Автор: Водородная энергетика — это не что иное, как один из видов альтернативной энергетики, специализирующейся на употреблении водорода в качестве источника энергии, посредством его выработки, аккумулирования, хранения, транспортировки и использования. Водород обладает наибольшей теплотой сгорания по сравнению с другими видами топлива, в результате чего образуется вода пригодная для дальнейшего употребления в сфере водородной энергетики [1].
К плюсам водорода как энергоносителя относятся:
- неограниченные запасы сырья для получения водорода;
- водород экологически безопасен, поскольку продуктом сгорания является вода;
- высокий КПД водородных топливных элементов — от 60 до 70% энергии топлива;
- теплота сгорания водорода (1,17 ГДж/кг) почти в три раза выше, чем у нефти, и в четыре раза больше, чем у каменного угля или природного газа.
Помимо всех преимуществ водорода перед традиционными источниками энергии есть и недостатки, такие как:
- трудности хранения и транспортировки, т.к. водородные технологии ещё не полностью исследованы, поэтому инфраструктура хранения и поддержки не сильно развита;
- высокая стоимость, поскольку процесс получения, такой как электролиз, является достаточно дорогим [2], несмотря на то что водород легко доступен.
Для получения тепловой энергии водород можно сжигать в котлах. Принцип работы водородного котла практически ничем не отличается от работы обычного газового котла: топливо подаётся на горелку, факел горелки обогревает теплообменник, залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к отопительным приборам. Только вместо магистрального газопровода или ёмкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки — генераторы водорода. Самый распространённый вид генератора — это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород.
Преимущества водородного котла:
- водородный генератор для отопления характеризуется высоким КПД — свыше 90%;
водородная горелка обладает экологической безопасностью, поскольку при функционировании агрегата образуется только водяной пар, который абсолютно безвреден, как для организма проживающих в жилом помещении людей, так и для окружающей среды;
водородное отопление не предполагает наличие огня. К недостаткам такого агрегата можно отнести:
малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа;
высокая цена промышленных моделей;
повышенная взрывоопасность топлива — в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
высокий уровень шума газогенерирующих установок [3].
Более безопасными устройствами для использования водорода являются топливные элементы. Топливный элемент — устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции. По принципу работы он схож с батареей. Конструктивно топливный элемент представлен катодом, анодом и электролитом. Но в отличие от батарей, топливные элементы на водороде не накапливают электрическую энергию, не нуждаются в электричестве для повторной зарядки и не разряжаются. Выработка электроэнергии ячейками продолжается до тех пор, пока у них имеется запас воздуха и топлива.
Топливные элементы — перспективный вид энергопроизводящего оборудования как для промышленности, так и для автономных установок коммунально-бытового сектора. Высокий КПД использования газа и превосходные экологические характеристики дают основания полагать, что после решения важнейшей задачи — снижения стоимости — этот вид энергетического оборудования будет востребован на рынке автономных систем, в системах тепло — и электроснабжения [4].
Водородные технологии играют важную роль наряду с электричеством в низкоуглеродной экономике, поскольку могут служить источником как тепла, так и электричества. Даже при том, что сам по себе водород не отвечает фундаментальным требованиям для мгновенного балансирования энергетической системы, он может обеспечить альтернативный вариант на пути к более глубокой декарбонизации за счёт водородных хранилищ.
Список литературы
- Портал НЕФТЕГАЗ [Электронный ресурс] // URL: http://oilandgasforum.ru/data/ files/20_web.pdf (Дата обращения 11.04.2022).
- Роль водородной энергетики в мировой энергетической системе // Сообщество IT-специалистов ХАБР [Электронный ресурс] // URL: https://habr.com/ru/post/649599 (Дата обращения 21.03.2022).
- Федотов А. Энергетика в эпоху декарбонизации // Интернет-журнал «Стройка Века». Вып. 3 [Электронный ресурс] // URL: https://stroikaveka.org/proizvodstvo/ energetika/vozobnovlyaemaya-energetika-sssr.html (Дата обращения 14.03.2022).
- Топливные элементы. Вполне реальная альтернатива существующим ТЭС // Портал «Энергоэффективность и энергосбережение» [Электронный ресурс] // URL: http://portal energo.ru/articles/details/id/802 (Дата обращения 11.04.2022).
Автор: Рубцов А. В. (студент гр. УЖХМД-11), пособие. Орлов М. Е. (к.б.н., доцент)
Источник: Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: сборник работ студентов — сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки». Выпуск 20 [Электронный ресурс]. — Электронные данные. Ульяновск : УлГТУ, 2022. — 131 с.
