Водородная электростанция: Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station

Содержание

Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station | 2Джи-Стэйшн

Применение водорода для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления электрической и тепловой энергии

Единственная в мире мини ТЭЦ, работающая на чистом водороде и на топливе с различными примесями

На долю электрогенерации приходится примерно 27% выбросов парниковых газов в мире. С учетом этого внушительного показателя политики стали искать способы декарбонизации данной отрасли. Государственные инициативы и предписания помогают ускорить внедрение переменных возобновляемых источников энергии (VRE), таких как энергия ветра и солнца. Эти технологии электрогенерации называются переменными, поскольку соответствующий ресурс, из которого вырабатывается электроэнергия, меняется в течение дня.

В отличие от электроэнергии, получаемой на электростанциях, использующих уголь или газ, оператор электростанции не может менять выработку энергии из VRE по своему усмотрению — VRE считаются источниками энергии без возможности диспетчерского управления. На рис. 1 видно, насколько существенно увеличились мощности VRE за последние два десятилетия.

В 2019 г. доля VRE в совокупной мощности установленных электрогенераторов в мире достигла почти 20%. Однако с учетом относительно низкой доступности солнечной и ветряной энергии, обеспечивающих работу электростанций, в сравнении с электростанциями, использующими уголь, газ или ядерную энергию, выработка электроэнергии на основе VRE невелика. В 2019 г. на долю солнечной и ветряной энергии приходилось около 8% мировой электрогенерации.

Быстрый рост мощностей VRE способствует удешевлению электроэнергии, полученной на основе возобновляемых источников энергии. В ряде стран полная приведенная стоимость электроэнергии (LCOE), отражающая себестоимость производства электроэнергии на протяжении всего жизненного цикла электростанции, на электростанциях с использованием VRE ниже, чем на электростанциях, использующих ископаемое топливо. Рис. 2 иллюстрирует эту ситуацию в Индии.

Поскольку доля источников энергоснабжения прерывистого действия в энергосети растет, порой выработка энергии превышает спрос. В результате возникает необходимость сокращения производства электроэнергии на основе VRE или на электростанциях, использующих ископаемое топливо. Обе опции недешевые. Так, ежегодные расходы на перенаправление электроэнергии в Германии в 2017—2019 гг. достигали €1,2—1,4 млрд.

Способы хранения этих излишков электроэнергии в течение недель и месяцев, а не часов, позволили бы достичь высокого уровня декарбонизации электроэнергетического сектора и в то же время добиться снижения системных издержек. Эти запасы энергии можно было бы использовать в ту пору, когда спрос превысит предложение. Долгосрочные способы хранения энергии также могли бы дополнить ее переменную выработку из VRE.

Водород рассматривают как один из эффективных способов хранения излишков электроэнергии. Когда электроэнергии больше, чем требуется, цены на нее снижаются. Эту дешевую энергию можно будет использовать для рентабельного производства водорода путем электролиза. Полученный водород будет храниться под землей в наземных резервуарах либо в подземных соляных кавернах. Также можно будет задействовать выработанные газовые или нефтяные пласты.

Одна из проблем заключается в том, что при низкой загрузке мощностей стоимость получения водорода посредством электролиза растет. Таким образом, необходимо провести тщательный анализ экономики производства, чтобы оценить экономическую целесообразность процесса. В подземных хранилищах можно размещать гораздо больше объемов на длительный период времени.

В этом отношении водород может конкурировать с аккумуляторами. Водород из хранилищ можно смешивать с природным газом для выработки энергии либо непосредственно сжигать его на электростанциях в периоды высоких цен на электроэнергию.

Коммерциализация твердооксидных топливных элементов, благодаря которым можно также получать пригодное для использования тепло, позволила бы эффективно использовать водород из хранилищ и облегчить работу систем распределенной электрогенерации. Помимо прочего, топливные элементы эффективнее газовых турбин комбинированного цикла (CCGT). Потери при выработке и использовании энергии, получаемой при сжигании водорода в CCGT, больше, чем в процессе потребления водорода топливными элементами.

