Файл: Нетрадиционная электроэнергетика водородная энергетика.docx
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 40
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Филиал в г. Геленджике
| Наименование дисциплины | Общая энергетика |
РЕФЕРАТ
Тема: Нетрадиционная электроэнергетика: водородная энергетика
| Выполнил | Пикуляк Иван Александрович |
| | фио студента |
| студент | 2 курса |
| | Направления 13.03.02 |
| | Группы 21ГЛ-13.03.02.01-з1 |
| | № зачетной книжки |
| Принял | Щемелева Юлия Борисовна |
| | фио преподавателя |
| | Кандидат технических наук, доцент |
| | должность, уч.степ., уч.звание |
| Дата поступления работы на кафедру | |
| Защищено с оценкой | |
| Дата защиты работы | |
| Подпись преподавателя | |
Геленджик, 2023
Содержание
| Введение…..………………………………………………………………… | 3 |
| 1. Водородные технологии в альтернативной энергетике.……………… 2. Водородная энергетика: преимущества и недостатки....……………… 3. Водородная энергетика: проблемы и перспективы................................ | 5 10 13 |
| Заключение…………………………………………………………………. Список использованных источников……………………………………... | 15 16 |
| | |
Введение
Устойчивое развитие человеческой цивилизации неизбежно потребует изменения структуры энергетики, разработки и внедрения новых безуглеродных энергетических технологий для уменьшения выбросов парниковых газов и стабилизации глобального изменения климата, вызванного антропогенными воздействиями на окружающую среду. Одним из возможных вариантов.
Состояние и перспективы развития электротехнологии будущего может стать использование универсального и экологически чистого энергоносителя – водорода [1,2,5]. Извлекаемые запасы водорода в составе углеводородных ресурсов, воды и биомассы в настоящее время практически неограниченны [4]. Источником для синтеза водорода могут служить природный и искусственные газы, продукты переработки нефти, свалочный газ и биометан [6,7].
Актуальность темы заключается в том, что водородная энергетика основывается на известных технологиях преобразования энергии в электрохимических генераторах или так называемых топливных элементах. В качестве исходного энергоресурса используется водород, как в чистом виде, так и в виде металлогидридов и других химических соединений - геттеров водорода. В результате химических реакций производится электрическая энергия и выделяется тепло, причем процесс генерации характеризуется практически полным отсутствием вредных выбросов таких, как оксиды азота, углерода и серы, конечным продуктом переработки является вода и водяной пар.
В большинстве развитых стран мира, таких, как США, Япония, страны Евросоюза, программы по развитию водородной энергетики являются неотъемлемой частью энергетическое стратегии развития. В Российской Федерации развитие технологий водородной энергетики и их интеграция с традиционными технологиями единой энергосистемы осложняется сложившимися условиями на российском рынке энергоресурсов, особенностями экономики России и ее энергетической политики, основу которой составляют добыча и переработка природного газа и нефтяных углеводородов.
Альтернативой водородной энергетике выступает концепция «электрического мира». Согласно этой концепции, практически все потребности в энергии будут удовлетворяться за счет единственного энергоносителя, экологически безопасного и удобного в применении, электроэнергии.
Цель работы – описание водородных технологий в нетрадиционной электроэнергетике.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
-
исследовать водородные технологии в альтернативной энергетике; -
описать преимущества и недостатки водородной энергетики; -
раскрыть проблемы и перспективы водородной энергетики.
Объектом исследования является нетрадиционная электроэнергетика.
Предмет исследования представляет собой водородную энергетику, её преимущества и недостатки, проблемы и перспектвы.
Методами исследования, используемыми в данной работе, являются методы обобщения, сравнения, анализа и аналогии.
Структура работы состоит из введения, трех пунктов, заключения и списка использованных источников.
1. Водородные технологии в альтернативной энергетике
Перспективы производства энергии с помощью ТЭС в XXI веке вызывают большие опасения по следующим причинам: во-первых, в ближайшие 50-70 лет два вида органического топлива – нефть и газ исчезнут; во-вторых, ТЭС являются главным источником выброса в атмосферу углекислого газа и создания парникового эффекта; в-третьих, сейчас в год добывается около 14 млрд тонн топлива. В XX веке из недр планеты изъято порядка 500 млрд тонн топлива, что составляет 103 массы Земли. Это может привести в будущем, наряду с парниковым эффектом, к непредсказуемым последствиям. Ресурсопотребление не уменьшается – напротив, постоянно растет.
Главной задачей альтернативной энергетики следует считать использование возобновляемых источников энергии для обеспечения жизнедеятельности, промышленного производства и решения экологических проблем.
