Энергии нужны накопители и хранилища
То, что вырабатываемая энергия должна где-то накапливаться и храниться, совершенно очевидно, и данная проблема во всем многообразии ее технических нюансов новой не является. С другой стороны, активное развитие альтернативной энергетики предполагает разработанность всей технологической цепочки утилизации солнечной или ветровой энергии. Но подобные решения в данной области пока находятся в экспериментальной стадии. С одной стороны, надежность и бесперебойность получения энергии из этих возобновляемых источников, к сожалению, не есть величина постоянная, с другой, и потребление электроэнергии и тепла также испытывает свои колебания.
Поэтому в настоящее время основной вектор исследований направлен на изучение топливных элементов. Идея состоит в разложении с помощью произведенной энергии воды на ее составные части, водород и кислород, и организации последующего хранения водорода. В период растущего спроса эту энергию можно будет снова получить с помощью топливного элемента. Однако данный подход вызывает ряд вопросов. Потери, связанные с хранением и транспортировкой водорода, весьма значительны. Коэффициент полезного действия такого процесса, как получение водорода из ветровой энергии путем разложения воды, составляет всего 12-29 процентов. Создание же инфраструктуры для хранения и транспортировки водорода представляет собой довольно сложную инженерную задачу.
Водород может храниться либо под давлением в сотни бар, либо при очень низких температурах в жидком состоянии. Значительный вес таких хранилищ представляет собой проблему для их транспортировки. Поэтому они вряд ли пригодны для транспорта, поскольку высокая стоимость получаемого таким образом водорода не позволяет говорить о рентабельности использования топливного элемента в качестве хранилища возобновляемых источников энергии в транспортных средствах. Но такие объекты вполне подходят как стационары для хранения водорода.
В Германии активно ведутся исследования по созданию специальных накопительных станций на базе топливных элементов. Компания Enertrak, владеющая 70 ветровыми агрегатами общей мощностью 120 мегаватт, заказала в Высшей специализированной школе Штральзунда исследование по сооружению такой станции. Предполагается построить электролитическое устройство мощностью 500 киловатт, с помощью которого можно будет избыточную электроэнергию ветровых станций использовать для производства водорода.
Подобное устройство дополняется емкостью для хранения водорода, топливным элементом на базе платины и электронным управляющим устройством, которое регулирует в зависимости от наличия определенных количеств ветровой электроэнергии объемы воды для получения водорода. В Любеке уже сооружена и действует подобная демонстрационная установка мощностью 4 киловатта. Опыты показали, что, например, для насосной электростанции производительностью 600 мегаватт-часов потребуется хранилище водорода величиной с небольшое здание.
Пока расходы по сооружению такой установки определяются в пределах 4 тысяч евро на киловатт мощности. Но при переходе на поточное производство их можно, как полагают эксперты из Высшей технической школы Любека, сократить до 500 евро на киловатт. В проектной стадии находятся и исследования ольденбургского консорциума ряда местных компаний и университета. Предполагается закачивать водород в 24 стальных резервуара диаметром около 2 метров и расходовать его по мере надобности. Недостатком подобного варианта топливного элемента является его низкая, всего 5 киловатт, мощность. Это означает, что ветродвигатель средней величины мощностью 2 мегаватта был бы слишком велик для подобной топливной батареи. Он мог бы за шесть минут заполнить водородом имеющиеся емкости.
Дальнейшие эксперименты в лабораториях многих стран мира направлены в основном на поиск новых материалов для накопителей водорода. В этом отношении заслуживают внимания исследования ученых Мичиганского университета, которые решили применить металлоорганические кристаллы для водородных накопителей. Подобные соединения состоят из элементов оксида цинка и органических молекул, которые вместе создают своего рода кристаллическую решетку. Внутри этой решетки достаточно места для размещения других, более мелких молекул. Под давлением решетка будет их втягивать, как губка. А при снятии давления водород будет снова высвобождаться. Американским ученым удалось создать прототип подобного накопителя из оксида цинка и нафталина.
Другой метод, разработанный учеными из Университета Вирджинии, предусматривает возможность поглощения водорода соединением титана и этилена. Подобное соединение способно поглощать водород в объеме до 12 процентов своего веса. Однако эффективный метод извлечения водорода из титаноэтиленового хранилища пока не найден. Еще несколько лет назад в исследовательском центре в Карлсруэ проводились эксперименты по поглощению водорода так называемым нанопорошком, сделанным также с использованием титана. При этом поглощенный таким порошком водород мог составить 7 процентов массы порошка.