Водород может создать условия для декарбонизации действующих электростанций, использующих природный газ. В прошлом году выработка энергии на электростанциях, работающих на газе, составила около 1 900 ГВт. Большинство существующих CCGT могут использовать смесь природного газа и водорода. Вместе с тем доля водорода, которую можно добавить в такую смесь, варьируется в зависимости от модели и даты выпуска турбины.

Помимо ограничений, связанных с характеристиками турбины, инфраструктура также может влиять на максимальное содержание водорода в смеси с природным газом. К примеру, имеющиеся газовые трубопроводы иногда можно использовать лишь при условии низкой концентрации водорода в смеси с природным газом. При высоком содержании водорода потребуется специальный трубопровод.

Для обеспечения надлежащего контроля над смесью водорода с газом, а также соблюдения требований безопасности водород, вероятно, придется поставлять на электростанцию отдельно от природного газа. В связи с этим возникает необходимость в создании системы смешивания топлива. Все эти условия могут увеличить стоимость выработки электроэнергии, зато будут способствовать декарбонизации электростанций.

Если на некоторых электростанциях декарбонизация возможна при помощи улавливания, использования и хранения соединений углерода (CCUS), то на других электростанциях использование смесей с водородом может оказаться единственным вариантом. Следовательно, установленная в нескольких странах задача по достижению нулевых выбросов может способствовать использованию водорода в электрогенерации.

Производители турбин разрабатывают проекты электростанций, полностью работающих на водороде, если такая электростанция будет получать зеленый водород. В таком случае выбросы будут нулевыми. Подобные турбины, как ожидается, поступят на рынок к концу этого десятилетия.

Новый дизайн турбин, а также материалы для их изготовления помогут решить проблемы, связанные с более высокой температурой горения водорода, более высокой скоростью ламинарного пламени и меньшей задержкой воспламенения по сравнению с природным газом. Власти могут сделать выбор в пользу строительства таких электростанций, поскольку они позволяют минимизировать выбросы парниковых газов, увеличивать диверсификацию топлива и стимулировать технологический прогресс.

Водород также может помочь в декарбонизации электростанций, использующих уголь. В Японии проводятся испытания, которые позволят оценить технико-экономическую целесообразность сжигания вместе с углем аммиака как носителя водорода. В 2020 г. генерирующие мощности, работающие на угле, составляли 2 150 ГВт. Сжигание угля вместе с аммиаком (до 20% по энергоемкости) позволило бы сократить выбросы углекислого газа на этих электростанциях примерно на 1,7 млрд т/год CO2 при условии использования зеленого аммиака. В принципе, благодаря спросу на зеленый аммиак с целью его сжигания вместе с углем мировая торговля аммиаком с перевозкой на морских танкерах увеличилась бы в разы с текущих 20 млн т/год. Однако для этого потребуются инвестиции в развитие соответствующей инфраструктуры.

Сжигание аммиака позволило бы сохранить генерирующие мощности, работающие на угле, поскольку выбросы здесь были бы уже ограниченны. В то же время такие электростанции во всем мире находятся под давлением либо со стороны рыночных факторов, либо со стороны правительства: возникает необходимость закрывать их раньше, чем предполагает срок их эксплуатации. Таким образом, аммиак с углем может стать переходным топливом.

Водород, позволяющий организовать международную торговлю возобновляемой энергией, вызывает заметный энтузиазм у политиков благодаря своему потенциалу для декарбонизации экономики. Это особенно актуально для стран, в которых труднее найти возможности для декарбонизации с использованием возобновляемой энергии с учетом их меньшей обеспеченности солнечной и ветряной энергией. Использование водорода в качестве топлива для электрогенерации потребует технического прогресса, развития новых и экономически эффективных производственно-сбытовых цепочек, строительства соответствующей инфраструктуры и последовательной политики, особенно в тех странах, где водород будет использоваться для выработки электроэнергии. Если это произойдет, водород сможет помочь глубокой декарбонизации в электроэнергетике.

