальной сети производства водорода для энергетических установок. Причём для его транспортировки в жидком виде стране потребуется около 80 танкеров.

В 2019 году в австралийском городе Гастингсе начато строительство специального водородного терминала. Сжиженный водород оттуда будет отправляться, в том числе и в Японию.

Все эти факты говорят о том, что о высоком потенциале водородной энергетики свидетельствуют не только прогнозы аналитиков, но и инвестиции крупных корпораций. А это означает, что традиционным энергоносителям рано или поздно придётся уступить своё место на пьедестале. 

Автор: Владимир Максимов, руководитель департамента развития новых направлений бизнеса ООО «Тошиба Рус»

типов гидроэлектростанций | Министерство энергетики

Вы находитесь здесь

Главная »Типы гидроэлектростанций

Есть три типа гидроэнергетических сооружений: водохранилище, отвод и гидроаккумулятор.Некоторые гидроэлектростанции используют плотины, а некоторые нет. На изображениях ниже показаны оба типа гидроэлектростанций.

Многие плотины были построены для других целей, позже были добавлены гидроэлектроэнергии. В США около 80 000 плотин, из которых только 2400 вырабатывают энергию. Остальные дамбы предназначены для отдыха, прудов / хозяйств, защиты от наводнений, водоснабжения и орошения.

Гидроэлектростанции различаются по размеру от небольших систем для дома или деревни до крупных проектов по производству электроэнергии для коммунальных служб.Размеры гидроэлектростанций описаны ниже.

Водохранилище

Самым распространенным типом гидроэлектростанций является водохранилище. Водохранилище, обычно крупная гидроэнергетическая система, использует плотину для хранения речной воды в резервуаре. Вода, выпущенная из резервуара, проходит через турбину, вращая ее, которая, в свою очередь, приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Воду можно выпускать либо для удовлетворения меняющихся потребностей в электроэнергии, либо для поддержания постоянного уровня в резервуаре.

ОТВОД

Водозабор, иногда называемый руслом реки, ведет часть реки через канал или водозабор. Это может не потребовать использования плотины.

НАСОСНОЕ ХРАНЕНИЕ

Другой тип гидроэнергетики, называемый гидроаккумулятором, работает как аккумулятор, накапливая электричество, вырабатываемое другими источниками энергии, такими как солнечная, ветровая и ядерная, для дальнейшего использования.Он накапливает энергию, перекачивая воду вверх в резервуар на более высоком уровне из второго резервуара на более низкой высоте. Когда спрос на электроэнергию низкий, гидроаккумулирующее предприятие накапливает энергию, перекачивая воду из нижнего резервуара в верхний резервуар. В периоды высокого потребления электроэнергии вода сбрасывается обратно в нижний резервуар и вращает турбину, вырабатывая электричество.

РАЗМЕРЫ ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

По размеру сооружения варьируются от крупных электростанций, снабжающих электроэнергией многих потребителей, до малых и микростанций, которые люди используют для собственных нужд в энергии или для продажи энергии коммунальным предприятиям.

Большая гидроэнергетика

Хотя определения различаются, Министерство энергетики определяет крупную гидроэнергетику как объекты мощностью более 30 мегаватт (МВт).

Малая гидроэнергетика

Хотя определения различаются, Министерство энергетики определяет малую гидроэнергетику как проекты, вырабатывающие 10 МВт или меньше энергии.

Микрогидроэнергетика

Микрогидроэлектростанция имеет мощность до 100 киловатт. Небольшая или микрогидроэнергетическая система может производить достаточно электроэнергии для дома, фермы, ранчо или деревни.

Подписаться на The Water Wire

Электронный информационный бюллетень Water Power Technologies Office сообщает о возможностях финансирования, мероприятиях, публикациях и мероприятиях прямо на ваш почтовый ящик.

.Решения для электростанций

| Гидрогеника

Hydrogenics обладает уникальным опытом в области поставки систем водородных генераторов для электростанций.

Hydrogenics предлагает полные пакеты, изготовленные в соответствии с высочайшими промышленными стандартами. Это гарантирует доступность водорода в любое время с лучшей системой качества / стоимости, доступной на рынке, и компетентным партнером, который поддержит вас от тендерного процесса до установки, запуска и послепродажного обслуживания.

Наши системы под ключ основаны на двух подходах:

Внутреннее решение с различными настройками и возможностями:

Hydrogenics окажет вам поддержку в планировании здания, строительных работах и ​​установке оборудования, предоставив все необходимые соединительные трубы и фитинги для правильной и безопасной установки водородной системы на вашем объекте.

Решение для установки вне помещений , включая электролизер, компрессор от 150 до 200 бар, если требуется, и все необходимые периферийные устройства (управление, питание, систему охлаждения и т. Д.) Для надлежащего функционирования системы. Доступны четыре варианта емкости, которые будут встроены в 30-футовый корпус:

Hydrogenics поддержит вас в строительных работах и ​​установке оборудования, предоставив все необходимые соединительные трубы и фитинги для правильной и безопасной установки системы на вашем объекте.