По информации «НГ-Энергия» подготовил Александр СОКОЛОВ
Поэтому в настоящее время основной вектор исследований направлен на изучение топливных элементов. Идея состоит в разложении с помощью произведенной энергии воды на ее составные части, водород и кислород, и организации последующего хранения водорода. В период растущего спроса эту энергию можно будет снова получить с помощью топливного элемента. Однако данный подход вызывает ряд вопросов. Потери, связанные с хранением и транспортировкой водорода, весьма значительны. Коэффициент полезного действия такого процесса, как получение водорода из ветровой энергии путем разложения воды, составляет всего 12-29 процентов. Создание же инфраструктуры для хранения и транспортировки водорода представляет собой довольно сложную инженерную задачу.
Водород может храниться либо под давлением в сотни бар, либо при очень низких температурах в жидком состоянии. Значительный вес таких хранилищ представляет собой проблему для их транспортировки. Поэтому они вряд ли пригодны для транспорта, поскольку высокая стоимость получаемого таким образом водорода не позволяет говорить о рентабельности использования топливного элемента в качестве хранилища возобновляемых источников энергии в транспортных средствах. Но такие объекты вполне подходят как стационары для хранения водорода.
В Германии активно ведутся исследования по созданию специальных накопительных станций на базе топливных элементов. Компания Enertrak, владеющая 70 ветровыми агрегатами общей мощностью 120 мегаватт, заказала в Высшей специализированной школе Штральзунда исследование по сооружению такой станции. Предполагается построить электролитическое устройство мощностью 500 киловатт, с помощью которого можно будет избыточную электроэнергию ветровых станций использовать для производства водорода.
Подобное устройство дополняется емкостью для хранения водорода, топливным элементом на базе платины и электронным управляющим устройством, которое регулирует в зависимости от наличия определенных количеств ветровой электроэнергии объемы воды для получения водорода. В Любеке уже сооружена и действует подобная демонстрационная установка мощностью 4 киловатта. Опыты показали, что, например, для насосной электростанции производительностью 600 мегаватт-часов потребуется хранилище водорода величиной с небольшое здание.
Пока расходы по сооружению такой установки определяются в пределах 4 тысяч евро на киловатт мощности. Но при переходе на поточное производство их можно, как полагают эксперты из Высшей технической школы Любека, сократить до 500 евро на киловатт. В проектной стадии находятся и исследования ольденбургского консорциума ряда местных компаний и университета. Предполагается закачивать водород в 24 стальных резервуара диаметром около 2 метров и расходовать его по мере надобности. Недостатком подобного варианта топливного элемента является его низкая, всего 5 киловатт, мощность. Это означает, что ветродвигатель средней величины мощностью 2 мегаватта был бы слишком велик для подобной топливной батареи. Он мог бы за шесть минут заполнить водородом имеющиеся емкости.
Дальнейшие эксперименты в лабораториях многих стран мира направлены в основном на поиск новых материалов для накопителей водорода. В этом отношении заслуживают внимания исследования ученых Мичиганского университета, которые решили применить металлоорганические кристаллы для водородных накопителей. Подобные соединения состоят из элементов оксида цинка и органических молекул, которые вместе создают своего рода кристаллическую решетку. Внутри этой решетки достаточно места для размещения других, более мелких молекул. Под давлением решетка будет их втягивать, как губка. А при снятии давления водород будет снова высвобождаться. Американским ученым удалось создать прототип подобного накопителя из оксида цинка и нафталина.
Другой метод, разработанный учеными из Университета Вирджинии, предусматривает возможность поглощения водорода соединением титана и этилена. Подобное соединение способно поглощать водород в объеме до 12 процентов своего веса. Однако эффективный метод извлечения водорода из титаноэтиленового хранилища пока не найден. Еще несколько лет назад в исследовательском центре в Карлсруэ проводились эксперименты по поглощению водорода так называемым нанопорошком, сделанным также с использованием титана. При этом поглощенный таким порошком водород мог составить 7 процентов массы порошка.
По информации «НГ-Энергия» подготовил Александр СОКОЛОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 22 за 2009 год в рубрике энергетика
