Электростанция водородная: В Южной Корее заработала крупнейшая в мире электростанция на водородных топливных элементах

Содержание

начало большого пути / Хабр

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.


На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы


Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи


Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One


Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее


Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

На пути к водородной ТЭС. Equinor и SSE Thermal покупают британскую генерирующую компанию Triton Power

2 мин

1260

Equinor и SSE Thermal начнут работу по подготовке ТЭС Saltend к использованию до 30% водорода с 2027 г. с целью довести станцию до 100%-ной работы на водороде

Источник: Equinor

Москва, 29 июн — ИА Neftegaz.RU. Норвежская Equinor и SSE Thermal, дочка британского оператора возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и электросетей SSE покупают генерирующую компанию Triton Power.

Об этом Equinor сообщила 28 июня 2022 г.

Компании покупают британскую Triton у частной инвестиционной компании Energy Capital Partners.

Сумма сделки составит 341 млн фунтов стерлингов (418,65 млн долл. США).

После завершения сделки Equinor и SSE Thermal будут владеть Triton Power через паритетное СП.

Ожидается, что сделка будет закрыта в сентябре 2022 г. при условии одобрения со стороны Управления национальной безопасности Великобритании и ЕС по контролю за слияниями.

Ключевым активом Triton Power в контексте данной сделки является газовая теплоэлектростанция (ТЭС) Saltend.

ТЭС Saltend — комбинированного цикла (ПГУ), расположенная в устье р. Хамбер в Восточном Йоркшире.

Станция имеет установленную мощность 1200 МВт, обеспечивая электроэнергией рынок электроэнергии Великобритании, а также электроэнергией и паром расположенный неподалеку индустриальный парк Saltend Chemicals.

В настоящее время ТЭС Saltend выполняет роль балансирующей, обеспечивая электроэнергией в периоды низкой мощности солнечной и ветряной генерации.

Equinor и SSE Thermal начнут работу по подготовке ТЭС Saltend к использованию до 30% водорода с 2027 г. с целью довести станцию до 100%-ной работы на водороде.

Водород может поступать из водородного проекта Equinor Hydrogen to Humber (h3H) Saltend, который предусматривает получение водорода из природного газа с улавливанием и хранением 95% CO2.

Электростанция Saltend станет основным потребителем водорода с проекта h3H Saltend.

С покупкой Equinor и SSE Thermal могут начать декарбонизацию производства электроэнергии и в то же время способствовать производству низкоуглеродистого водорода в промышленных целях.

Использование водорода на действующих газовых ТЭС возможна в смеси с природным газом уже сейчас, большинство газовых турбин могут использовать такие смеси, но доля водорода варьируется в зависимости от модели и возраста турбины.

По оценке Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), на существующих газотурбинных установках можно увеличить долю водорода до 20% в смеси его с природным газом без существенных изменений в конструкции.

В 2018 г. MHPS успешно испытала в Японии сверхмощную газовую турбину серии J в работе на топливной смеси из природного газа (70%) и водорода (30%).

Производители разрабатывают проекты турбин, полностью работающих на водороде, ожидается, что они поступят на рынок к концу этого десятилетия.

Для этого необходимо решить ряд проблем, связанных с более высокой температурой горения водорода по сравнению с природным газом, более высокой скоростью ламинарного пламени и меньшей задержкой воспламенения.

Также необходимо решить проблемы, связанные с транспортировкой водорода, в частности, с его коррозионной активностью, летучестью и взрывоопасностью в смеси с воздухом.

Несмотря на эти проблемы, страны ЕС, Великобритания и страны АТР активно работают над развитием водородной энергетики, рассматривая водород как способ накопления энергии для компенсации неравномерной выработки ВИЭ, замещения природного газа и др. углеводородов, в т.ч. поставляемых из России.

Автор:

Е. Алифирова

Источник : Neftegaz.RU

#equinor
#sse thermal
#sse
#triton power
#saltend
#тэс
#покупка
#великобритания
#водород
#водородная энергетика

Первая крупная водородная электростанция США близится к завершению в Огайо

В этом списке
Электроэнергия | энергетический переход | Природный газ

Первая крупная водородная электростанция в США близится к завершению в Огайо

Товары | Энергия | Электроэнергия | Возобновляемые ресурсы | Природный газ

Водород: за гранью шумихи

Энергия | Электроэнергия

Форвардные кривые Platts — газ и электроэнергия

Энергия | Уголь | Термальный уголь | СПГ | Природный газ | Риск природного газа | Масло | Сырая нефть | Нефтепродукты | Доставка | Танкеры

Внимание переключается на Азию, поскольку запрет ЕС на российскую нефть вступает в силу

Сельское хозяйство | Зерно | Biofuels

Commodities 2023: Рекордный урожай сои в Бразилии указывает на перенасыщение рынка в 2022-23 МГ

Сельское хозяйство | Биотопливо | Электроэнергия | Электричество | Энергия | энергетический переход | СПГ | Металлы | Non-Ferrous

Commodity Tracker: 4 графика на этой неделе

  • Принимайте решения с уверенностью

Для полного доступа к обновлениям в режиме реального времени, последним новостям, анализу, ценообразованию и визуализации данных подпишитесь сегодня.

