- •Введение в специальность. Основы экономики топливно-энергетического комплекса
- •Часть I
- •Москва Издательский дом мэи 2009
- •Введение
- •Глава 1. Роль топливно-энергетического комплекса в развитии национальной экономики
- •1.1. Основные характеристики энергетического хозяйства национальной экономики
- •Организационно-технологические особенности отраслей тэк
- •Экономические особенности отраслей тэк
- •1.2. Топливно-энергетические ресурсы. Количественная оценка запасов. Характеристики качества энергетических ресурсов мира
- •Прогнозируемая количественная оценка потенциальных мировых запасов энергетических ресурсов по данным съезда Мирового энергетического конгресса (мирэк)
- •Качественная оценка энергоресурсов
- •Низшая теплотворная способность топлива
- •Температура воспламенения тэр
- •1.3. Перспективный спрос и эволюция рынков энергетических ресурсов. Современное состояние и прогнозы развития мирового энергетического хозяйства
- •Мировое производство энергоресурсов
- •Вопросы для повторения
- •Глава 2. Технологические основы производства и распределения топливно-энергетических ресурсов
- •2.1. Основные элементы энергосистемы. Классификация энергогенерирующих установок
- •2.2. Физические основы преобразования энергии
- •2.3. Принципиальные схемы работы электростанций различных типов
- •Принципиальная схема газотурбинной установки
- •Рис 2.6. Принципиальная схема гту
- •Принципиальная схема парогазовых установок
- •Рис 2.7. Принципиальная схема пгу с впг
- •Рис 2.8. Принципиальная схема пгу (сбросная схема)
- •Принципиальная схема атомных электростанций
- •1―Активная зона; 2―тепловыделяющие элементы (твэлы); 3―отражатель; 4―защита; 5―теплоноситель; 6―теплообменник; 7―паровая турбина; 8―конденсатор; 9―электрический генератор
- •Электрооборудование тэс и принципиальная схема энергосистемы
- •2.4. Технологическая цепочка нефтегазовой промышленности. Разведка нефтегазовых месторождений
- •Поиск и разведка месторождений
- •2.5. Технологический цикл нефтяной отрасли Добыча нефти
- •Методы нефтедобычи
- •Нефтепроводы
- •Насосные станции
- •Система хранения нефти
- •Переработка нефти
- •Технологическая схема газовой отрасли
- •Технологическая цепочка угольной отрасли
- •Вопросы для повторения
- •Глава 3. История создания российских отраслей тэк
- •3.1. История электроэнергетической отрасли
- •3.2. Об истории российской нефти
- •3.3. История газовой отрасли
- •3.4. История угольной отрасли
- •Годовая добыча угля в ссср, млн т
- •3.5. Закономерности технологического развития
- •Характеристики технологических укладов
- •Вопросы для повторения
- •Глава 4. Энергетика XXI века
- •4.1. Системно-технологические основы энергетики будущего
- •4.2. Проблемы и перспективы развития энергосбережения
- •4.3. Водородная энергетика. Современное положение и перспективы развития
- •Сравнительная характеристика теплоты сгорания различных видов топлива
- •4.4. Использование высоких технологий в газовой отрасли
- •4.5. Инновационные технологии в угольной промышленности
- •4.6.Перспективы развития атомной энергетики
- •4.7. Экономические аспекты развития нетрадиционной энергетики
- •Состояние и перспективы использования возобновляемых
- •Годовая выработка электроэнергии на 1 кВт установленной мощности по видам нвиэ (источник мэа)
- •Вопросы для повторения
- •Библиографический список
- •Приложения
- •Этапы развития атомной энергетики России
- •Этапы развития гидроэнергетики России
- •Этапы развития теплоэнергетики России
- •Содержание
- •Часть I
4.3. Водородная энергетика. Современное положение и перспективы развития
Одной из важнейших задач современности является коренная экологическая реорганизация промышленности и энергетики. Наиболее общий метод решения этой проблемы состоит в широком использовании водорода — по сути, единственного экологически чистого энергоносителя, т.е. переход к водородной энергетике.