Наши водородные электростанции включают варианты использования как для новых, так и для существующих установок. Наша цель ясна: мы поддерживаем наших клиентов в их водородных амбициях, будь то существующие или новые блоки, и мы можем помочь с созданием дорожной карты для полностью водородной электростанции.

Водородная электростанция включает в себя газовую турбину H ₂ (например, SGT5-9000HL, SGT-800 или SGT-400), электролизеры со сжатием и хранением H ₂, а также нашу систему управления парком Omnivise для интеграции всех компоненты, включая возобновляемые источники энергии, подающие электроэнергию в электролизер.

* Представленные результаты являются только оценками для общих информационных целей и не предназначены для предоставления юридических, налоговых или бухгалтерских рекомендаций. Информация и инструменты, представленные на этом веб-сайте, не предназначены для замены профессиональной оценки конкретного проекта. Для точного расчета следует учитывать граничные условия для конкретного участка. Ожидаемые возможности или преимущества могут не применяться или реализовываться не во всех случаях. Информация, используемая для расчета результатов, может быть изменена без предварительного уведомления. Ничто на этом сайте, включая результаты, не может считаться или истолковываться как гарантия или гарантия информации, продукта (ов) или компонента (компонентов), описанных здесь.

Тепловой насос улавливает отработанное тепло процесса электролиза и повышает его температуру для подачи либо непосредственно в сеть централизованного теплоснабжения, либо для временного хранения в системе хранения тепловой энергии в качестве буфера перед подачей в тепловую сеть.

*Представленные результаты являются только оценками для общих информационных целей и не предназначены для предоставления юридических, налоговых или бухгалтерских консультаций. Информация и инструменты, представленные на этом веб-сайте, не предназначены для замены профессиональной оценки конкретного проекта. Для точного расчета следует учитывать граничные условия для конкретного участка. Ожидаемые возможности или преимущества могут не применяться или реализовываться не во всех случаях. Информация, используемая для расчета результатов, может быть изменена без предварительного уведомления. Ничто на этом сайте, включая результаты, не может считаться или истолковываться как гарантия или гарантия информации, продукта (ов) или компонента (компонентов), описанных здесь.

Являясь OEM-производителем ключевых компонентов, Siemens Energy обладает опытом, знаниями в технической области и стандартизированным подходом к совместному сжиганию водорода по стандарту и рекомендует совместный подход к изучению текущих возможностей объекта и определению пути достижения оптимального совместного сжигания водорода. вехи .

Компания «Сименс Энергетика» рекомендует провести технико-экономическое обоснование для конкретной станции , чтобы направлять объекты к пониманию текущих возможностей, установлению реалистичных целей, разработке пакета водородных проектов и составлению плана выполнения промежуточных этапов. Полученный план будет максимально использовать существующие технологии и инфраструктуру для разработки и проектирования пакета, специфичного для объекта, и в соответствии с целями организации по обезуглероживанию.

Преобразовав обычную электростанцию в водородную, предприятие сможет использовать дешевую возобновляемую энергию из сети и превращать ее в водород для использования, когда потребуется газотурбинная установка. Эта функция обеспечивает немедленный выброс CO ₂ сокращение выбросов, это экономит деньги на налогообложении CO ₂ и обеспечивает возможность хранения энергии с потенциальной выгодой от кредитов на хранение.

предоставить юридические, налоговые или бухгалтерские консультации. Информация и инструменты, представленные на этом веб-сайте, не предназначены для замены профессиональной оценки конкретного проекта. Для точного расчета следует учитывать граничные условия для конкретного участка. Ожидаемые возможности или преимущества могут не применяться или реализовываться не во всех случаях. Информация, используемая для расчета результатов, может быть изменена без предварительного уведомления. Ничто на этом сайте, включая результаты, не может считаться или истолковываться как гарантия или гарантия информации, продукта (ов) или компонента (компонентов), описанных здесь.

