ГАЗОВОДОРОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕГРАЦИИ РЕСУРСОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ С ТРАДИЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ КАК СРЕДСТВА ПРЕОДОЛЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УГРОЗЫ

Запорожец Ю.М.

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

HYDROGEN ECONOMY

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

HYDROGEN ECONOMY

Статья поступила в редакцию 01.07.14. Ред. рег. № 2047 The article has entered in publishing office 01.07.14. Ed. reg. No. 2047

УДК 662.769.2

ГАЗОВОДОРОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕГРАЦИИ

РЕСУРСОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ С ТРАДИЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ КАК СРЕДСТВА ПРЕОДОЛЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УГРОЗЫ

Ю.М. Запорожец

Институт возобновляемой энергетики НАН Украины 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38044 206-28-09, e-mail: [email protected]

Заключение совета рецензентов: 06.07.14 Заключение совета экспертов: 10.07.14 Принято к публикации: 15.07.14

В статье охарактеризована сугубая роль сжигания ископаемых энергоносителей в глобальной проблеме эмиссии диоксида углерода и парниковых газов, обоснована целесообразность их замещения путем широкого внедрения в энергетику и промышленность газоводородных смесей. С учетом полученных выводов проанализированы проблемные вопросы и представлено обоснование технологической схемы интеграции возобновляемой энергетики с традиционными системами энергообеспечения, которая гармонично сочетает их преимущества и нивелирует недостатки, создавая предпосылки для построения глобальной интегрированной энергосистемы. Показана техническая возможность и наличие достаточных ресурсов для мягкого перехода к водородным технологиям.

Ключевые слова: эмиссия диоксида углерода, газоводородные смеси, интеграция возобновляемой энергии, глобальная энергосистема.

GAS-HYDROGEN TECHNOLOGIES AND INTEGRATION CAPABILITIES OF RENEWABLE ENERGY RESOURCES WITH TRADITIONAL ENERGY SYSTEMS AS A MEANS OF OVERCOMING THE GLOBAL ENVIRONMENTAL THREAT

Yu.M. Zaporozhets

Institute of Renewable Energy, National Academy of Sciences of Ukraine 20 A Krasnogvardejskaya str., 02094, Kiev-94, Ukraine Tel./fax: +38 044 206-28-09, e-mail: [email protected]

Referred: 06.07.14 Expertise: 10.07.14 Accepted: 15.07.14

This article describes the especial role of combustion fossil energy in the global problem of carbon dioxide emissions and greenhouse gases the expediency of their replacement by the widespread introduction in energy and industry of gas-hydrogen mixtures. Taking into account the findings were analyzed concerns and presents the rationale flow sheet integration of renewable energy from conventional power supply systems, which combines the advantages and eliminates the disadvantages of creating preconditions for a global integrated energy system. Shown the technical feasibility and the availability of sufficient resources for smooth transition at hydrogen technologies.

Keywords: carbon dioxide emissions, hydrogen gas mixture, integration of renewable energy, global energy system.

Введение: энергопотребление и экология -глобальное противоречие

Неуклонное возрастание энергопотребления во всех сферах человеческого бытия фактически является залогом благосостояния и устойчивого развития общества - к 2030 г. прирост относительно показателя 2011 г. может составить 36% и достичь 18 млрд т н.э. [1]. Тем не менее, обратной стороной прогресса в укреплении энергетической безопасности и, как оказалось, в глобальном измерении весьма угрожающим, стало ускоренное накопление выбросов оксидов углерода, азота и других токсичных и вредных для природной среды веществ, или, как их называют, парниковых газов. Непрерывное промышленное развитие оказывает постоянное негативное влияние на окружающую среду. В конечном счете ее возможности к самоочищению и обезвреживанию вредных примесей могут оказаться ниже интенсивности антропогенного воздействия, что чревато глобальной экологической катастрофой.

Преодоление экологического кризиса является одной из важнейших проблем человечества в XXI веке. С этой целью в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата в 1997 г. был принят Киотский протокол, действие которого продлено до 2020 г. Он обязывает страны с переходной экономикой и развитые страны к сокращению или стабилизации выбросов парниковых газов [2]. Антропогенный парниковый эффект считают одной из причин текущего глобального потепления, которое связано прежде всего с деятельностью человека и повышением концентрации углекислого газа в атмосфере Земли в результате добычи и сжигания природного газа, нефти и угля [3].