Одним из главных вопросов современной экологии и развития водородной энергетики является решение проблем крупномасштабного получения дешевого водорода. Как показывает анализ, для России необходимо поэтапное наращивание производства водорода, уровень которого уже через 4―5 лет должен составлять 20―23 млн т/год. Этот первый этап должен характеризоваться эффективным использованием водорода на транспорте, в металлургии, нефтехимии и т.д. Однако уже в первые десятилетия нового тысячелетия объем производства водорода необходимо довести до 60―75 млн т/год и параллельно обеспечить его широкое использование во всех индустриальных отраслях. Следующий этап — широкомасштабное применение водорода как основного и экологически чистого энергоносителя — отвечает уровню его производства в 200 млн т/год. Необходимо отметить, что поскольку водород является вторичным энергоносителем, водородная энергетика должна опираться на первичные энергоисточники: ядерную энергетику повышенной безопасности, солнечную энергию, энергию ветра, приливов и т.д.
Наиболее универсальным методом производства водорода является получение водорода из воды с помощью плазмохимических и электрохимических технологий. Водород можно получать с помощью плазмохимических методов из природного газа (метана), а также при его переработке для выделения сернистых примесей, таких как H2S (сероводород).
Фундаментальной задачей остается дальнейшее понижение энергетической цены получения водорода. Эта проблема требует проведения широкого круга разноплановых исследований, в том числе фундаментальных.
Следующая важная проблема — водородная безопасность ядерных энергетических установок, а также других водородосодержащих производств. Здесь необходимы комплексные исследования, основанные на правильно выбранных концепции и методах регулирования концентраций водорода в больших объемах.
Второй этап может быть связан с полным устранением природных топлив из энергобаланса и требует освоения крупномасштабного производства водорода из воды. Основу такой схемы должны составлять возобновляемые первичные энергоисточники (солнечная энергия, гидроэнергетика, энергия ветра, энергия приливов, геотермика), а также атомные, а в перспективе и другие источники.
Использование водорода в качестве экологически чистого топлива для транспорта и вторичного энергоносителя-аккумулятора энергии в энергетике связано с разработкой ряда ключевых элементов новой техники ― прежде всего топливных элементов с твердополимерным электролитом для автотранспорта, высокотемпературных топливных элементов для энергетики и водородно-кислородных парогенераторов для энергоустановок больших мощностей.
По оценкам отечественных и зарубежных специалистов водородные энергоустановки на базе топливных элементов будут наиболее эффективны при их мощности до 1―10 МВт. При мощностях свыше 10 МВт экономичнее и эффективнее энергоустановки паротурбинного цикла с водородно-кислородными парогенераторами, разработки которых в настоящее время наиболее продвинуты в Германии, России и Японии.
Японское правительство в рамках организации NEDO (Организация по разработкам в области новых источников энергии и новых промышленных технологий) создало Программу мировой энергетической сети (WE-NET) — проект продолжительностью с 1993 по 2020 гг. Программа направлена на исследование и выявление технологических решений, необходимых для развития системы преобразования энергии на базе водорода. Часть этих усилий направлена на исследование и развитие системы турбин с использованием водорода в качестве топлива, которая может эффективно преобразовывать химическую энергию, заключенную в водороде, в электрическую энергию посредством теплового двигателя, в котором происходит сжигание водорода с чистым кислородом.
Крупнейшие производители автомобилей все чаще задумываются об альтернативных источниках топлива. Работа в этом направлении ведется уже давно. Как правило, наиболее перспективными видами топлива считаются природный газ и водород. Близко к серийному производству таких двигателей подошла американская компания Ford. 7 августа 2002 г. канадская компания Ballard Power Systems совместно с Ford Power Products продемонстрировали предсерийный образец водородной генераторной установки Ballard Ecostar. По утверждению разработчиков, это первый в мире генератор, основанный на традиционном двигателе внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива используется водород.
Дальше всех на сегодняшний день в использовании водорода в двигателе внутреннего сгорания продвинулась немецкая компания BMW, создав автомобиль для США, который может работать и на водороде, и на бензине.
В больших городах для автомобилей, использующих водород в качестве топлива, появятся специальные автозаправки. Таким образом, удастся избежать нехватки трубопроводов и машин по перевозке сжиженного водорода, обеспечив плавный переход с дизельных и бензиновых двигателей на водородные, а также достижение конечной цели: перехода на экологически чистые топливные элементы.
Даже традиционные энергетические компании находят будущее водорода привлекательным.
Водород является идеальным топливом, так как при его сгорании не образуется ничего, кроме химически чистой воды. К важным преимуществам водорода как перспективного топлива относятся следующие:
водород является возобновляемым источником энергии и не связан с выбросом каких-либо загрязнений в окружающую среду. При сжигании водорода в чистом кислороде единственными продуктами оказываются тепло и вода;
высокая теплотворная способность. Теплота сгорания водородного топлива по сравнению с другими видами топлив приведена в табл. 4.1.
Таблица 4.1