Водородная энергетика

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине: Основы энергосбережения

на тему: Водородная энергетика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студентка

ФМ, 1-й курс, ДКУ                                                                            

 

Проверила

ассистент                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Производство водорода 4

2 Основные преимущества и проблемы водородной энергетики 5

3 Перспективы развития водородной энергетики в Республике Беларусь 6

Заключение 8

Библиографический список 9

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В наше время не вызывает сомнений факт, что дальнейшее развитие современной энергетики и транспорта чревато для человечества крупномасштабным экологическим кризисом. Запасы ископаемого  топлива стремительно сокращаются. Прекрасно понимая это, ученые и практики многих стран все громче говорят о необходимости ускоренного поиска альтернативных нетрадиционных источников энергии. И один из них - водород, запасы которого в водах Мирового океана неисчерпаемы.

 Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         1 Производство водорода

 

 

 

               Промышленное производство водорода — неотъемлемая часть водородной энергетики, первое звено в жизненном цикле употребления водорода. Водород практически не встречается в природе в чистой форме и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов. Разнообразие способов получения водорода является одним из главных преимуществ водородной энергетики, так как повышает энергетическую безопасность и снижает зависимость от отдельных видов сырья.

К ним относятся:

• паровая конверсия метана и природного газа ;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• частичное окисление;
• биотехнологии;
• глубинный газ планеты.

         В данный момент наиболее доступным и дешёвым процессом является паровая конверсия. Согласно прогнозам, она будет использоваться в начальной стадии перехода к водородной экономике для упрощения преодоления проблемы «курицы и яйца», когда из-за отсутствия инфраструктуры нет спроса на водородные автомобили, а из-за отсутствия водородных автомобилей не строится инфраструктура. В долгосрочной перспективе, однако, необходим переход на возобновляемые источники энергии, так как одной из главных целей внедрения водородной энергетики является снижения выброса парниковых газов. Такими источниками может быть энергия ветра или солнечная энергия, позволяющая проводить электролиз воды.

Производство водорода может  быть сосредоточено на централизованных крупных предприятиях, что понижает себестоимость производства, но требует  дополнительных расходов на доставку водорода к водородным автозаправочным  станциям. Другим вариантом является маломасштабное производство непосредственно  на специально оборудованных водородных автозаправочных станциях.

 

 

2 Основные преимущества и проблемы водородной энергетики

 

 

В пользу развития водородной энергетики выдвигаются следующие аргументы:

• наличие обширной и диверсифицированной ресурсной базы первичных энергоресурсов для производства водородного топлива, включая практически все ископаемые топлива, а также ядерную энергию, биомассу, солнечную и ветровую энергию;
• высокий потенциал  повышения энергетической безопасности за счет снижения зависимости от внешних поставок энергоресурсов;
• универсальность применения во всех секторах экономики, в централизованной и децентрализованной электроэнергетике, коммунальной теплоэнергетике, в транспортном секторе в качестве моторного топлива;
• экологическая чистота, в первую очередь относительно места конечного потребления, поскольку продуктом сгорания является водяной пар;
• высокая эффективность преобразования в электрическую энергию на базе топливных элементов;
• высокая технологичность потребления, поскольку водород может транспортироваться и распределяться через сетевую систему, аккумулироваться, храниться и доставляться потребителю в нужный момент и требуемое место.

         Однако при всех очевидных выгодах водородной энергетики ее становление связывается с преодолением ряда существенных барьеров технологического, экономического и институционального характера, среди которых выделяются следующие:

• водородное топливо сегодня в три-четыре раза дороже, чем бензин;
• системы хранения водорода недостаточно компактны и требуют ощутимого пространства для размещения на борту транспортного средства;
• топливные элементы почти в десять раз дороже двигателей внутреннего сгорания, имея при этом небольшой технический ресурс эксплуатации;
• большие риски инвестирования в создание необходимой водородной инфраструктуры при существующем уровне технологического развития элементов водородного цикла и неопределённости спроса на водородное топливо.
• Отсутствие необходимых требований, норм и стандартов обеспечения безопасности водородного цикла.

 В заключение следует отметить, что проблемы водородной энергетики могут успешно решаться при условии полного использования всех видов энергии, вырабатываемых при работе основных компонентов энергосистемы (накопители, электрохимические генераторы, система синтеза водорода и утилизации потерь).

          3 Перспективы развития водородной энергетики в РБ

 

               

                  Первые исследования по получению водорода и кислорода из воды на основе использования энергии ядерных реакторов в тогда еще советской Белоруссии были организованы академиком АН БССР А.К.Красиным в 1971-1972 гг. в лаборатории водородной энергетики ИЯЭ АН БССР. В 1977 г. эта лаборатория вошла в состав Института тепло  - и массообмена им. А.В.Лыкова. Тогда совместно с учеными Белорусского технологического института им. С.М.Кирова (ныне БГТУ) были разработаны и осуществлены в лабораторном масштабе термоэлектрохимические циклы реакций, позволяющие получать водород и кислород из воды с существенно меньшей затратой энергоресурсов, чем при прямом электролизе воды.

