ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ УРОВНЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ТЕРРИТОРИЙ

TECHNOLOGICAL OPPORTUNITIES FOR INCREASING ENERGY EFFICIENCY USING THE NATURAL RESOURCES OF THE TERRITORIES

Artem Smoliakov

Postgraduate student of the Department of Economics in Energy and Industry National Research University "MEI",

Russia, Moscow

Anna Gorbenko

Associate Professor of Economics in Energy and Industry National Research University "MEI",

 Russia, Moscow

Введение

С целью увеличения мощности и времени работы базовых электростанций, а также для уплотнения графика нагрузки и возможности компенсирования его пиковых изменений применяется аккумулирование энергии. За счет этого можно повышать устойчивость работы крупных ТЭЦ при обеспечении баланса мощности электроэнергетической системы. Накопители энергии могут накапливать или консервировать энергию в часы провала графика нагрузки, а затем использовать энергию в пиковые часы провала графика нагрузки. Накопители энергии оптимальным образом соединяют между собой основные процессы производства энергетики и потребления электроэнергии. Тем самым оптимизируется вся инфраструктура энергетики, топливоснабжение, генерирование, передача, распределение электроэнергии и обслуживание потребителей. А также накопители играют важную роль в агрегатах бесперебойного питания (АБП). Использование накопителей энергии повышает эффективность работы линий электропередач (ЛЭП), загрузка которых составляет в среднем 50-65% от их пропускной способности, и к тому же снижаются требования к диапазону регулирования электростанций, осуществляющих работу в базисном режиме.

Приоритетной задачей комплексного стратегического развития, промышленной и энергетической политики по освоению и развитию труднодоступных и северных территорий Дальнего Востока и Арктической зоны является обеспечение потребителей этих регионов высоконадежными и энергоэффективными; устойчивыми при использовании в суровых и экстремальных природно-климатических условиях; экологически безопасными источниками энергии [1].

Основная часть

Аккумулирование энергии базируется на физических и химических принципах. Первые из них представлены в качестве способа накапливания теплоты и механической энергии. Для аккумуляторов, в основе которых есть вода или прочие однофазные вещества, температура в ходе процесса изменяется во времени. В том случае, когда за основу берутся вещества, способные менять агрегатное состояние, наблюдается сохранение постоянной температуры, которая будет соответствовать температуре фазового перехода [2].

На гидроаккумулирующих станциях имеется избыток электрической энергии, поэтому там происходит накопление механической энергии. После того, как вода пройдет через гидротурбины, она переходит в водохранилище. Данный процесс обеспечивает постоянный напор воды в течение длительного времени – на протяжении целого года. В ходе осуществления экзотермических реакций происходит выделение теплоты, которую в дальнейшем возможно использовать в качестве полезной для технологических процессов. Накапливание энергии в гальванических элементах как одноразового, так и многоразового пользования осуществляется с помощью электрохимических реакций. К элементам многоразового пользования принято относить кислотные и щелочные аккумуляторы, которые способны выдержать процесс снижения и повышения емкости.

Химические принципы накапливания энергии способны запускать биохимические реакции в ходе воздействия солнечной энергии (данный принцип лежит в основе фотосинтеза). В итоге происходит создание органических веществ, которые в дальнейшем также аккумулируют солнечную энергию, а т.к. животные употребляют растения, в животных накапливается энергия.

Известно, что более 85% мировой энергии обеспечивают нефть, уголь и газ– продукты, являющиеся углеродосодержащим топливом. Исходя из этого вытекают всевозможные нарастающие проблемы экологии, вплоть до появления парникового эффекта, потепления климата и возникновения угрозы экологических катастроф. Сейчас все больше начинает преобладать мнение о том, что углеродная энергетика требует замены на более продуктивные и экологичные процессы, а значит не за горами становление эпохи водородной энергетики. Именно этот вид энергетики, несущий в себе водород как топливо, является наиболее оптимальным для устранения проблем энергообеспечения при минимальных воздействиях на окружающую среду.