Согласно данным International Energy Outlook [4], за 2008 г. суммарный объем глобальных выбросов СО2 превысил 28 гигатонн, в результате чего концентрация диоксида углерода в атмосфере Земли достигла рекордных за прошедшие 15 миллионов лет значений. Эмиссия CO2 ежегодно возрастает примерно на 1,8% и, как ожидается, к 2050 г. удвоится, составив около 60 Гт/год. Выбросы СО2 от крупных фиксированных источников, которые теоретически могут быть изолированы (уловлены) существующими установками СС8 (Carbon Capture and Storage -улавливание и хранение углекислого газа), составляют 15 Гт/год. Подавляющая часть этой эмиссии (80%) продуцируется в энергетике (теплоэлектростанциями) и на транспорте. Общая эмиссия от промышленного сектора, в том числе от его доли потребления электроэнергии, достигает 11 Гт/год.

В промышленности крупнейшими источниками выбросов CO2 являются три отрасли химической индустрии: производство этилена и других нефтепродуктов, аммиака для азотных удобрений и хлора. По имеющимся оценкам промышленность химических удобрений потребляет около 1,2% всей производимой в мире энергии и отвечает за такую же долю глобаль-

ных выбросов СО2. И хотя на общем фоне эта доля выглядит незначительной, однако же независимо от того, используется ли в качестве первичного источника энергии природный газ или уголь, на каждую произведенную тонну аммиака выделяется 1,87 тонн СО2, что глобально составило в 2010 г. 245 млн тонн, или половину всего объема эмиссии диоксида углерода, скажем, в Великобритании (496 млн тонн) [5].

Направления и средства снижения эмиссии диоксида углерода

Среди разнообразных способов уменьшения выбросов СО2 в промышленности и энергетике можно выделить следующие направления.

Прежде всего - это замена технологий производства, связанных со сжиганием ископаемого горючего сырья, на альтернативные - без эмиссии СО2, такие, например, как синтез аммиака непосредственно из воздуха и воды при температуре и давлении окружающей среды [5, 6], индукционная и дуговая плавка в металлургии, высокочастотный обжиг в производстве керамзита и строительной керамики [7], гиперпрессование и др. В каждом отдельном случае применение указанных технологий может составить существенные преимущества для новых инвестиций, однако, как вытекает из приведенных выше оценок, суммарный эффект даже от повсеместного их внедрения навряд ли окажет значительное влияние на глобальный баланс эмиссии СО2, поэтому более развернуто на этом направлении мы останавливаться не будем.

Имея в виду широкомасштабные задачи сокращения эмиссии диоксида углерода, основные усилия на сегодняшний день следует сосредоточить, очевидно, в сфере энергетической генерации, или, как еще характеризуют эту проблему в некоторых источниках [8, 9], «декарбонизации» - деуглеродиза-ции энергетических систем. Достижение глубокой декарбонизации - снижения ежегодных выбросов С02 на 60-80% от текущих уровней - требует активного осуществления всех доступных мероприятий, включая разработку и внедрение низкоуглеродистых энергоносителей для отопления и других видов прямого использования топлива в жилых, коммерческих и промышленных секторах. Ибо именно там сконцентрированы те конечные потребители, которые пользуются, главным образом, таким безопасным и надежным носителем, как природный газ, и продуцируют, например, в Соединенных Штатах свыше 25% выбросов СО2.

Природный газ, обладая неоспоримыми технологическими преимуществами и высокой эффективностью использования по сравнению с другими ископаемыми энергоносителями, признан в этом качестве планетарно-стратегическим ресурсом и важнейшим фактором в решении проблемы изменения климата, так как имеет самое низкое содержание углерода и требует меньших усилий для его изолирования. Побудительными мотивами для деуглеродизации энер-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

гии, доставляемой конечным пользователям, является растущая потребность в доступных, чистых, безопасных и удобных ее формах [9]. Поэтому в энергетику и энергоемкие производства внедряются специализированные системы и технологии СС8, которые могут быть привязаны (ориентированы) к разным стадиям сжигания газообразного топлива.

Традиционный вариант - «очистка на выхлопе», т. е. после сжигания ^ost-combustion capture of CO2), новационный вариант - деуглеродизация перед сжиганием (pre-combustion capture). Не вдаваясь в подробный анализ, укажем лишь, что последний имеет лучшие перспективы [10].

Но этого недостаточно. Наряду с расширением применения различных методов СС8 к настоящему времени появились прогрессивные технологии, которые обеспечивают еще более эффективное преобразование и конечное использование природного газа. В частности, получила распространение переработка его в газоводородные формы, синтетические топлива (газообразные и жидкие) [9], а также непосредственное обогащение природного газа водородом [8].

Обогащенный водородом природный газ (Hydrogen-enriched natural gas, or HENG), - это смесь водорода и природного газа (ГВС), которые теоретически можно смешивать в любых пропорциях, но, как указывает источник, наиболее рациональным в обозримой перспективе представляется вариант HENG-ГВС, содержащий от 10 до 20% водорода. При таких концентрациях ГВС, как правило, совместим с существующей транспортной инфраструктурой природного газа и оборудованием конечного потребителя - распределительными устройствами и топливной аппаратурой. Более того, многие действующие юридические акты и стандарты квалифицируют смеси с содержанием водорода менее 20% как природный газ с облегченным доступом для первоначального его размещения в газовых сетях. При этом ГВС выявляет существенные преимущества в части уровня эмиссии диоксида углерода.

