Новая энергетика

Основы водородной энергетики

Новая энергетика - Водородная энергетика

1. Использование водорода в качестве топлива положительно скажется на энергетической безопасности, экологии и экономическом росте.

a.Водород поможет увеличить энергетическую безопасность, так как его можно производить из множества первичных энергетических источников, включая восстанавливаемые. Таким образом, водород может стать полноценной альтернативой нефтяному топливу.

Доказательства:

• Водород можно добывать, используя самые разнообразные природные ресурсы: природный газ, уголь, воду, газы из органических отходов, биотопливо (например, этанол) и другие сельскохозяйственные продукты.

- Исторически, большая часть коммерческого водорода добывалась из природного газа, но предвидется увеличение доли других источников в производстве водорода.

• Для добычи водорода можно использовать самые разные источники энергии – сжигание ископаемого топлива, ядерную энергию и восстанавливаемые технологии, включая солнечную, ветряную, гидроэнергию, биоэнергию и геотермальную.

- Благодаря такому разнообразию ресурсов и технологий, водород можно будет производить в разных регионах страны и по всему миру.

• На сегодняшний день, из 50 миллионов тонн добываемого водорода, примерно половина получается конверсией водяного пара с природным газом (48%). Также водород производят из нефти (30%), угля (18%) и воды (4%). Источник: National Academy of Engineering, “The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs”(2004), Fig 7-1; Air Products ( 2003)

• По прогнозам, разрабатываемые технологии позволят в будущем существенно снизить цену на водород, которая составит $1.25-$4.25/кг. (Этот диапазон включает использование более эффективных автомобилей на топливных элементах, затраты на производство, распространение, без учета налогов). Источник: National Academy of Engineering, “The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs”(2004), Fig. 5-3

• Дополнительные источники информации (на английском):

www.hydrogen.energy.gov/production.html

www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html

www.hydrogenassociation.org (production fact sheets)

http://www.nap.edu/books/0309091632/html/

b. Развитие водородной энергетики способствует защите окружающей среды, так как технологии его производства и использования сохраняют чистоту воздуха и уменьшают выброс парниковых газов.

Доказательства:

• Выбросы в атмосферу при производстве водорода зависит от исходного ресурса и используемой технологии.

• Так при электролизе воды с использованием возобновляемых источников энергии (солнечной, ветряной гидро и геотермальной) получается водород без загрязнения воздуха и при нулевом выбросе парниковых газов.

- На данный момент эти методы производства водорода не составляют конкуренции более дешевым технологиям, но ведущиеся исследования могут помочь уменьшить их стоимость.

• Водород можно получить с практически нулевым загрязнением воздуха из природного газа, угля или другого ископаемого топлива отделяя диоксид углерода прямо в местах водородного производства.

- Потенциально опасные углеродсодержащие вещества отделяются от водорода и захороняются под землей. Их устойчивость и поведение с течением времени всё ещё изучается, но предварительные исследования показали обнадёживающие результаты.

• Выбросы диоксида углерода присутствуют, когда водород производят из природного газа или с помощью энергии тепловых электростанций на ископаемом топливе.

- Локальное улавливание диоксида углерода в цехах по производству водорода намного легче, чем улавливание выбросов каждого из 600 миллион автомобилей по всему миру.

• Выброс диоксида углерода в атмосферу при производстве водорода из биомассы можно снизить до нуля в зависимости от типа энергии, используемой для питания производственного оборудования.

• Когда водород используют в качестве энергоносителя в топливном элементе для прозводства электричества для коммунальных целей или в автомобилях, отсутсвуют выбросы парниковых газов и загрязнение атмосферы.

- Такие устройства с нулевыми выбросами в атмосферу могут быть исключительно ценными для снижения риска для здоровья в местах с повышенным уровнем загрязнённости воздуха.

• Если водород используют в качестве топлива в системах сгорания, например двигатели внутреннего сгорания, водород сгорает чисто с минимальными выбросами.

- Ультра низкие выбросы оксидов азота и близкие к нулю выбросы летучей органики и монооксида углерода.

• Как показали промышленные и государственные исследования воздействия водорода, как топлива для дорожного транспорта, на окружающую среду (“well-to-wheel analysis”), выбросы диоксида углерода в атмосферу существенно ниже для водорода, произведённого и затем использованного в транспортном средстве на топливных элементах, по сравнению с переработкой нефти в бензин с последующим использованием в обычных машинах на двигателях внутреннего сгорания или электрических гибридах.

Источник: National Research Council 2004

c. Водород может вносить клад в экономический рост обеспечивая новые рабочие места, привлекая инвестиции и создавая постоянный, стабильный источник энергии.

Доказательства:

• Водород представляет собой общий элемент в растущем рынке технологий, который охватывает множество основных секторов экономики (например, бизнесс, энергоснабжение, портативная электроника, транспортный сектор и др.)

- Сетевое и автономное электропитание: создание сети электропитания для строений, автономное питание, электричество для парков и отдаленных мест, телекоммуникации и тд.

- Портативная электроника на микро топливных элементах: компьютеры, мобильные телефоны, устройства видеонаблюдения, портативные центры связи, военное оборудование и тд.

- Транспорт: двигатели для небольших транспортных средств, пассажирских машин и грузовых автомобилей.