Если рассматривать водородную энергетику – то это тип возобновляемой энергии, где в качестве источника энергии служит водород. Помимо того, что водород может быть, как для производства электроэнергии, тепла, он также может быть топливом для транспорта. Данная энергетика является дополнением к атомной, нефтяной или энергетике с возобновляемыми источниками энергии, в то время как сама новым источником энергии не является. Необходимость водородной энергетики заключается в рационализации использования имеющихся источников энергии или в получении других дополнительных выгод, таких как значительное увеличение КПД.

Важно отметить, что водород не выступает в качестве источника энергии, а способ его получения – результат преобразования энергетических ресурсов в химическую энергию. К тому же допустимо использование полученной энергии при процедуре дальнейшего окисления водорода.

В зависимости от того, какой была первичная энергия, применяемая в процессе получения водорода, создана классификация видов водорода: «белый» - природный, присутствует в земной коре; «желтый» - атомная энергия для расщепления воды на составляющие - кислород и водород; «серый» - водород, который был получен при использовании паровой конверсии из метана; «бирюзовый» - водород, полученный путем пиролиза – при разложении метана на водород и твердый углерод; «зеленый» - энергия от возобновляемых источников энергии для электролиза воды.

Экологи и сторонники, поддерживающие положения Парижского климатического соглашения, заинтересованы в использовании «зеленого» водорода, поскольку в результате взаимодействия водорода с возобновляемыми источниками энергии возможна выработка энергии с нулевыми выбросами.

Заключение

Водородные накопители энергии представляют собой одну из наиболее перспективных энергосберегающих технологий. Возможность хранения и использования водорода в качестве источника энергии открывает новые горизонты в сфере устойчивого развития и экологической безопасности. Водород является одним из самых распространенных элементов в природе, и его потенциал в качестве «зеленого» топлива неоценим. При сжигании водорода в окружающую среду не выделяются токсичные и вредные вещества, а единственным продуктом его реакции с кислородом является вода. Это делает водородные накопители энергии идеальным выбором для особо чувствительных к экологии отраслей, таких как автомобильная и энергетическая. При этом, для того чтобы водородные накопители энергии стали широко применяемыми, необходимо решить ряд технических и экономических вызовов. Проблемой является сложность производства и хранения водорода, а также его транспортировка.

В настоящее время исследователи активно работают над разработкой более эффективных и безопасных методов производства и хранения этого элемента. Кроме того, проведение масштабных исследований и экспериментов поможет определить оптимальные условия для использования водородных накопителей энергии в различных отраслях. Одним из примеров применения этой технологии является создание водородных генераторов, которые могут использоваться для обеспечения необходимой энергией отдаленных или малоосвоенных районов. Таким образом, водородные накопители энергии представляют собой энергосберегающую технологию с огромным потенциалом.

При правильной разработке и интеграции они могут стать ключевым элементом перехода к более экологически чистым и устойчивым источникам энергии. Вместе с тем, несмотря на все преимущества, водородные накопители имеют ряд недостатков, которые ограничивают их широкое применение. Один из таких недостатков – это сложность и стоимость производства водорода из воды с использованием электролиза или других методов [3]. Кроме того, хранение водорода требует специальных материалов и конструкций, что также увеличивает стоимость. Тем не менее, исследования и разработки в области водородных накопителей продолжаются, и уже сейчас существуют технологии, которые могут значительно снизить затраты на их производство и использование. Например, использование возобновляемых источников энергии для производства водорода и применение новых материалов для хранения водорода могут существенно улучшить эффективность и экономичность водородных накопителей. В целом, водородные накопители представляют собой перспективное направление развития энергетики, которое может помочь решить проблемы, связанные с изменением климата и обеспечением устойчивого энергоснабжения.

Список литературы:

1. Басовский Л.Е. Теория экономического анализа. – М.: Инфра-М, 2005. – 70 с.
2. Дуников Д.О. Водородные энергетические технологии: Материалы семинара лаборатории ВЭТ ОИВТ РАН: сб. науч. тр. / редкол.: Д.О. Дуников (отв.ред.) [и др.]. – М.: ОИВТ РАН, 2017. – Вып. 1. – 190 с.
3. Калантаевская Н.И. Перспективы использования систем накопления электроэнергии в энергоснабжении // Автоматика. Информатика. – 2009. – № 1. – С. 87-90.