Подпишитесь сейчас

  • Электроэнергия | энергетический переход | Природный газ
  • 12 августа 2021 г. | 20:52 UTC
  • Автор

    Гаррет Херинг

    S&P Global Market Intelligence

  • редактор

    Билл Монтгомери

  • Товар

    Электроэнергия,
    Энергетический переход,
    Природный газ

  • Тема

    Энергетический переход,
    Окружающая среда и устойчивость,
    Водород: за пределами шумихи

Особенности

Электростанция Long Ridge мощностью 485 МВт будет работать на газоводородной смеси

Электростанция на территории бывшего алюминиевого завода на реке Огайо

  • Автор
  • Гаррет Херинг

    S&P Global Market Intelligence

  • Редактор
  • Билл Монтгомери

  • Товар
  • Электроэнергия,
    Энергетический переход,
    Природный газ
  • Тема
  • Энергетический переход,
    Окружающая среда и устойчивость,
    Водород: за пределами шумихи

Завершается проект Long Ridge Energy Generation Project мощностью 485 МВт, который рекламируется как первая в своем роде электростанция в США. на месте бывшего алюминиевого завода на берегу реки Огайо.

Не зарегистрирован?

Получайте ежедневные оповещения по электронной почте, заметки подписчиков и персонализируйте свой опыт.

Зарегистрируйтесь сейчас

«В настоящее время мы находимся на этапе запуска», — сказал Бо Хули, президент Long Ridge Energy Terminal, дочерней компании Fortress Transportation and Infrastructure Investors, в электронном письме от 11 августа. Электростанция в Ганнибале, штат Огайо, будет «полностью введена в эксплуатацию» в начале сентября, а водород будет введен в ноябре, добавил Холи.

Сначала установка будет сжигать топливную смесь, содержащую 5% водорода, в газовой турбине General Electric Co. H-класса. Планируется, что в течение следующего десятилетия завод перейдет на 100% зеленый водород, все больше полагаясь на возобновляемые источники энергии для питания электролизных машин, которые расщепляют воду на водород и кислород.

По словам Лонг-Риджа, у проекта есть доступ к промышленному побочному водороду для начальных испытаний, но компания сотрудничает с New Fortress Energy для перехода на экологически чистый водород. Он также исследует подземные соляные образования для крупномасштабного хранения водорода.

«Наличие нескольких путей для производства безуглеродной энергии является высоким приоритетом и, мы считаем, чрезвычайно ценным», — заявил генеральный директор Fortress Джозеф Адамс инвестиционным аналитикам во время телефонного разговора о прибылях и убытках 29 июля. По словам Адамса, проект стоимостью 600 миллионов долларов, подкрепленный семи- и 10-летними контрактами на продажу электроэнергии с фиксированной ценой, опережает график на два месяца.

«Огромный потенциал», но «слишком дорого»

Проект по производству водорода на природном газе является центральным элементом запланированной масштабной реконструкции промышленной площадки, где Long Ridge также планирует построить кампус центра обработки данных площадью 125 акров мощностью 300 МВт. емкости. Сторонники проекта надеются, что проект знаменует собой начало новой эры использования водорода в деле обезуглероживания энергетического сектора и других областей экономики.

Крупные мировые поставщики оборудования Mitsubishi Corp., Siemens и Wärtsilä Oyj, многочисленные крупные электроэнергетические и газовые компании США и множество разработчиков проектов также делают большие ставки на водород. В настоящее время в США реализуется несколько дополнительных гибридных энергетических проектов на природном газе и водороде, крупнейшим из которых является запланированное Межгорным энергетическим агентством преобразование существующей угольной электростанции в парогазовую установку мощностью 840 МВт к 2025 году, которая будет сжигать до 30% водорода и постепенно переходить только к зеленому водороду. Большая часть продукции завода осуществляется по контракту с Департаментом водоснабжения и энергетики Лос-Анджелеса.

Но Союз обеспокоенных ученых и другие организации, занимающиеся экологически чистой энергией, отказались от сжигания водорода. Они выразили озабоченность по поводу опасных выбросов оксидов азота, которые происходят даже с зеленым водородом, хотя они поддерживают водородные топливные элементы, которые могут производить энергию без сгорания.

Сомнения в краткосрочной перспективе

Moody’s Investors Service скептически относится к тому, что энергетический сектор будет играть важную роль в развитии водорода по экономическим причинам, по крайней мере, в течение следующего десятилетия, говорится в отчете агентства кредитных рейтингов от 11 августа.

«Несмотря на то, что водород обладает огромным потенциалом в энергетике и нагреве, включая хранение энергии, электрические и газовые коммунальные предприятия вряд ли станут основной движущей силой роста спроса на рынке водорода как в США, так и во всем мире», — говорится в сообщении Moody’s. «Высокие производственные затраты и потери эффективности делают сегодня водород слишком дорогим топливом для производства электроэнергии».