Таким образом, одним из эффективных направлений масштабного снижения выбросов СО2 может стать широкое применение газообразных энергоносителей с пониженным и низким содержанием углерода.

Наконец наиболее действенным (кардинальным) путем снижения объемов эмиссии диоксида углерода и вообще парниковых газов в глобальном измерении становится использование возобновляемой энергии, которое во многих странах, особенно в Европе, США и Китае, приобрело значительные масштабы и продолжает динамично распространяться [11-14]. Однако наиболее значимые с точки зрения имеющегося потенциала и технологической доступности виды возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые постоянно воспроизводятся в природных процессах, такие как ветер, волны и солнечное излучение, имеют определенные недостатки - прерывистость и нестабильность. Поэтому их непосредственное массовое сопряжение с традиционными системами энер-

гообеспечения (ТСЭ) сталкивается с целым рядом препятствий, преодоление которых откроет возможность планомерно и неуклонно двигаться в направлении снятия глобальной экологической угрозы.

Целью данной статьи является оценка возможности использования газоводородных энергоносителей и существующей газотранспортной инфраструктуры для снижения выбросов СО2 и других парниковых газов, повышения эффективности использования оборудования у конечного потребителя, а также обоснование газоводородной технологической схемы масштабной интеграции ресурсов возобновляемой энергии в глобальные энергетические системы с использованием технических средств ТСЭ.

Предпосылки и практические преимущества внедрения ГВС в энергетику

В широком смысле за счет использования существующей газовой инфраструктуры доставки и оборудования конечного потребления ГВС обеспечивает условия для первоначального развертывания водорода в энергетических системах без привлечения дорогих инвестиций. При таком подходе одновременно решается ряд проблем производства и хранения водорода, его транспортировки и подачи к оборудованию для непосредственного использования в качестве топлива.

Вместе с тем применение ГВС обеспечивает целый ряд позитивных эффектов.

Прежде всего, достигается интенсификация горения и снижение эмиссии CO2 от сжигания природного газа, что приводит к сокращению выбросов и других загрязняющих веществ, таких как оксиды азота (NOx), окись углерода (СО), несгоревший метан и другие углеводороды. В частности, каждая тонна углерода, удаленная перед сгоранием (pre-combustion capture), предотвращает выброс приблизительно 3,7 тонны CO2, который имел бы место при непосредственном сжигании газа.

Добавление в газ водорода даже в небольших количествах ведет к более полному сгоранию топлива в газовом потоке, в том числе CO, метана и других углеводородов, чем обеспечивается повышение топливной экономичности сжигания газа в котлах, двигателях и турбинах, т.е. эффективность конверсии внутренней энергии природного газа в полезную энергию - КПД.

Кроме того, ГВС позволяет избежать образования термических оксидов NOx, потому что обеспечивает стабильное горение в обедненной углеродом газовой смеси при более низкой температуре пламени, нежели это возможно с обычным природным газом.

Поскольку природный газ является ныне основным источником энергии в Северной Америке, Великобритании и Европе, указанные преимущества с учетом масштабов его потребления в этих регионах, естественно, ослабляют напряженность глобальных экологических проблем. Например, в Соединенных Штатах в 2008 году за счет природного газа было

удовлетворено около 25% энергетических потребностей 65 миллионов клиентов. При этом большая часть роста спроса на природный газ в последние годы приходится на сферу производства электроэнергии, в которой за счет применения парогазовых технологий (Integrated Gasification Combined Cycle -IGCC) достигнуто значительное увеличение эффективности и чистоты сжигания топлива [15, 16].

В целом по всей технологической цепочке - от скважины до горелки - использование газоводородных смесей может сократить выбросы CO2 в Соединенных Штатах более чем на 111 миллионов тонн в год при капитальных затратах в $42 млрд. Такой результат соответствует годовым выбросам от 20 млн легковых автомобилей или 10 млн домовладений и эквивалентен дополнительному введению более 100 МВт возобновляемых мощностей ветрогенераторных станций стоимостью свыше $100 млрд, которые займут территорию целого штата Массачусетс.

Приведенные данные указывают на явную целесообразность повсеместного внедрения газоводородных энергоносителей и мягкого перехода к водородным технологиям.

Получение газоводородных смесей

ГВС - это низкоуглеродистый газ, в котором меньше углерода и больше водорода, чем в природном.