Наши водородные электростанции сокращают выбросы CO ₂, что помогает нашим клиентам достичь своих целей по декарбонизации. Siemens Energy интегрирует различные компоненты в единое решение для предприятия. Возобновляемая энергия используется для производства водорода, когда он в изобилии доступен. И электростанция переэлектризует энергию, когда возобновляемые источники энергии не могут удовлетворить спрос. Система управления Omnivise оптимизирует спрос и предложение между различными элементами решения. Узнайте больше о его компонентах ниже.

Водород может храниться в резервуарах в виде сжатого газа или жидкости. В водородных электростанциях Siemens Energy водород хранится под давлением в газообразном состоянии и готов к использованию в газовой турбине. В качестве альтернативы, в зависимости от наличия такового, водород в больших масштабах также может храниться в кавернах.

Система накопления энергии действует как буфер и управляет пиками спроса и предложения централизованного теплоснабжения и централизованного холодоснабжения. Система на изображении представляет собой типичный резервуар для хранения горячей воды. Система хранения тепловой энергии также может быть основана на других технологиях в зависимости от характеристик потребности в тепле.

Тепловые насосы могут передавать тепло от низкотемпературного до высокотемпературного уровня. Тепло естественным образом переходит от более высокой температуры к более низкой. Однако тепловые насосы способны направить поток тепла в другом направлении, используя относительно небольшое количество высококачественной приводной энергии, такой как электричество.

Silyzer 300 — новейшая и самая мощная линейка продуктов в линейке электролизных электролизеров Siemens Energy с двузначным числом мегаватт. Модульная конструкция Silyzer 300 обеспечивает уникальное использование эффекта масштабирования для минимизации инвестиционных затрат на крупномасштабные промышленные электролизные установки. Оптимизированное решение приводит к очень низким затратам на производство водорода благодаря высокой эффективности и эксплуатационной готовности установки.

Выберите из нашего ассортимента газовых турбин для тяжелых условий эксплуатации, промышленных и авиационных, мощностью до 593 МВт. В зависимости от ваших требований, будь то простой или комбинированный цикл, мы предоставим вам правильное решение и объем для ваших конкретных потребностей рынка.

Газовые турбины помогают обеспечить безопасную, доступную и экологически устойчивую энергию. Компания «Сименс Энергетика» обладает возможностями и опытом эксплуатации в области сжигания водорода, вариантов модернизации, и мы предлагаем клиентам план действий по переходу на 100 % использование водорода.

Контроллер Omnivise Hybrid Control управляет комбинацией активов в режиме реального времени, постоянно отслеживая измерения и отправляя управляющие сигналы на генерирующие активы с интервалом менее секунды. Он может работать автономно с или без Dispatch Optimizer, а также выполнять команды ручного управления, отдаваемые оператором через Application Server SCADA HMI.

Газовые турбины помогают создавать безопасную, доступную и экологически устойчивую энергию. Компания «Сименс Энергетика» обладает возможностями и опытом эксплуатации в области сжигания водорода, вариантов модернизации, и мы предлагаем клиентам план действий по переходу на 100 % использование водорода.

Контроллер Omnivise Hybrid Control управляет комбинацией активов в режиме реального времени, постоянно отслеживая измерения и отправляя управляющие сигналы на генерирующие активы с точностью до секунды. Он может работать автономно с или без Dispatch Optimizer, а также выполнять команды ручного управления, отдаваемые оператором через Application Server SCADA HMI.

Холмы и долины восточного Огайо не чужды энергетическим революциям. Около 200 лет назад поселенцы на территории нынешнего города Колдуэлл пробурили первую действующую нефтяную скважину в Соединенных Штатах. Ранее в этом месяце новая электростанция, расположенная в часе езды в деревне Ганнибал на реке Огайо, производила электроэнергию на топливной смеси, содержащей водород.