· Водород сможет обеспечить экономическое развитие, предоставляя постоянный и надежный источник энергии в мире с постоянно растущим спросом на энергоносители.

2. Устройства, использующие водород в качестве основного источника питания, уже используются в промышленности и быту. По мере развития технологий и инфраструктуры расход водорода активно возрастет в ближайшем будущем (5-15 лет)
a. В ключевых областях, таких как сетевое и автономное электропитание, портативная электроника и транспорт, наблюдается появление новых продуктов.
- Сетевое и автономное электропитание: различные генераторы для обеспечения питания для дома, работы или в качестве резерва.
- Портативная электроника: компьютеры, камеры в мобильных телефонах, приборы видеонаблюдения, портативные центры связи, военное оборудование и тд.
- Транспорт: двигатели для небольших транспортных средств, пассажирских машин и грузовых автомобилей
Доказательства:
• Сетевое и автономное электропитание: Первые коммерческие электроустановки на водородных топливных элементах уже введены в эксплуатацию и обеспечивают бесперебойное, надежное питание и обогрев различным постройкам (школы, коммерческие здание, жилые дома), а также служат в качестве резервного источника питания на случай экстренных ситуаций.
- В то время как, оборудование работающие от сети должно быть в соответствии с установленными коммунальными нормами.
- Автономные устройства могут быть установлены независимо, в соответствии с потребностями пользователя.
• Портативная электроника: На сегодняшний день у многих компаний имеются устройства, питаемые микротопливными элементами (ноутбуки, мобильные телефоны, аудио-видео проигрыватели). Их коммерческий запуск планируется в течении ближайших нескольких лет.
• Транспорт: Несколько сотен водородных машин участвуют в демонстрационных проектах и имеют возможность заправляться в более чем 50 заправках по всему миру. Автомобили и погрузчики работающие на водороде представляются альтернативой их электрическим аналогам в тех случаях, когда использование двигателя внутреннего сгорания нежелательно и производительность электрических батарей ограничена временными рамками между подзарядками.
- Различные демонстрационные проекты с участием автомобилей, автобусов, такси и грузовиков вместе с соответствующими заправочными технологиями помогают развивать нужнуые технологии и инфраструктуру, которая позволит сделать вождение водородного транспортного средства удобным, экономичным и экологически чистым.
- Гибридные машины и автомобили на природном газе стимулируют производителей улучшать способы доставки электроэнергии и газового топлива, которые также используются в водородных транспортных средствах.
b. Технология производства водорода из различных ресурсов, включая возобновляемые, находится в постоянном развитии.
Доказательства:

• Водородная инфраструктура уже существует. На сегодняшний день мощностей водородного производства хватит для обеспечения топливом как минимум 1 миллиона машин. Источник: Air Products
• Водородная инфраструктура развивается и организуется в различных регионах в соответствии с присутствующими ресурсами.
- Водород можно получать из разнообразных ресурсов. Любой регион может использовать комбинацию ресурсов для водородного производства, которая будет наиболее выгодна в экономическом и экологическом плане.
- Исторически, основная доля коммерческого водорода производилась из природного газа. Однако, ожидается значительное увеличение доли других ресурсов в обеспечении водородом, например из воды с помощью электричества от возобновляемых источников энергии или атомных электростанций.

- Сегодня мировое производтсво водорода оценивается в более чем 50 миллионов тонн за год. Около 60% используется в производстве аммиака для удобрений, 23% используется для очистки бензина от серосодержащих примесей, 9% используется для производства метанола и остаток уходит на производство металлов, электронику и космические исследования. Источник: Oakridge
National Laboratory, 2003

c. Государственная поддержка является необходимой в передовых исследованиях касающихся водородных технологий, а также поможет продемонстрировать способы примениния производства, распространения и использования водородного топлива.
Доказательства:
• Федеральное финансирование исследований и сотрудничество с промышленными фирмами привело к снижению стоимости коммерческого водорода, уменьшило цены топливных элементов и увеличило их срок годности.
• Начиная с 2003 года, благодаря исследованиям профинансированным DOE (US Department of Energy, Госдепартамент Энергии США) был удвоен срок эксплуатации топливных ячеек – от 1000 часов до 2000 часов, а также на 60% уменьшена стоимость произведённой с их помощью электроенергии – от 275$ за киловатт в 2002 году до 110$ сегодня. Источник: US Department of
Energy
- Для обеспечения конкурентоспособности на рынке топливные ячейки в автомобилях должны иметь выгодные характеристики в плане цены и производительности, по сравнению с существующими транспортными технологиями.
- Также топливные ячейки должны функионировать более 5000 часов (эквивалент более 160 000 км) в широко изменяющихся условиях, с частыми стартами и остановками.
• Исследдования финансируемые DOE снизили стоимость водорода произведённого из природного газа с 5,00$ в 2003 до примерно 3,00$ в 2005. Данный проект также достиг прогресса в производстве водорода из возобновляемых ресурсов. Источник: US Department of Energy
- Стоимость водорода (которая включает стоимость производства и доставки) должна конкурировать с традиционными топливами и технологиями.
- Это означает что стоимость килограмма водорода должна быть в пределах 0.5-0.85$ за литр в бензиновом эквиваленте.

---

Читайте:
Почему водород? Если заглянуть в завтра И водород, и электроэнергия Преодолевая трудности Что говорят экономисты