Соответственно, ее можно получать либо путем непосредственного добавления в природный газ водорода, либо путем извлечения из газа части углеро-досодержащих молекул, либо путем изначального синтеза газа с повышенным содержанием водорода. При наличии свободного водорода первый вариант тривиален, а два других предполагают некоторую обработку (переработку) природного газа или других видов углеродного топлива известными методами, такими, например, как получение синтез-газа путем газификации угля [17, 18]. Иными словами, масштабное получение ГВС не встречает значительных технологических препятствий, хотя коммерческий аспект не является однозначным.

Требования безопасности

В любых, самых эффективных приложениях превыше всего стоят требования безопасности, которые, собственно, и приобретают решающее значение для успешной коммерциализации газоводородных технологий.

В сущности, использование трубопроводных систем для водорода известно достаточно давно. В городах Европы газопроводы появились с середины позапрошлого века, причем содержание водорода в транспортируемом газе доходило до 55%, и это не вызывало каких-либо особых проблем. Водород очень летуч и легок, поэтому незначительные утечки его через вентили и арматуру не представляют серьезной опасности на линии. Водородная коррозия трубопро-

водов при обычных температурах и давлениях до 10 МПа, по имеющимся данным, незначительна [8, 9]. В связи с этим трубопроводы для водорода, как правило, не требуют постоянного наблюдения и ревизии. Как показала ревизия старых водородных сетей, эксплуатируемых более 30 лет, в них не оказалось значительных коррозионных повреждений.

Аналогичные заключения подтверждает и реальный опыт использования в Гонконге и на Гавайях во-дородосодержащего газообразного топлива путем его непосредственной закачки в газопроводы среднего давления и распределительную систему низкого давления, при которой не возникало никаких непреодолимых технических барьеров и проблем безопасности.

Hong Kong and China Gas Company занимается производством и поставкой «городского» газа с 1862 г. «Городской» газ, получаемый из нефти, на 49% состоит из водорода, 28,5% метана, 19,5% углекислого газа и 3% моноксида углерода. Сеть снабжения простирается более чем на 1900 миль (3000 километров), охватывающих 85 процентов домохозяйств Гонконга, и обслуживает около 1,6 млн потребителей. В Гонконге он является важнейшим видом газообразного топлива, особенно для домашнего отопления и приготовления пищи, и в настоящее время обеспечивает около 30% от общего объема энергии, потребляемой на территории.

На Гавайях Газовая компания TGC производит и поставляет синтетический природный газ (SNG) для еще большего рынка Гонолулу с 1967 г. Этот газ также является производным от нефти и состоит из 77% метана, 11% водорода, 6% бутана и 6% CO2. Компания TGC поставляет SNG через 1100-мильную (1770 км) сеть стальных трубопроводов высокого давления и полиэтиленовые трубы высокой плотности для локальной доставки более чем 28000 бытовых и коммерческих потребителей. Газоводородная смесь используется в стандартных газовых приборах для приготовления пищи, нагрева воды, сушки и освещения. В экстренных ситуациях ее используют в качестве топлива для легковых автомобилей, грузовиков и когенерации.

Однако, несомненно, важнейшим обстоятельством, которое засвидетельствовал опыт достаточно длительной эксплуатации упомянутых систем, является то, что за весь период не зафиксировано сообщений или актов о возникновении утечек, развития хрупкости и усталостных трещин трубопроводов, разрушения элементов оборудования или ненадлежащего функционирования газовой аппаратуры именно в связи с присутствием водорода.

Приведенные данные в свете требований взрыво-пожаробезопасности, механической прочности, физико-химической стойкости внутренних и внешних покрытий дают основания для уверенности в технической осуществимости и допустимости использования ГВС в трубопроводах природного газа с объемным содержанием водорода, по крайней мере, до 20%.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

Вообще говоря, дать предварительно какую-то обобщенную оценку относительно приемлемой концентрации водорода в смеси затруднительно, тем не менее, изложенные выше факты позволяют считать, что применение ГВС с содержанием до 20% водорода не потребует внесения существенных изменений в большинство существующих сетей природного газа, счетчиков и стандартной аппаратуры [8].

Проблемные вопросы интеграции ВВЭ с ТСЭ

Выше было отмечено, что широкое применение наиболее интенсивных возобновляемых источников сдерживается естественной нестабильностью поступления солнечной и ветровой энергии (суточной, сезонной, погодной) и возникающей в связи с этим проблемой ее аккумулирования и сохранения на достаточно длительный период [19-21].

