Настоящим проектом рассматривается возможность производства газообразного водорода для поддержания энергетического баланса коммунального хозяйства и промышленности.
Электролиз воды.
В связи с истощением запасов натурального газа и нефти, ростом цен на их синтетическое производство становится актуальным вопрос получения альтернативного газа - водорода. В 1969 году мировая хлорная промышленность выработала около 4,5*109 м³ водорода. В настоящее же время для удовлетворения потребностей промышленности в водороде в ФРГ производится 20*109 м³/год; В Великобритании - 12*109 м³/год; В США - 176*109 м³/год. На нагрев в США используется до 30*109 м³/год водорода. Прогнозируемая энергетическая потребность мира в водороде на первую половину нового столетия составит 1,047*105 кДж (???ккал). Предполагается, (кем?) что за счет производства водорода будет покрываться половина энергопотребления всего мира, а для этого мировую выработку водорода необходимо довести до ~29,7*1012 м³/год.
Современные методы получения водорода можно разделить на две группы: химические и электролитические.
К химическим методам относится переработка твердых и тяжелых жидких топлив, углеводородных газов (коксового, природного, газов нефтепереработки).
К электролитическим методам производства водорода относится, прежде всего, электролиз воды, а также электролиз водных растворов натрия хлорида (NaCl) для получения хлора (Cl) и каустической соды; Одновременно в качестве побочного продукта электролиза NaCl получается дешевый водород (H2).
Наиболее чистый H2 и кислород (O2) получают при электролизе воды (H2O). Оборудованные ртутными и полупроводниковыми выпрямителями простые компактные и дешевые установки для электролиза воды под давлением, близким к атмосферному давлению, и под давлением до 10 атм. Они почти не требуют обслуживания и ухода и обеспечивают высокую чистоту газа.
Современные электролизеры для разложения воды при нормальных условиях эксплуатации работают в течении 5-10 лет без капитального ремонта. Производство водорода электролизом воды составляет: в Италии 2%; в Норвегии 100%; в Японии 11%.
Энергетические и технико-экономические перспективы перехода на водородную технологию
Электролиз воды с целью получения водорода имеет безусловные перспективы в самых различных вариантах.
А) вода является наиболее дешевым сырьем для производства водорода. К тому же, по сравнению с другими источниками сырья, водород при сжигании образует с кислородом воду. Т.е. мы имеем дело с технологией, не истощающей энергетические ресурсы планеты.
Б) Питание электролизера от гидроэлектростанции представляет собой совершенно экологически чистое производство.
В) В комбинации с атомными электростанциями, при условии улучшения КПД по электролизу до 70-90% и роста общеэнергетического КПД по электролизу до 30-35%.
Незаконченное предложение
Г) Известно что в течении суток потребление электроэнергии крайне неравномерно. Задача выравнивания нагрузки электростанций может быть решена с помощью водорода. Во время относительно низкого потребления электроэнергии избыточную часть её можно использовать для электролиза воды.
Использование водорода для передачи энергии.
При передаче электроэнергии на дальние расстояния велики затраты на сооружение линий электропередачи, которые превышают затраты на сооружение трубопроводов для транспортировки газа в 5-6 раз. Велики и потери электроэнергии, которые на линии электропередачи в 2000 км составляют 15%.
Использование водорода в коммунальном хозяйстве.
Расчеты показывают, что при многих вариантах использование водорода для бытовых целей, покрытие бытовых электрических нужд достигается с меньшими затратами, чем в случае применения электричества, даже если водород получают электролизом воды. В случае снабжения потребителей водородом, полученным из любого вида горючего даже с КПД 60%, что уже освоено промышленностью в крупных масштабах, 56% исходного горючего доносится до потребителя, что в 2 раза более эффективно, чем при использовании электроэнергии. Не понимаю до конца
Классификация электролизеров
Электролизеры различных типов расходуют на выработку 1м³ водорода от 2 до 5 кВт/ч электроэнергии. В наиболее экономичных электролизерах напряжение на ячейке доведено до 1,75 – 1,85 В, что позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 20-25%.
Фирмы изготовители электролизеров: ФРГ «LURGI» и «Demag», США «Tridwell», Италия «De-Nora».
По доставке предпочтительнее Италия, т.к. доставка контейнеров морем дешевле.
Как отмечалось выше, на производство 1м³ водорода затрачивается в среднем 5кВт/ч электроэнергии. Непосредственно на электростанции стоимость 1 кВт/ч составляет 4 коп. Следовательно, стоимость производства 1м³ водорода не будет превышать 20 коп и его вес 90 г. Теплотворная способность 1 кг водорода – 28600 ккал. Таким образом, при сжигании 1м³ водорода выделится тепла Q=0,090 кг * 28600 ккал = 2774 ккал.
При сжигании 1 м³ метана (СН4), вес которого составляет 0,717 кг, будет выделяться тепла Q=0,717 кг * 10000 ккал = 7170 ккал, а стоимость 1м³ метана составляет 90 коп.
Очевидным является то, что для поддержания постоянного соотношения стоимости на количество получаемого тепла для промышленности и коммунального хозяйства необходимо к метану СН4 добавлять определенное количество дешевого водорода Н2.
Использование смеси водорода и метана не является чем-то новым, известно, что коксовый газ, представляющий собой смесь, состоящую из 56% водорода и 44% метана, может использоваться в коммунальном хозяйстве. Т.е. добавляя к природному газу водород в пределах 56% можно получить ожидаемый эффект снижения себестоимости используемого газа, стоимость которого непрерывно возрастает из-за повышения цены на импортируемый газ.
Рассмотрим несколько ситуаций в изменении цены импортированного газа при добавлении к нему водорода.
Теплотворная способность 1м³ СН4 - 7170 ккал
Теплотворная способность 1м³ Н2 - 2774 ккал
Разница в теплотворной способности составляет 4396 ккал.
Смесь 1 м³ Н2 и 0,61 м³ СН4 выделяет при сжигании столько количества тепла как 1 м³ СН4.
Стоимость 1 м³ Н2 – составляет 20 коп.
Стоимость 1 м³ СН4 (при цене 179$ за 1000 м³) составляет 90 коп, а объем в 0,61 м³ - 55 коп.
Таким образом 1,610 м³ газовой смеси будут стоить 75 коп, что на 15 коп дешевле 1 м³ природного импортного газа СН4. Ежегодный объем прокачиваемого газа метана 30 000 000 000 м³. Экономия составляет 3*1010м³ * 0,15 грн = 45*108 грн. Объем прокачиваемого газа тоже увеличивается, т.е. вместо 1м³ прокачивается 1,61м³.
При стоимости импортного газа 300$ за 1000 м³ (СН4) удешевление будет составлять 0,61м³*150коп=92коп для метана. Цена же смеси будет 92коп + 20коп = (0.61 м³СН4 + 1м³Н2)=1,12 грн. Что экономит 1,5 грн – 1,12 грн = 38 коп на 1 м³ СН4. Тогда экономия за год составит 3*1010м³ * 0,38 грн = 11.4*108 грн.
При стоимости импортного газа до 400$ за 1000м³ СН4 удешевление будет составлять 0,61м³*200коп=122коп для метана. Цена смеси будет 122коп + 20 коп = 142 коп. Что экономит 2грн-1,42грн=62коп на 1 м³СН4. И экономия за год 3*1010м³ * 0,62 грн = 18.6*108 грн.
Следовательно, добавка водорода к природному газу при увеличении его стоимости в 2.2 раза для промышленных предприятий изменится в 1,5 раза.
Экономический эффект для производителей водорода будет определяться количеством проданного кислорода, который в этом процессе является сопутствующим газом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