Успешному и быстрому внедрению водородной энергетики как альтернативной, противодействуют два основных немаловажных фактора, а именно: практически полное отсутствие свободного водорода в природе и проблемы, возникающие при его хранении и транспортировке (рисунок 1). Для решения первой задачи была разработана технология пиролитического разложения природного метана на свободный водород и ацетилен. Эта технология позволяет получать водород в промышленных масштабах. Вторая задача представляется более сложной и ее решение пока не может быть однозначно определено и потребует время для дополнительных разработок.
Использование сжатого водорода для энергоустановок большой мощности мало оправдано, в связи с высокими энергозатратами на транспортировку и дорогостоящую пускорегулирующую аппаратуру. С другой стороны, по вопросу хранения водорода, поступает явно искаженная информация, противоречивая по смыслу. Водород, с егоуникальной подвижностью и высокой теплоемкостью, нашел повсеместное использование на электростанциях России. За весь период эксплуатации его для охлаждения обмоток электрогенераторов с 1926 года по настоящее время не было зафиксировано ни одного взрыва.
Рисунок 1 - Водородная энергетика
Хранение водорода в сжиженном состоянии энергозатратно. Кроме того, стоимость криостатов и их эксплуатация экономически не всегда оправдана.
В настоящее время успешное развитие водородной энергетики сдерживается тремя основными факторами:
-
отсутствием дешѐвой технологии получения водорода в виде топлива; -
высокие затратность и сложность технологий его безопасного хранения; -
отсутствием надежного и энергетически выгодного способа прямого преобразования энергии свободного водорода в электрическую.
Как топливо водород сжигается в двигателях ракет и в топливных цементах для непосредственного получения электроэнергии при единении водорода и кислорода. Его можно использовать и как топливо для авиационного транспорта. Сейчас в мире получают около 30 миллионов тонн водорода в год, причем в основном из природного газа. Согласно прогнозам за 40 лет производство водорода должно увеличиться в 20-30 раз. Предстоит с помощью атомной энергетики заменить нынешний источник водорода природный газ – на более дешевое и доступное сырье, т.е. на воду. Здесь возможны два пути. Первый путь традиционный, с помощью электрохимического разложения воды. Второй путь менее известен. Если нагреть пары воды до 30003500°С, то водные молекулы распадутся сами собой.
В последнее время появились актуальные работы в Германии, связанные с использованием алюминия в качестве элемента, активно взаимодействующего с водородом. Многообразие модификаций кластерных структур атомов алюминия позволяет в достаточно широком интервале получать гидриды с изменением соотношения металлводород.
При выборе того или иного варианта модификации необходимо проведение дополнительного исследования по термохимической устойчивости компонентов. В практике технологии водородной энергетики прямое преобразование водорода в электроэнергию осуществляется с помощью топливныхэлементов. Однако, сложность изготовления электродов ТЭ, а также не полное использование горючего (водорода) предполагает использование альтернативных вариантов применения водорода (рисунок 2).
Рисунок 2 - Блок водородно-воздушной турбины с
секционированным электрогенератором (МП 1, 2, 3 – система магнитной подвески)
Криостатная система обеспечивает работу магнитных подвесок в режиме сверхпроводимости, кроме того, она предназначена для гелиевого охлаждения обмоток, что позволяет значительно снизить электрические потери и улучшить тепломассообмен, повышая эффективность использования.
Основной особенностью работы водородных турбин являются чрезвычайно высокие скорости вращения колеса турбины (порядка 20·103об/мин). Поэтому в конструкции предусмотрено вертикальное расположение рабочего вала турбины и приводимых во вращение секций генератора. В этом случае исключено влияние прогиба вала и возникающие вследствие этого биения. Кроме того, упрощается конструкция систем ориентации рабочего вала в опорах и упрощается процесс запуска системы за счет создания газовой охлаждающей подушки под пяткой вала.
На рисунке 3 приведен общий вид водородного энерго-комплекса, включающего в себя систему пиролиза метана для получения газообразного водорода, системы криостатов жидкого азота и гелия, а также энергетических систем, включающих циркуляционные насосы, деаэраторную установку и другое вспомогательное оборудование. На выходе такого комплекса в качестве выхлопныхгазов возможно только наличие паров воды и свободного азота.
Рисунок 3 - Общий вид комплекса водородной энергетики
Упадок промышленности делает Россию уникальнейшим полигоном для разработки стратегии внедрения альтернативной энергетики и в первую очередь водородной. В результате будет получен бесценный практический опыт внедрения водородной энергетики и страна получит уникальный исторический шанс возродить индустрию и вновь стать великой экономической державой.
2. Водородная энергетика: преимущества и недостатки
Одним из альтернативных способов получения энергоносителя является водородная энергетика. На сегодняшний момент нет четкого экономически выгодного механизма ее получения. Однако учеными ведутся активные разработки вариантов добычи водородного топлива. Основные проблемы водородной энергетики заключаются в том, что получение вещества сопряжено с необходимостью траты иных энергоносителей (нефть, электричество, газ), а также высокой угрозой образования взрывов.