Требуются значительные инвестиции в инфраструктуру, чтобы сделать водород важным игроком в энергетическом секторе по сравнению с его нынешним «практически несуществующим» уровнем, добавило Moody’s, указав на транспортное и промышленное использование как более экономически целесообразное. НПЗ, наряду с производством аммиака и метанола, сегодня составляют подавляющую часть потребления водорода в США.

Согласно отчету, национальная и государственная политика, такая как налоги на выбросы углерода, может помочь сделать энергоноситель более конкурентоспособным по стоимости. К 2035 году «водород, вероятно, будет играть важную роль в усилиях США по устранению выбросов углерода в энергетическом секторе», — отмечает Moody’s.

Использование водорода – Управление энергетической информации США (EIA)

  • Основы
  • +Меню

Водород используется во многих промышленных процессах

Почти весь водород, потребляемый в Соединенных Штатах, используется промышленностью для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и переработки пищевых продуктов. Нефтеперерабатывающие заводы США используют водород для снижения содержания серы в топливе.

Водород используется для исследования космического пространства

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) начало использовать жидкий водород в 1950-х годах в качестве ракетного топлива, и НАСА было одним из первых, кто начал использовать водородные топливные элементы для питания электрических систем. космический корабль.

Космическая ракета НАСА

Источник: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) (общественное достояние)

Источник: адаптировано из Национального энергетического образовательного проекта (общественное достояние) электричества за счет соединения атомов водорода и кислорода. Водород вступает в реакцию с кислородом через электрохимический элемент, аналогичный аккумулятору, для производства электричества, воды и небольшого количества тепла.

Существует множество различных типов топливных элементов для широкого спектра применений. Небольшие топливные элементы могут питать портативные компьютеры и даже сотовые телефоны, а также военные устройства. Крупные топливные элементы могут поставлять электроэнергию в электрические сети, обеспечивать резервное или аварийное электроснабжение зданий, а также поставлять электроэнергию в места, не подключенные к электрическим сетям.

По состоянию на конец октября 2021 года в США насчитывалось около 166 работающих генераторов электроэнергии на топливных элементах на 113 объектах с общей мощностью производства электроэнергии около 260 мегаватт (МВт). Самый большой одиночный топливный элемент — это Бриджпорт (Коннектикут) Fuel Cell, LLC с генерирующей мощностью около 16 МВт. Следующие два крупнейших действующих топливных элемента имеют генерирующую мощность по 6 МВт каждый. Один из них расположен в энергетическом центре Red Lion в Делавэре, где есть еще пять топливных элементов меньшего размера для комбинированной установки общей электрической мощностью 25 МВт. Большинство всех действующих топливных элементов используют трубопроводный природный газ в качестве источника водорода, но три используют свалочный газ и три используют биогаз, полученный при очистке сточных вод.

Проект San Diego Gas and Electric по преобразованию энергии из газа в электроэнергию будет использовать электрическую сеть для производства водорода путем электролиза и использовать его в топливных элементах для выработки электроэнергии.

Сжигание водорода для производства электроэнергии

Интерес к использованию водорода в качестве топлива для электростанций растет. В Соединенных Штатах несколько электростанций объявили о планах работать на топливной смеси природного газа и водорода в газовых турбинах внутреннего сгорания. Одним из примеров является объект Long Ridge Energy Generation Project мощностью 485 МВт в Огайо с газовой турбиной внутреннего сгорания, которая будет работать на 9Топливная смесь 5% природного газа и 5% водорода в газовой турбине с планом в конечном итоге использовать 100% зеленый водород, произведенный из возобновляемых ресурсов. Другим примером является запланированное Intermountain Power Agency преобразование существующей угольной электростанции в Юте в газовую электростанцию ​​с комбинированным циклом, которая первоначально будет использовать до 30% водорода, а в конечном итоге будет использовать 100% зеленый водород.

Использование водорода в транспортных средствах

Водород считается альтернативным топливом для транспортных средств в соответствии с Законом об энергетической политике от 19 г.92. Интерес к водороду как к альтернативному транспортному топливу обусловлен его способностью питать топливные элементы в транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов (автомобили без выбросов загрязнителей воздуха), его потенциалом для внутреннего производства и потенциалом топливных элементов для обеспечения высокой эффективности. Топливный элемент может быть в два-три раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания, работающего на бензине. Водород также может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, но сжигание водорода приводит к выбросам оксидов азота и менее эффективно, чем использование в топливных элементах. Некоторые производители транспортных средств предлагают в аренду или продажу легкие автомобили на водородных топливных элементах в Калифорнии, где есть общественные заправочные станции. Испытательные автомобили также доступны в ограниченном количестве организациям, имеющим доступ к водородным заправочным станциям.

Высокая стоимость топливных элементов и ограниченная доступность водородных заправочных станций ограничивают количество используемых сегодня транспортных средств, работающих на водороде.

Электростанция водородная: В Южной Корее заработала крупнейшая в мире электростанция на водородных топливных элементах