Hydrogenics дополнительно дополняет водородный пакет, поставляя и интегрируя различные периферийные устройства, чтобы соответствовать настройке, необходимой для вашего конкретного проекта, в том числе:

• Чиллер для охлаждения газа (компрессор и охлаждение электролита при необходимости)
• ROS (система обратного осмоса при отсутствии деминерализованной воды)
• Компрессор на 150 или 200 бар
• Накопитель высокого давления
• Станция розлива бутылок с вакуумным насосом
• Накопитель среднего давления (30 бар изб.)
• Редукционная станция
• Азотная станция
• Набор инструментов для обслуживания и установки
• Запасные части и расходные материалы
• Полный детальный комплект документации
• Все соединительное оборудование для установки всей системы

Единицы предлагаются в размере 30 футов.корпус, устанавливаемый на открытом воздухе со всей необходимой периферией (по желанию заказчика). Кроме того, Hydrogenics может предложить компрессоры на 150 или 200 бар и станцию ​​для наполнения бутылок, чтобы удовлетворить ваши потребности в резерве.

В каждом пакете Hydrogenics предлагает запуск и ввод в эксплуатацию всей системы вместе с углубленным обучением оператора, чтобы правильно эксплуатировать и обслуживать установку.

В дополнение к поставке полного пакета оборудования Hydrogenics может предоставить вам контроль и, в некоторых случаях, соединение поставленного оборудования, благодаря нашим сервисным центрам по всему миру и партнерским отношениям.

Какая бы установка вам ни понадобилась, мы предлагаем полное решение для гидрогенизации, чтобы обеспечить ваши генераторы надежным источником водорода на месте.

.

Первая водородная электростанция в Италии

Италия построила первую в мире водородную электростанцию. Эта электростанция расположена в Фузине, недалеко от Венеции в регионе Венето в Италии. Enel строит эту электростанцию, не производящую нежелательных парниковых газов. Это крупнейшая энергетическая компания Италии с 50 миллионами потребителей электроэнергии и газа. Enel закупает водород из сопутствующих производств на нефтехимическом заводе Polimeri Europa. Этот водород будет доставляться на предприятие по специально построенным трубопроводам.Polimeri производит широкий спектр нефтехимических продуктов, и его процесс крекинга этилена будет отвечать за получение водорода. Эта водородная электростанция будет сдана в эксплуатацию в 2010 году. Она будет обеспечивать электроэнергией 20 000 домохозяйств.

Эта водородная электростанция является ответвлением проекта «Окружающая среда и инновации», известного как «Водородный парк». К 2012 году на весь проект будет выделено 7,4 миллиарда евро. Еще одна электростанция стоимостью 40 миллионов евро будет установлена ​​на линии существующей угольной электростанции Enel в Фузине.В него будет вложено 4 миллиона евро из местного региона Венето. По заявлению Enel, эта электростанция позволит сократить выбросы более 17 000 тонн углекислого газа в год. Эта электростанция имеет мощность 12 мегаватт и сжигает водород в турбине, разработанной в партнерстве с General Electric.

Мы знаем, что единственными побочными продуктами процесса сжигания водородного топлива являются горячий воздух и водяной пар. Эти два используются для производства пара. Этот пар может быть использован на угольной электростанции для производства еще четырех мегаватт энергии.

Invensys Process Systems (IPS) позаботится о безопасности предприятия. Он также предоставит распределенную систему управления для водородной установки. Система аварийного останова Tricon будет обеспечивать защиту парогенератора и электрических систем с рекуперацией тепла, а также команду на отключение системы газовой турбины.

.Пилотная установка водородной электростанции

, первая для Квинсленда, подчеркивает возрождение скромного химического элемента

Это часто ассоциируется с ядерными бомбами и чрезмерной шумихой 1970-х годов, но теперь идея водорода как источника чистой энергии возвращается в Австралии .

В центральном Квинсленде сейчас на стадии разработки несколько проектов водородной энергетики.

Австралийская компания Northern Oil собирается построить первый в своем роде водородный топливный элемент в Квинсленде на своем пилотном заводе по переработке биотоплива в Гладстоне в начале 2019 года.

Что такое возобновляемый водород?

• Водород — носитель энергии
• Возобновляемый водород получают путем очистки морской воды с последующим разделением водорода и кислорода с помощью электролиза
• Процесс разделения осуществляется за счет солнечной или ветровой энергии
• Водород становится средством хранения возобновляемых источников энергии энергия, такая как солнечная или ветровая
• Преобразуется в транспортируемые формы для экспорта

Компания Трой Коллинз объявила о том, что на этой неделе она принесет европейские технологии в Австралию, и назвал это «немалым подвигом».