Поэтому при использовании установок возобновляемой генерации (УВГ) для локального энергоснабжения тех или других категорий потребителей в определенные периоды возникает потребность привлекать из общей сети объединенной энергосистемы (ОЭС) мощности других операторов, которые вырабатывают энергию из сжигаемых ресурсов, в том числе природного газа. Вместе с тем, вследствие обычных суточных и сезонных колебаний потребления во время спада локальной нагрузки УВГ могут вырабатывать излишек энергии, который через ту же самую сеть диспетчерской службой ОЭС передается на те участки (РЭС - районы электрических сетей), где потребители нуждаются в ней. Но в случае масштабного внедрения мощностей возобновляемых источников профицит (излишек) энергии может достигнуть некоторого критического уровня, когда, учитывая ограниченную пропускную способность сети, возникает необходимость ее сохранения в достаточно больших объемах [20, 21].

Известно, что существуют разные средства хранения энергии, как в электрическом (электрохимическом), так и в преобразованном виде, среди которых наиболее пригодным для «консервации» именно возобновляемой энергии считается производство водорода путем электролиза воды [20-22]. Использование водорода в качестве энергоносителя с целью аккумуляции и транспортировки энергии представляется эффективным решением проблемы стабильного энергоснабжения за счет возобновляемых источников. Больше того, ведущие фирмы считают водород своеобразным общим знаменателем возобновляемой энергии с традиционными системами энергообеспечения (ТСЭ), способным обеспечить их интеграцию и путь к будущей «чистой» энергетике [21-24]. Впрочем, естественно, что на этом пути немало «подводных камней», и прежде всего -стоимость водорода, а также других, более или менее сложных проблем, решение которых должно создать благоприятные условия для инвестиций в эту сферу и ее гармоническое технологическое со-

пряжение с существующей глобальной энергетической инфраструктурой.

Для этого необходимо определить основные направления осуществления технологических мероприятий по обеспечению естественного и беспрепятственного процесса «встраивания» атрибутов возоб-новляемо-водородной энергетики (ВВЭ) в устоявшуюся конструкцию ТСЭ. Решение указанной задачи состоит, очевидно, в сопоставлении ведущей парадигмы каждой из систем, выявлении их преимуществ и недостатков, а главное - противоречивых свойств, которые, собственно, и составляют основное содержание проблемных вопросов на пути создания глобальной интегрированной (еще говорят -гибридной) энергетической системы.

ТСЭ сформировалась как системная реализация принципа: генерировать энергию там и тогда, где это целесообразно, и предоставлять ее потребителям где и когда нужно. Технологическими средствами воплощения этого принципа стало построение трех глобализованных магистралей циркуляции энергетических потоков, охваченных разнообразными связями: объединенная электроэнергетическая система (ОЭС), система коммунальных теплофикационных сетей (СКТС) и газотранспортная система (ГТС) с ответвлениями и параллельными звеньями - назовем их вместе ГСЭ, т.е. «глобализованная система энергообеспечения», используя этот термин вместо ТСЭ. Создание такой схемы явилось результатом естественной закономерности повышения энергетической и экономической эффективности технических средств путем укрупнения единичных объектов и объединение их производственных мощностей. Собственно, ее построение стало решающим фактором достижения бесперебойности снабжения и стабильных унифицированных параметров энергии, что по существу и воплощает содержание энергетической безопасности в целом. На рис. 1 в обобщенном виде представлена существующая схема ГСЭ.

Рис. 1. Схема ГСЭ: ПГХ - подземные газохранилища; ГТС - газотранспортная система; ТФП - теплофикационные пункты (станции); ГЭС - гидроэлектростанции Fig. 1. Scheme of GPSS (globalized power supply system):

ПГХ - subterranean gas storage; ГТС - gas transport system; ТФП - thermal-clamping points (stations); ГЭС - hydropower station

Однако одно и то же свойство, которое в одних условиях является преимуществом, в других оборачивается недостатком. Надежно управляясь с нагрузкой в установившихся режимах, т.е. с базовой генерацией, ГСЭ вследствие инерционности основных генерирующих мощностей в динамике (кратковременных колебаниях нагрузки) уступает маневренным станциям с газотурбинными установками и парогазовым циклом (ГТУ и ПГУ) [16, 25]. С другой стороны, в случае долговременных отклонений нагрузки, связанных с сезонными изменениями спроса на энергию, ГСЭ в ответ на его зимний рост обеспечивает увеличение генерации за счет ресурсов ГТС; тем не менее, она в принципе не способна на обратное действие - летом «возвратить» энергию в ГТС, т. е. обеспечить ее аккумулирование для отсроченного использования в последующие периоды. Хотя именно ГТС является уникальным по емкости и технологическим качествам средством предварительного накопления первичных энергоносителей в подземных газохранилищах и параллельных нитях нефтепроводов [26] (аккумулирование «ante factum»).