Энергетический терминал Лонг-Ридж, первая специально построенная электростанция в Соединенных Штатах, вырабатывающая электроэнергию на водородном топливе, может проложить путь. Водородное топливо, наряду с улавливанием, утилизацией и улавливанием углерода после сжигания — или CCUS — являются двумя технологическими решениями, которые могут способствовать дальнейшему обезуглероживанию в ближайшие годы и сделать его «целевой технологией» при переходе к энергетике.

Завод, являющийся дочерним предприятием компаний Fortress Investment Group и GCM Grosvenor, имеет достаточную мощность для производства электроэнергии, необходимой для питания 400 000 домов в США. Сердце завода — газовая турбина 7HA.02 компании GE Power, одна из самых современных газовых турбин в мире. «Это серьезное достижение для Long Ridge Energy Terminal, GE и всей отрасли производства электроэнергии», — говорит Бо Хули, президент Long Ridge Energy Terminal.

Long Ridge использовал смесь природного газа и 5% водорода для первого огневого испытания. «Сегодня это 5% водорода [по объему], но 5% приведет к увеличению количества», — говорит Джеффри Голдмир, директор по новым технологиям декарбонизации в GE Gas Power.

Переход к большему количеству водорода потребует инноваций, и Голдмир говорит, что GE справится с этой задачей. Газовая турбина 7HA.02 уже может сжигать водородные топливные смеси с содержанием до 20%. Голдмер говорит, что GE и оператор будут постепенно увеличивать количество водорода.

Это потому, что водород ведет себя иначе, чем природный газ, и чем больше водорода в топливной смеси, тем более доминирующими являются его свойства. Например, газ очень реактивен, а его «скорость пламени» в 10 раз выше, чем у природного газа. Это означает, что пламя в камере сгорания может очень быстро перемещаться вверх по потоку несгоревшего водородного топлива. В системе, предназначенной для природного газа, водородное пламя может прыгнуть вверх по потоку и повредить топливную форсунку.

Но на основе работы, которую компания проделала с Министерством энергетики США за 15 лет, GE уже разработала камеры сгорания, которые могут сжигать до 50% водородных топливных смесей. В настоящее время инженеры GE создают системы сжигания водорода, которые могут увеличить мощность при сохранении высокой эффективности турбины. «Большинство людей не говорят: «Я никогда не водил машину, но сегодня я поеду на Daytona 500». Возможно, вам стоит сначала немного попрактиковаться», — сказал Голдмир, который имеет докторскую степень в области машиностроения.

GE — хороший напарник в машине. Компания наработала более 8 миллионов часов, используя водород и другие виды топлива с низким содержанием углерода на более чем 100 газовых турбинах. Эти операции, как правило, меньше, чем завод размером с Лонг-Ридж, и включают отработанный газ, который помогает питать сталелитейный завод или нефтеперерабатывающий завод.

Но Лонг-Ридж не такой. «Мы подключаем к электрической сети 485 мегаватт», — отмечает Голдмир. Он говорит, что в самом начале не обязательно максимально использовать топливную смесь, чтобы послать важное сообщение о том, что питание энергосистемы водородом возможно — и это происходит. «Если мы собираемся использовать водород в качестве источника энергии для обезуглероживания нашей электроэнергетической системы, масштаб имеет значение. Масштаб полезности помогает людям кристаллизовать эту мысль».

В GE и за ее пределами Голдмир известен как «топливный парень». Он является ведущим популярного подкаста Cutting Carbon. Его мультяшный аватар проводит зрителей через энергетический переход на YouTube. «В течение почти 15 лет я был штатным консультантом по топливу и сжиганию, а последние несколько лет действительно сосредоточился исключительно на обезуглероживании», — говорит Голдмеер. «Я провожу много времени, работая с клиентами, когда они думают о своих целях декарбонизации и планах действий».

