Рубрикатор
 
Города
Области
Документы
Статьи
О сайте
Почтовые индексы
Контакты

 
 

Мировой рынок водородной энергетики

Общая характеристика мирового рынка

В отношении водородной энергетики пока можно говорить лишь  о потенциальном рынке для топ­ливных элементов на основе водородных технологий. Потребность в производстве малогабаритных источников энергии постоянно растет. Области применения источников энергии практически безгранична: от автомобилей до мобильных телефонов, ноутбуков, электронных игрушек и пр.

Суммарно можно сказать, что глобальный спрос на все виды топливных элементов, по прогнозу Pricewaterhouse Coopers, достигнет 46 млрд долл. в год к 2011 году и 2,5 трлн долл. к 2021 году.

В соответствии с прогнозом к концу XXI века децентрализованные системы, основанные главным образом на использовании водородных топливных элементов и преобразователях солнечной энергии, будут обеспечивать почти половину потребностей рынка в электроэнергии.

Предполагаемая структура рынка водородной энергетики

Водород для производства энергии может использоваться в нескольких основных направлениях:

а) как эффективное экологически чистое топливо (в т.ч. присадки к обычному топливу), которое позволяет повысить КПД двигателя до 40%;

б) для пароперегрева турбин, что дает повышение КПД до 3%

в) в топливных элементах, где КПД достигает 85%.

Система энергообеспечения на основе водорода отличается от системы энергообеспечения на основе электроэнергии следующими основными чертами:

транспорт водорода почти на порядок дешевле транспорта электроэнергии;

водород может накапливаться, что равносильно накоплению энергии (электроэнергию тоже можно запасать, но системы громоздки настолько, что практически непригодны к широкому использованию);

дуальные свойства водорода вместе со способностью накапливаться позволяют строить систему энерго-обеспечения так, чтобы устранить вредное влияние суточной неравномерности нагрузки сети путем применения технологий с участием водорода как вещества;

распределение энергии сильно зависит от распределения минеральных энергоисточников, что вредно сказывается на распределении производственных мощностей и, соответственно, трудовых ресурсов, а, следовательно, и на материальном достатке в разных регионах. Более взвешенного распределения, можно добиться, используя водород как существенно более дешевый вид транспорта энергии;

водород делает возможным расширенное применение альтернативных источников энергии, т.к., в силу способности к запасанию, может демпфировать неравномерность источника энергии;

результатом сжигания водорода является вода; если водород получен из воды, то сжигание водорода возвращает воду в природу, и, таким образом, не нарушается круговорот воды в природе, если же водород получен из углеводородов, то возникающий при этом диоксид углерода может быть использован, например, для закачки в отработанные скважины как для хранения, так и для повышения их нефтеотдачи.

Новые продукты и технологии

Водородная энергетика соответствует мировым тенденциям автономного и локального энергопотребления. В европейских энергетических программах фигурирует понятие «домашняя электростанция». Для мини-электростанций мощностью не более 5 кВт используются именно высокотемпературные топливные элементы. Такие установки экологичны уже потому, что позволяют производить столько электроэнергии, сколько необходимо потребителю, и расходовать ее без потерь, неизбежных в большой энергетике с ее тысячекилометровыми линиями электропередач.

Распределенная энергетика очень удобна для удаленных регионов, куда трудно протянуть ЛЭП, и для дачных поселков, что характерно для России. Сейчас в такие районы завозят топливо или сжигают дерево для обогрева и используют дизель-генератор для получения электроэнергии. И то, и другое малоэффективно

По прогнозу, полученному в рамках европейский форсайтных  проектов, в рассматриваемый период появятся следующие новые продукты и технологии: батареи с высокой плотностью энергии (400Вт/кг); инфраструктурная сеть водородных заправочных станций для автомобилей на топливных элементах; использование на местных ТЭЦ топливных элементов (> 10 МВт).

Проблемы, риски и возможности водородной энергетики

Развитие водородной энергетики и топливных элементов предполагает создание новых эффективных технологий и устройств для:

производства водорода

хранения, транспортировки и распределения водорода (создание водородной инфраструктуры)

использования водорода для производства энергии,

а так же решения проблем водородной безопасности, разработки кодов и стандартов, подготовки и переподготовки специалистов.

Водородная энергетика включает в себя:

первичные источники энергии — традиционные, включая атомные, а также альтернативные — солнечные, ветровые, геотермальные, приливные ГЭС и др.;

получение водорода как из углеводородов, так и из воды с постепенным переходом к получению водорода в основном из воды;

способы хранения — газовые баллоны высокого давления, баллоны, содержащие гидридообразующие интерметаллиды, криогенное хранение, естественные и искусственные подземные емкости и пр.;

транспорт водорода, частично замещающий в будущем транспорт природного газа;

технику преобразования водорода в другие виды энергии — тепловую, электрическую, включая топливные элементы, двигатели внутреннего сгорания, авиационные турбины и т.д.

способы комбинирования техник с учетом дуализма водорода как вещества и энергоносителя, приводящие к максимально возможной системной эффективности.

Сегодня основным методом промышленного получения водорода является паровая конверсия метана. Эта технология, как и другие методы получения водорода из органического топлива (парциальное окисление. термическое разложение), постоянно усовершенствуется, однако, производство даже весьма энергоемкого и экологически чистого топлива – водорода – из других видов топлива, вряд ли можно считать успешным сценарием на долгосрочную перспективу.

Успешная коммерциализация технологий водородной энергетики встречает ряд существенных препятствий. Безусловно, необходимым условием реализации водородной экономики является создание водородной инфраструктуры и эффективное решение проблем хранения и транспортировки водорода, снижение его стоимости. Наряду с этой масштабной проблемой существуют и другие крайне значимые факторы, сдерживающие движение вперед. К ним, в первую очередь, следует отнести высокую стоимость ряда важнейших типов энергоустановок, в частности, топливных элементов и перспективных типов твердополимерных и твердооксидных электролизеров, их недостаточный ресурс (гарантийный срок службы имеющихся на рынке топливных элементов не превышает 2000 часов) и широкомасштабное применение благородных металлов и, в первую очередь, платины.

Предполагаемое существенное снижение цен топливных элементов и других устройств водородной энергетики при их  массовом производстве не коснется компонентов энергоустановок на основе платины и других благородных металлов (и, как следствие, во многом и самих энергоустановок).

Решением большого ряда вышеназванных проблем является разработка новых наноматериалов и технологий для водородной энергетики:

- нанокатализаторов для конверторов топлива, электролизеров и топливных элементов (увеличение удельной производительности, снижение расхода металлов платиновой группы, кардинальное повышение срока службы и снижение стоимости энергоустановок));

- наноструктурированных твердых электролитов, мембран и мембранно-каталитических элементов для систем получения и очистки водорода, для водородных сенсоров (повышение КПД, решение проблем водородной безопасности);

- нанопорошков – сорбентов  для систем хранения водорода (решение проблем создания водородной инфраструктуры);

- нанопленок, наноструктур, нанопокрытий для мембранно-каталитических систем, пассивных элементов водородной безопасности, защиты конструкционных элементов (увеличение срока службы и снижение стоимости энергоустановок). 

Оглавление. Долгосрочный прогноз научно-технологического развития России

 

 Copyright © ProTown.ru 2008-2015
 При перепечатке ссылка на сайт обязательна. Связь с администрацией сайта.