В отличие от ГСЭ, возобновляемая энергетика воплощает противоположную парадигму: «пожинать» энергию (harvest energy) там и тогда, где она появляется, и предоставлять ее потребителям где и когда возможно. Поэтому естественно, что подавляющее большинство УВГ и даже их наибольшие агломерации в виде оффшорных ветропарков (в Германии, Великобритании) или солнечных ферм несопоставимы по мощности с возможностями ГСЭ, а значит, их энергия по большей части не отвечает требованиям относительно бесперебойности снабжения и стабильности параметров. Хотя общая установленная мощность совокупности европейских, например, оффшорных ВЭС (ветровых электростанций) достигает нескольких ГВт и уже превышает мощности энергосистем некоторых из этих стран [14], непосредственное объединение упомянутых ВЭС по образцу ОЭС, учитывая естественные (морские) факторы, не представляется реальным. Вместе

с тем, в сравнении с объектами ГСЭ УВГ являются практически непревзойденными по скорости темпов сооружения, уровню удельных капитальных вложений, а главное - «чистоте» энергии.

Из этого, собственно, и вытекает представление об общем знаменателе - промежуточном или вторичном энергоносителе, роль которого по общему признанию предоставляется водороду. Но сразу следует заметить, что получение водорода за счет традиционных источников электрической энергии практически неоправданно, за исключением избытка генерации атомных и гидроэлектростанций. Поэтому водород в предназначенной ему роли средства аккумулирования произведенной энергии (аккумулирование «post factum») следует воспринимать как продукт именно возобновляемой энергетики, т.е. в системе ВВЭ.

Технологическая схема использования возобновляемой энергии в системе ВВЭ представляется в виде цепи из пяти последовательных операционных звеньев (стадий), каждая из которых предусматривает решение определенных проблем.

1. Преобразование энергии возобновляемых источников в употребляемые виды энергии - электричество или теплоту; возможно, и в механическое движение, но такой вариант почти не используется.

Главные проблемы на этой стадии обусловлены относительно небольшой (в масштабе ГСЭ) мощностью отдельных УВГ, а также их рассредоточенно-стью, ибо для каждой установки требуется изыскание пригодного участка, его обустройство и сооружение дополнительных линий электропередач. Кроме того, необходима установка устройств согласования параметров полученной энергии с характеристиками ее приемников, соответствующая система автоматики и пр. В совокупности эти обстоятельства существенно сдерживают снижение стоимости полученной энергии и повышение ее конкурентоспособности. Непосредственная реализация такого подхода в обобщенном виде представлена схемой, которая приведена на рис. 2.

УВГ-1

УВГ-2

УВГ-3

УВГ-ВЦ_4

УВГ-ВЦ_5

Сеть маневренной генерации

Рис. 2. Существующая схема подключения УВГ с простым (УВГ-1...УВГ-3) и водородным циклом (УВГ-4, УВГ-5): 1 - фотобатарея; 2 - аккумулятор; 3 - инвертор; 4 - ветрогенератор; 5 - выпрямитель; 6 - электролизер; 7 - водородные емкости; 8 - газоводородный турбогенератор Fig. 2. Existing scheme of connection IRG with simple (УВГ-1...УВГ-3) and hydrogen cycle (УВГ-4, УВГ-5): 1 - photo battery; 2 - accumulator; 3 - inverter; 4 - wind generator; 5 - rectifier; 6 - electrolyzer; 7 - hydrogen tank; 8 - hydrogen gas turbine generator

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

2. Получение водорода: за счет электричества водород получают преимущественно путем электролиза воды, а за счет теплоты - газификацией сырья с углеводородным содержанием, в том числе растительного (биотоплива). Главные проблемы - энергоемкость технологического процесса, затраты и себестоимость водорода (цена) в соответствии с выбранной технологией его получения.

В данном исследовании рассматривается только электролиз воды, хотя второй вариант не исключается, например, при использовании ВИЭ другой природы.

3. Хранение водорода - наиболее проблемный вопрос в технологии ВВЭ, оно обусловлено специфическими свойствами самого водорода и его взаимодействием с различными материалами. Проблема заключается в выборе формы хранения, то есть агре-гатно-химического состояния и его параметров, которые в значительной степени связаны с конечной стадией использования водорода, а также соответствующих технических средств обеспечения надлежащего режима хранения и восстановления состояния водорода [9, 19]. Для современных и даже перспективных технологий хранения по большей части характерна относительно низкая удельная плотность запасенной в массе водорода энергии в сравнении с некоторыми другими способами и формами ее аккумулирования. Особенно это касается стационарных установок для хранения больших объемов газа типа ресиверов, газгольдеров или мобильных емкостей -цистерн и танков. Конечно, и стоимость хранения водорода при этом оказывается достаточно высокой.

4. Транспортировка водорода. Ее особенности вполне связаны с формой хранения, и в случае, когда речь идет о транспортировке емкостей и баллонов с водородом, проблемных ситуаций, помимо обеспечения безопасности, в основном не возникает. Специфические проблемы появляются при транспортировке водорода в газообразном состоянии при помощи трубопроводных систем: подбор специальных материалов, особые требования к конструкции труб, соединений, уплотнений и т. п., что опять же отражается на конечной стоимости водорода.