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но здесь, на Земле, он является энергоносителем, а не источником энергии. Это означает, что его молекулы обычно связаны в какую-то более крупную молекулу, такую как вода (H ₂ O) или углеводороды, включая уголь и метан. Они должны быть разделены, прежде чем их можно будет использовать. «Чтобы получить водород, вам нужно затратить значительное количество энергии, чтобы отделить его от его партнеров», — объясняет Голдмир.

Существует несколько способов выделения водорода в пригодной для использования форме (H ₂ ). Некоторые из них более зеленые, чем другие. Большая часть водорода производится путем его отделения от угольного или природного газа. Но этот метод выделяет углерод, и продукт называется серым водородом. Синий водород также производится из ископаемого топлива, но побочный продукт CO ₂ улавливается и хранится под землей. Хотя это означает более низкие выбросы, это не решение с нулевым уровнем выбросов.

Зеленый водород — это водород, произведенный без выбросов углерода. Обычно это делается с использованием возобновляемой энергии для электролиза воды, расщепления ее на водород и кислород. Потребуется много энергии, много воды и много места для хранения, чтобы создать объемы водорода, необходимые нам для замены ископаемого топлива в производстве энергии.

Закрытое акционерное общество
Институт «Севзапэнергомонтажпроект»

Водородная электростанция: Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station | 2Джи-Стэйшн

Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station | 2Джи-Стэйшн

Единственная в мире мини ТЭЦ, работающая на чистом водороде и на топливе с различными примесями

Водородная электростанция: Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station | 2Джи-Стэйшн

Водородные газопоршневые электростанции | 2G-Station | 2Джи-Стэйшн

Единственная в мире мини ТЭЦ, работающая на чистом водороде и на топливе с различными примесями

Водород, как энергоноситель (аккумуляция энергии)

Модельный ряд газопоршневых электростанций на водородном топливе

agenitor 404c H

электрическая мощность

тепловая мощность

agenitor 406 H

электрическая мощность

тепловая мощность

agenitor 408 H

электрическая мощность

тепловая мощность

agenitor 412 H

электрическая мощность

тепловая мощность

avus 1000plus

электрическая мощность

тепловая мощность

Интервалы сервисного обслуживания газопоршневых установок

2 000 мч

32 000 мч

60 000 мч

agenitor H

avus H

Реализованные проекты с водородными мини ТЭЦ

TOTAL аэропорт в Берлине

Проект Siemens в Дубае

Проект APEX в Ростоке

ТЭЦ в г. Хасфурт Германия

«Зеленый» водород Esslingen

Индустриальный проект в Японии

Аэропорт Керкуолл в Великобритании

Энергоснабжение Токио / Япония

Пример реализации проекта водородной мини ТЭЦ в городе Хасфурт

Новости водородной энергетики

Водород в электрогенерации и декарбонизация

Что можно сделать с непостоянной природой VRE

Водород как способ хранения электроэнергии

водородных электростанций | Сименс Энергия Глобальный | Решения для электростанций

Преимущества интеграции водорода в ваши газовые турбины

Сочетание мощности с тепловыделением обеспечивает превосходную общую эффективность:

Новые водородные электростанции

Размер L

Размер М

Размер S

Повышение эффективности за счет рекуперации тепла

Модернизация существующих установок

Потенциальные пакеты для модернизации до совместного сжигания водорода могут включать, помимо прочего, следующие типичные шаги:

Технические данные / размер L, пример SCC5-4000F 1S

Концепция электростанции с поддержкой h3

Водородные электростанции — Сервис и решения

Калькулятор декарбонизации водорода

Хранение водорода

Хранение тепловой энергии

Тепловой носос

Силизер 300

Газотурбинные электростанции

Ветровая и солнечная энергия

Omnivise Fleet Management: Оптимизатор диспетчеризации

Всеобъемлющее гибридное управление

Ура водороду: эта новая электростанция в Огайо успешно использовала водород для выработки электроэнергии