ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДА В КАЧЕСТВЕ НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

USING HYDROGEN AS AN ENERGY STORAGE DEVICE

Alexander Shevchenko

Master, Department of Electric and Thermal Power Engineering, Orenburg state University,

Russia, Orenburg

Oleg Dubinin

Master, Department of Electric and Thermal Power Engineering, Orenburg state University,

Russia, Orenburg

Tatiana Sokolova

scientific supervisor, Candidate of Economic Sciences, Assoc. Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В статье представлена информация об использовании водорода в альтернативной энергетике. Проанализированы труды ученых с разных стран. Сделан вывод об применении водорода в качестве возобновляемого источника энергии.

ABSTRACT

The article presents information about the use of hydrogen in alternative energy. The works of scientists from different countries are analyzed. The conclusion is made about the use of hydrogen as a renewable energy source.

Ключевые слова: водород; возобновляемый источник энергии; альтернативная энергетика.

Keywords: hydrogen; renewable energy source; alternative energy.

Одним из перспективных и обоснованных в современной энергетике способов получения водорода является использование водородных технологий в альтернативной энергетике.

На данный момент выделяют шесть наиболее значимых вариантов применения водорода в качестве возобновляемого источника энергии.

1) Солнечная тепловая энергия. Суть данного метода заключается в тепловом распаде воды. При достижении температуры более 1700 °C вода самопроизвольно начинает распадаться на водород и кислород. Получение такой температуры достигается путем концентрирования солнечного света в одной точке с помощью линзы либо параболического зеркала.

2) Энергия ветра. Метод находится на стадии экспериментального освоения. Сутью является сравнивание различных технологий гидролиза воды, их стоимости, а также способы хранения водорода.

В настоящее время американскими учеными, начиная с 2019 года, реализуется проект «Wind-To-Hydrogen Project». Проект совсем недавно перешел только во вторую фазу исследования. Это означает, что получение электрической энергии путем ветрогенерации выгоднее, чем полный цикл по получению, хранению и использованию водорода.

3)  Получение водорода из отходов. Процесс получения водорода путем переработки отходов включает в себя размещение золы в антикислородной среде. Зола пропитывается водой, что сопутствует образованию газообразного водорода. Газ всасывается через трубы и хранится в газгольдерах.

4) Химическая реакция воды с металлами. Метод подразумевает использование сплава алюминия с галлием, полученный консистент формируется в топливные гранулы. Топливные гранулы помещают в бак с водой. Галлий создаёт вокруг алюминия пленку, предотвращающую окисление алюминия. Результатом реакции является создание водорода и оксида алюминия.

5) Получение водорода из биомассы. Водород получается термохимическим способом. Биомассу нагревают изолированно от кислорода до температуры 450–900 °C, В результате чего выделяется H₂, CO и CH₄. Стоит отметить, температура нагревания намного ниже температуры процесса газификации угля.

6) Биохимическое производство водорода. Метод заключается в процессе фотосинтеза:

CО₂ + 2H₂O → CH₂ + H₂О + 3/2O₂                                                                            (1)

2H₂O + hn → O2 + 4H+ + 4e–                                                                                (2)

4H+ + 4e– → 2H₂                                                                                        (3)

В России реализован один из наиболее успешных проектов по использованию водорода в возобновляемой энергетике – «Комбинированная энергетика».

Государственным научным центром «Физико-энергетический институт» разработана комбинированная энергоустановка электрической мощностью 7,5 кВт, включающая в себя: ветрогенератор (ВГ), электролизёр, ресивер водорода и батарею топливных элементов (БТЭ).

Рисунок 1. Структура комбинированной энергоустановки (N_ВГ – электрическая мощность ВГ; G^*_H2 – поток водорода от электролизёра; G_H2 – объемный расход водорода из емкости; N_БТЭ – выходная электрическая мощность БТЭ)

Результаты работы установки:

• постоянная работа БТЭ с генерацией необходимого количества электричества и тепла для потребителя;
• умеренная потребная мощность ВГ и, соответственно, стоимость установки.

Недостатки:

• большая потребная мощность ВГ, а значит и стоимость всей установки;
• отсутствие тепла в режиме, когда электроэнергия поступает потребителю прямо с ВГ;
• необходимость частого включения-выключения БТЭ, что снижает её ресурс.

Подводя итог, можно сказать, что использование водорода в качестве альтернативной энергетики является энергетически неэффективным.

Список литературы:

1. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учеб. пособие. 2003. – 81 с.
2. Кочетов А. Водород в альтернативной энергетике: науч. ст. 2022. – 6 с.