5. Воспроизведение энергетического содержания водорода. Обратный процесс получения энергии из водорода может быть осуществлен только двумя путями - электрохимическим преобразованием в топливных элементах (электрохимических генераторах - ЭХГ) в виде электричества или сжиганием его в тепловых двигателях или аппаратах для генерации электрической энергии или теплоты.

Существует третий путь - дальнейшее химическое превращение водорода: синтез метанола, моторного топлива и других продуктов, пригодных для использования преимущественно на транспорте [17], но это отдельное ответвление от системы энергоснабжения, которое в контексте данной статьи рассматриваться не будет.

Главным вопросом в этих технологиях является общий «коэффициент полезного действия» - энергетическая и экономическая эффективность водородного цикла.

В отношении топливных элементов следует отметить достаточно высокий уровень их энергетической эффективности - до 70%, но надежные промышленные технологии для производства мощных ЭХГ для большой энергетики пока не отработаны, хотя интенсивная работа по их совершенствованию дает основания ожидать появления конкурентоспособных аппаратов уже в ближайшем будущем.

Вместе с тем, употребление энергетического содержания водорода путем его сжигания подробно проанализировано в [15, 16, 27], где показана возможность его использования в промышленных масштабах непосредственно или в смеси с другими нетрадиционными видами топлива (синтез-газом) и природным газом в ГТУ-ПГУ энергокомплексах для маневренной генерации в составе ОЭС. КПД таких энергоустановок достигает 60%, и существуют достаточно основательные предпосылки для его дальнейшего роста и доведения до уровня КПД гидроак-кумулирующих станций (ГАЭС). Экономически приемлемым оказывается и применение водородного цикла в паротурбинных АЭС [28], а также водород-но-кислородных парогенераторах паротурбинных установок базовой генерации [29]. В сочетании с когенерацией для поставки энергии в теплофикационные сети [18, 30] указанные средства обеспечивают почти полное использование энергетического содержания водорода.

Таким образом, пятое, заключительное звено существующей технологической цепи ВВЭ в указанном варианте представляет прямую форму стыковки (сопряжения) с ГСЭ и в контексте этого анализа может считаться уже встроенным в глобальную систему (что не означает, однако, ее завершенности и перспектив дальнейшего усовершенствования).

Фактически и первое звено - выработка электрической энергии из ВИЭ и отдача ее в общую электрическую сеть ГСЭ является прямым сопряжением двух систем, хотя, как указано выше, существенным недостатком господствующей схемы является большое количество мелких источников, синхронизировать работу которых для объединения в мощные массивы генерации на расстояниях в несколько сотен километров технически сложно и экономически неэффективно.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Однако еще три промежуточных звена системы ВВЭ существуют вообще как бы обособленно от общей схемы и остаются, так сказать, наедине со своими специфическими проблемами, что целиком и полностью обусловлено своеобразной парадигмой возобновляемой энергетики. Отсюда следует постановка главной задачи построения интегрированной глобальной энергетической системы (ИГЭС) - изменить эту парадигму и приспособить ее к глобализированной схеме.

Принципы, предпосылки построения и основные составляющие ИГЭС

Решению проблем, которые вызваны противоречивыми требованиями или критериями, как правило, удачно служат известные принципы или правила так называемой «ТРИЗ» - теории решения изобретательских задач [31]: превратить объект, который создает противоречие, в другое физическое (материальное) состояние или перевести («поручить») выполнение его функций другим элементам системы.

Рассматриваемая ситуация сплошь состоит из противоречивых задач, поэтому естественно воспользоваться такой методой для формирования нового содержания технологических звеньев ВВЭ-цепи.

Итак, первичная генерация электрической энергии содержит противоречие между мелким характером выработки и значительным общим ее объемом, который в существующем физическом виде технологически непригоден для создания мощных энергетических потоков и их «вливания» в глобальную систему энергоснабжения. Решение противоречия заключается в преобразовании электричества непосредственно на месте ее генерации в другое материальное состояние - водород, соединение объемов которого в произвольных масштабах не представляет проблем. Значимым фактором в этом перевоплощении является и то обстоятельство, что транспортировка энергии в виде водорода на расстоянии больше 100 км становится более выгодной, чем самого электричества [19].