«Это то, чем все в Гладстоне должны очень гордиться», — сказал он.

Правительство штата также ведет переговоры с японскими экспертами о строительстве завода по производству водорода из солнечной энергии в центральном Квинсленде, который будет экспортировать водородный газ из порта Гладстона.

Что такое водородная энергия?

Водород сам по себе не является источником топлива — он является носителем энергии.

Обычно его получают путем расщепления молекул воды h3O на атомы водорода и кислорода в процессе электролиза.

Затем он может быть сконденсирован в источник жидкого топлива, который может использоваться для питания автомобилей аналогично дизельному топливу, или его можно использовать для выработки обычной электроэнергии.

Эксперт по водородным системам из возобновляемых источников энергии из Университета RMIT профессор Джон Эндрюс сказал, что это дает экологические преимущества.

«В момент потребления в топливном элементе единственными побочными продуктами являются вода, которая не представляет проблемы для окружающей среды, и электричество», — сказал профессор Эндрюс.

Прорыв в области возобновляемых источников водорода

Следующей крупной экспортной отраслью Австралии может стать солнечный свет и ветер, поскольку революционные технологии упрощают транспортировку и доставку энергии в виде водорода.

Подробнее

Northern Oil будет использовать водород для выработки электроэнергии, но то, как она будет это делать, будет особенно новаторским для Австралии.

Пилотный завод компании в Гладстоне превращает отходы, такие как старые шины и сорняки, в возобновляемую версию традиционного ископаемого топлива.

Для этого нужен водород, и до сих пор его покупали на открытом рынке, но это дорого.

Вместо того, чтобы покупать водород, г-н Коллинз сказал, что компания нашла технологию, позволяющую превращать отходящие газы своего завода, которые обычно выбрасываются в атмосферу, в более дешевый источник водорода.

Часть этого самодельного водорода будет закачиваться обратно в процессы нефтепереработки, а излишки будут генерировать электричество в топливных элементах для работы нефтеперерабатывающего завода, что сделает весь объект компании самодостаточным.

«Это часть экономики замкнутого цикла», — сказал г-н Коллинз.

Ожидается, что мощность водородного энергоблока компании составит от 200 до 400 кВт.

«В этом, безусловно, есть новаторский аспект и прорыв в открытии новых возможностей в Австралии», — сказал профессор Эндрюс.

Он будет следовать проекту Университета Гриффита в Брисбене, где с 2013 года в здании эксплуатируется водородный топливный элемент мощностью 60 кВт.

Извините, срок действия этого видео истек

Выращивание водорода с помощью солнечной энергии

Проект присоединяется к другому более крупному предложению для Порт-Линкольн в Южной Австралии, о котором было объявлено ранее в этом году.

Другие предложения по водороду включают солнечную и ветровую водородную установку для среднего севера Южной Австралии и первое в мире испытание по использованию бурого угля для производства водорода на востоке Виктории.

Правительство Квинсленда также выделило 750 000 долларов в бюджете прошлого месяца на поддержку расследования производства и поставки водорода из альтернативных источников энергии по конкурентоспособной цене.

Профессор Эндрюс сказал, что было многообещающим, что недавно было объявлено так много схем, но дьявол кроется в деталях, когда дело доходило до экологических выгод каждого проекта.

Например, пилотный нефтеперерабатывающий завод компании Northern Oil создает биотопливо, которое все еще выбрасывает загрязняющие вещества в атмосферу, а викторианское предложение предполагает выкапывание угля для создания источника топлива.

«Всегда важно спрашивать, каково общее чистое парниковое воздействие на всю систему», — сказал профессор Эндрюс.

«Ясно, что мы хотим общего чистого сокращения выбросов парниковых газов, иначе в этом нет особого смысла».

Toyota имеет собственную портативную заправочную станцию ​​для прототипов водородных автомобилей Mirai в Австралии. (Поставляется: Toyota)

Профессор Эндрюс сказал, что также было несколько прорывов в транспортировке водорода и его использовании в транспортных средствах, что сделало всю его область деятельности весьма захватывающей.

«Я думаю, что будущее за использованием чистого водородного топлива в автомобиле с водородными топливными элементами», — сказал он.

«За последние пять лет интерес к водороду в Австралии и за рубежом сильно изменился. Я думаю, что интерес растет».

Тем не менее, он осторожно предсказывал энергетическое чудо или «водородную экономику», которая могла бы удовлетворить все потребности мира в энергии, как впервые заявили ученые в 1970-х годах.

«Мы движемся к тому, чтобы увидеть, что водород имеет определенные свойства, и ищем, где находятся эти нишевые приложения», — сказал он.

«Задача состоит в том, чтобы найти практические рентабельные и безопасные способы интеграции водорода в нашу энергетическую систему».

.