Интерес к исследованиям  в этой области уже в те годы был настолько велик, что, например, снятый на киностудии «Беларусьфильм»  научно-популярный фильм «Топливо будущего»  с успехом шел в кинотеатрах  по всему Советскому Союзу и неоднократно демонстрировался на всесоюзном телевидении.

Шесть лет назад в ИТМО было создано отделение водородной энергетики в составе одноименной лаборатории и отделов металлогидридных систем и высокотемпературных топливных элементов-электролизеров. С той поры в Беларуси начинаются системные работы в рамках Государственной программы «Водород». Основная их цель - организация широкомасштабных прикладных исследований, объединение усилий и имеющихся ресурсов для создания научных основ практического применения водорода, проектирование и производство прототипов и опытных образцов энергетических установок, соответствующих мировому уровню.

В институте создан ряд  демонстрационных установок, реализующих  новые высокоэффективные технологии получения и использования водорода из метана, природных газов с помощью  плазменно-мембранной технологии. Благодаря  этому появилась возможность  продемонстрировать использование  местных и возобновляемых энергоресурсов (щепы, быстрорастущей древесины) для  автономных энергоисточников. Кроме  того, разрабатываются отечественные  конструкции топливных элементов  для прямого преобразования химической энергии в электрическую, создаются  системы связанного хранения водорода в металлогидридных аккумуляторах.

Для научно-исследовательских  целей в лаборатории водородной энергетики также установлено оборудование, позволяющее работать в наномасштабах, проводить исследования на спектральном уровне.

По мнению заведующего  лабораторией и отделением водородной энергетики ИТМО Сергея ФИЛАТОВА, развитие этого направления сейчас наиболее актуально для Беларуси, особенно в связи с продолжающимся ростом цен на традиционный для нашей  экономики энергоноситель - природный  газ. В ближайшей перспективе  актуально создание водородоаккумулирующих энергоустановок, систем генерации синтез-газа (с содержанием водорода от 30 до 80%) из местных и возобновляемых энергоносителей и биомассы.

Самое масштабное производство водорода в Беларуси налажено на Мозырском  нефтеперерабатывающем заводе. Действующая  там установка предназначена  для обеспечения подпиточным  водородом проектируемых установок  изомеризации и гидрообессеривания (т.е. катализируемого химического  процесса, широко применяемого в промышленности для удаления серы) из бензина каталитического  крекинга и дизельного топлива. Моторные топлива «облагораживаются» в соответствии с требованиями стандартов Евросоюза. Немало водорода потребляют и предприятия  белорусской энергосистемы, эксплуатирующие  около двух десятков электролизных  установок.

Использование водорода на том же Мозырском НПЗ обеспечивает наиболее высокую среди аналогичных  предприятий в странах бывшего  СССР степень переработки нефти.

Неплохие перспективы  и у создания отечественного производства эндогазовых установок (с содержанием  водорода до 40%) для предприятий Минпрома, использующих метод частичного окисления  метана для обеспечения специальных  технологических процессов.

В рамках Государственной  программы «Водород» предполагается разработать отечественные нанокатализаторы для топливных элементов, прототипы генератора водородосодержащего синтез-газа и электрогазогенератора для выработки водородно-кислородных газовых смесей, гелиоконцентратора и фотоэлектрохимических элементов для получения водорода электролизом воды.

Производство отечественных  щелочных и высокотемпературных  электролизеров, которые разрабатываются  в рамках Госпрограммы, относится  к числу быстро окупаемых технологий. Их создание позволило бы обеспечить внутрибелорусские потребности (6-10 установок электролиза в год  для ТЭЦ и предприятий пищепрома) и предлагать отечественные разработки на международном рынке.

Однако до сих пор в  Беларуси не существует специального предприятия, ориентированного на выпуск оборудования для реализации водородных технологий. Приходится закупать системы  и установки для производства, хранения и использования этого  газа за границей. Хотя возможности  и стремление создавать собственную  продукцию - и тем самым поддерживать белорусскую промышленность - у наших  ученых есть. И они, имея в виду перспективность  водородных технологий и потенциальную  возможность сокращения за счет их использования потребления газа, считают целесообразной организацию  в стране нового импортозамещающего производства с экспортным потенциалом.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Водородная энергетика в силу своих потенциальных достоинств претендует на право существенного изменения картины будущего мирового энергопотребления, поскольку она может заметно расширить ресурсную базу энергетики, повысить энергетическую безопасность благодаря снижению зависимости от импортируемой энергии, а также способствовать снижению загрязнения окружающей среды.  В целом речь идёт о переходе к водородоориентированной экономике, предполагающей реализацию всех выгод от внедрения водородной энергетики, основанной на широкой и диверсифицированной базе ископаемых топлив, ядерной энергии и энергии возобновляемых источников, в сочетании с повсеместным использованием водорода практически во всех  секторах экономики.

 Это предполагает создание  соответствующей инфраструктуры и подкрепление адекватными институциональными отношениями. Наиболее тщательный анализ нужен для обоснования достижимых уровней энергетической эффективности различных звеньев и вариантов водородного цикла с учётом всех накладываемых фундаментальных ограничений на их осуществление. Помимо энергетической неэффективности существенным препятствием для становления водородной энергетики является высокая стоимость производства и поставки водорода потребителю, которая в настоящее время в три-четыре раза превышает стоимость соответствующего бензинового эквивалента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК