Перспективы применения водорода в энергетике

Размещено на http://allbest.ru

Введение

энергетика водород атомный

Сегодня многие передовые в экономическом отношении страны все более пристально рассматривают водород не только в упомянутых сферах его традиционного применения, но и как основу энергетики завтрашнего дня.

На фоне катастрофического ухудшения экологического состояния планеты и истощения ресурсов углеводородного сырья, заманчиво использовать водород как абсолютно безвредное топливо для средств транспорта, обогрева жилищ в удаленных регионах, в автономных и стационарных источниках вторичной энергии. При этом наиболее заманчивым методом получения водорода является электролиз воды. Ведь сгорая, водород опять даст ту же воду. Поистине неисчерпаемый источник горючего!

Но здесь встает другая проблема: для электролиза требуется электричество, а его получение из возобновляемых источников составляет сегодня ничтожную долю от общих объемов производства электроэнергии. И здесь вспомним про наше Солнце и другие звезды.

Термоядерная реакция и вновь водород. Человек уже создал термоядерную (водородную) бомбу. Но в ней чудовищная по масштабам Земли энергия высвобождается в доли секунды, принося разрушения и смерть. На Солнце реакция идет миллиарды лет медленно и стабильно, принося жизнь и тепло. Ученые бьются над проблемой обуздания этой энергии, и не за горами то время, когда управляемая термоядерная энергия с экологически безопасным топливом навсегда избавит нас от опасений о конечности энергетических ресурсов нашей планеты и гибели окружающей среды.

Глава 1. Перспективы применения водорода

Решение проблем энергетики и энергоснабжения - ключ к решению очень многих экономических и хозяйственных проблем. Прежде всего, рассмотрим источники, из которых человечество в настоящее время черпает энергию для своей хозяйственной деятельности:

Российские исследователи представили следующие данные на 2015 год: на ископаемые виды топлива приходится 90% мирового потребления энергоресурсов, в том числе на нефть - 40,1%, уголь - 27,8%, природный газ- 22,9%.

Итак, около 90% энергии мир получает, сжигая ископаемое топливо: нефть, газ, каменный уголь. Перед тем, как остановиться на водородном источнике энергии подробно, необходимо обсудить атомную энергию. Её апологеты утверждают, что она дешевая и безопасная. Признаем, что обеспечить безопасность АЭС можно. А вот с дешевизной много сложнее. Скажем прямо: главным мотивом отказа от АЭС во всем мире является не вопрос безопасности, а вопрос стоимости.

Многие деятели атомной индустрии утверждают, что "стоимость электроэнергии АЭС уже сейчас меньше на 15% - 20% стоимости электроэнергии тепловых станций. Это не так.

Расходы на реабилитацию мест радиоактивного загрязнения очень дорогостоящее удовольствие. И в этом случае эффективность развития ядерного комплекса окажется мизерной. Отходы приходится остекловывать или каким-то другим способом организовывать их длительное хранение. При этом стоимость проекта резко возрастает. В будущем нам надо находить средства на разборку отслуживших АЭС, на очистку больших территорий и акваторий от радиоактивного загрязнения.

Теперь рассмотрим менее очевидный вопрос: зачем искать альтернативы нефтегазовой энергетике?

Начнем с того, что нефть и газ не вечны. Существуют много оценок запасов нефти, которые колеблются от 30 до 100 лет использования.

Сжигание углеводородов создают заметные экологические проблемы, особенно при использовании для нужд транспорта.

И тогда встает вопрос: если не углеводородное топливо и не АЭС - тогда что же?

Ответ: возобновляемые источники энергии. На долю этого сегмента приходиться менее 10%. Эта цифра означает не скудость этих источников, а низкий уровень внедрения технологий их использования.

Что же это за источники? Это в первую очередь Солнце, на втором месте по значимости и перспективности стоит геотермальная энергия. Она практически неисчерпаемая и вечная, но проблема ее стоимости стоит довольно остро. Отметим также энергию приливов и отливов, энергетическое использование биомассы.

Почему же такой богатейший потенциал дает менее 10% вырабатываемой энергии?

Потому что данные источники непостоянны во времени и неравномерно распределены пространстве. Поэтому прямое их использование целесообразно только в децентрализованных малых источниках энергии.

Глава 2. Производство водорода

Запасы водорода, связанного в органическом веществе и в воде, практически неисчерпаемы. Разрыв этих связей позволяет производить водород и затем использовать его как топливо. Разработаны многочисленные процессы по разложению воды на составные элементы.

При нагревании свыше 2500°С вода разлагается на водород и кислород (прямой термолиз). Столь высокую температуру можно получить, например, с помощью концентраторов солнечной энергии. Проблема здесь состоит в том, чтобы предотвратить рекомбинацию водорода и кислорода.

В настоящее время в мире большая часть производимого в промышленном масштабе водорода получается в процессе паровой конверсии метана (ПКМ). Полученный таким путем водород используется как реагент для очистки нефти и как компонент азотных удобрений, а также для ракетной техники.

Начиная с 70-х годов прошлого века в стране были выполнены и получили необходимое научно-техническое обоснование и экспериментальное подтверждение проекты высокотемпературных гелиевых реакторов атомных энерготехнологических станций (АЭТС) для химической промышленности и черной металлургии.

Основой для проектов таких станций послужили разработки ядерных ракетных двигателей на водороде. Созданные в нашей стране для этих целей испытательные высокотемпературные реакторы и демонстрационные ядерные ракетные двигатели продемонстрировали работоспособность при нагреве водорода до рекордной температуры 3000 К.

Высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем - это новый тип экологически чистых универсальных атомных энергоисточников, уникальные свойства которых -- способность вырабатывать тепло при температурах более 1000°С и высокий уровень безопасности - определяют широкие возможности их использования для производства в газотурбинном цикле электроэнергии с высоким КПД и для снабжения высокотемпературным теплом и электричеством процессов производства водорода, опреснения воды, технологических процессов химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и др. отраслей промышленности.

Глава 3. Потенциал применения водорода

В Европе в конце XIX столетия сжигали топливо, называемое "городской, или синтез-газ" - смесь водорода и монооксида углерода (СО). Несколько стран, включая Бразилию и Германию, кое-где все еще применяют это топливо. Применяли водород и для перемещения по воздуху (дирижабли и воздушные шары), начиная с первого полета во Франции 27 августа 1784 г. Жака Шарля на воздушном шаре, наполненным водородом. В настоящее время многие отрасли промышленности используют водород для очистки нефти и для синтеза аммиака и метанола. Космическая система "Шаттл" использует водород как топливо для блоков разгона. Водород применяется и для запуска ракеты-носителя "Энергия", предназначенной для доставки на орбиту сверхтяжелых грузов.

Сейчас наблюдается новый всплеск интереса к масштабной атомно-водородной энергетике, основным инициатором которого явились автомобилестроительные гиганты. Водород имеет много преимуществ в качестве топлива для транспортных средств, и автомобильная промышленность активно включилась в его использование.

Заключение

Энергетика является одной из основных отраслей народного хозяйства, по уровню ее развития и потенциальным возможностям можно судить об экономической мощи страны.

Нынешнюю энергетическую ситуацию в мире можно назвать относительно благополучной благодаря наличию больших запасов ископаемого топлива, стабильности цен, неуклонному прогрессу в области сохранения и рационального использования энергии, совершенствованию энергетических технологий, более эффективному использованию рыночных регуляторов. Анализ современного состояния и использования энергетических ресурсов свидетельствует о том, что высокого уровня потребления энергии достигли лишь промышленно развитые страны.

За прошедшие три десятилетия структура энергопотребления на глобальном и национальном уровнях претерпела значительные изменения, однако по-прежнему исключительно важное значение имеют ископаемые виды топлива, на которые в конце 90-х годов приходилось более 90% мирового потребления энергоресурсов, в том числе на нефть - 40,1%, уголь - 27,8%, природный газ - 22,9%. Несмотря на почти трехкратное увеличение производства энергии за счет использования водных и ядерных источников, их доля в мировом энергобалансе остается незначительной и составляла в конце 2014 соответственно примерно 9- 10%.

При современных темпах роста потребления ископаемых видов топлива запасов нефти хватит минимум на 75 лет, природного газа - более чем на 100 лет, угля - более чем на 200 лет.

Поэтому самое время задуматься и начинать на мировом уровне развивать альтернативные виды энергетики, а в частности - водородную! Это экологично и в тоже время - это хорошая и выгодная альтернативна традиционным видам энергетики!

Список использованной литературы

1. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и некоторые принципы их использования для транспорта, энергетики и промышленности. 1970.

2. Глобальное потепление: Доклад Гринпис / Под ред. Дж.Леггетта.

3. "Энергия" 2003, № 7.

8. Журнал "Фактор"№ 39 - 2014 г.

Размещено на Allbest.ru