Какие основания или предпосылки существуют для применения именно такой формы конечного продукта возобновляемой генерации? Раньше, в цикле работ [32-35] была обоснована система производства водорода в промышленных масштабах на морских плавучих платформах с ветросолнечными энергетическими установками в акваториях шельфа Украины и логистическая схема его транспортировки к приближенным терминалам и дальнейшей доставки потребителю. Показано, что энергетический потенциал скорости ветра на высоте 50 м со средней плотностью 600-900 Вт/м2 и солнечного излучения на уровне 1300-1500 кВт-ч/(м2-год) в зоне черноморско-азовского шельфа при использовании лишь 1% его площади от общих 70 тыс. кв. км может обеспечить не меньше 60 ГВт установленной мощности УВГ с годовой выработкой 120 млрд кВт-ч электрической энергии, объема которой достаточно для производства почти 25 млрд нм3 водорода. Выход на морское пространство для добычи водорода за счет возобновляемых источников энергии и неограниченных ресурсов сырья (воды) снимает все вопросы и процедурные барьеры относительно земельных участков под УВГ, водопользования и экологических ограничений и обеспечивает сопоставимый уровень затрат на устройство плавучих платформ и опорных конструкций ветровых и солнечных энергоустановок.

Таким образом, первое технологическое звено ВВЭ, ориентированное на добычу водорода в промышленных масштабах, превращается в предыдущую стадию второго звена и в цепи ВВЭ фактически объединяется с ней. В результате технологическая цепь ВВЭ освобождается от массы проблем, связанных с промежуточным, как правило, двухступенчатым преобразованием первичной формы электроэнергии, с требованиями стандартов относительно ее качества, электромагнитной совместимости и т. п., которые в значительной мере повышают себестоимость товарного продукта - той электроэнергии, которая поступает в сеть.

Второе звено является ключевым во всей схеме, так как именно в процессе получения водорода электролизом воды формируются решающие экономические характеристики энергетического продукта, который получают потребители. В дальнейшем эта тема потребует отдельного развернутого рассмотрения, но прежде целесообразно определиться с двумя следующими, связанными между собой звеньями движения энергии к потребителю.

Множество проблем относительно хранения и транспортировки водорода существует лишь до того момента, когда нужно воспроизвести его энергетическое содержание. А такой момент наступает тогда, когда, как уже указано при рассмотрении заключительного звена технологической цепи ВВЭ, водород в смеси с природным или другими газами подается в камеры сгорания ГТУ или котлов парогенераторов на электростанциях ОЭС. При этом пропорциональный состав смеси может быть практически произвольным, например, в [15] устойчивое функционирование ГТУ при изменениях нагрузки от 100 до 20% обеспечивалось подачей топливной смеси природного газа и синтез-газа (с водородом) в пропорции, которая варьировалась в диапазоне 10-90 объемных процентов (по расходу).

Однако возникает вопрос: обязательно ли приготовление такой смеси должно происходить перед камерой сгорания, куда природный газ поступает прямо из газопровода, которым он и транспортируется, и сохраняется, в то время как водород нужно доставлять отдельно? На самом деле не существует никаких препятствий для того, чтобы смесь образовывать еще в газопроводе, в который можно закачивать водород в том месте, где его и получают, даже на значительных расстояниях от расположения генерирующих установок.

В Германии уже проводятся исследования относительно прямой закачки водорода в газопроводы и влияния его относительного состава на потребительские свойства полученной смеси; на рис. 3 [36], например, приведены графики влияния концентрации водорода на теплоту сгорания смеси. По крайней мере, некоторое время там действовали нормативные ограничения на содержимое водорода в системах общественного газоснабжения на уровне 12% (об.), которые в дальнейшем были упразднены, но ориен-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

тировочно допускается содержимое водорода до 10 мол. %. Кроме того, анонсировано сооружение и испытание двух опытно-промышленных (demonstration plant) ветроводородных установок с электролизером мощностью 250 кВт, ориентированных на коммерческое внедрение [21, 36]. Похожий проект начат в Австрии, в котором применена фотоэлектрическая установка для получения водорода путем электролиза воды и подачи его в газовую сеть через газосмесительное устройство, обеспечивающее однородность смеси газов (рис. 4 [37]).

Теплота сгорания, кВт/м3 12,5

9,50 5 10 15 20

Добавка водорода в природный газ, %

Рис. 3. Зависимость теплоты сгорания от состава смеси водорода с природным газом из разных источников Fig. 3. Combustion heat dependence at mixture composition of hydrogen with natural gas from different sources

Объемы закачки водорода контролируются соответствующими счетчиками.

Проекты подобного типа получили известность как новейшая технология «Power-To-Gas solution» (P2G), или «Power-To-Pipeline» для сохранения избыточной выработки энергии из возобновляемых источников. Одновременно подчеркивается, что P2G предоставляет уникальные возможности систем природного газа для объединения огромного потенциала возобновляемых альтернативных источников генерации (vast renewable potential of alternative generation sources) с беспрецедентной емкостью и гибкостью хранения энергии (unparalleled energy storage capacity and flexibility).

Итак, руководствуясь принципами «ТРИЗ», целесообразно воспользоваться выявленной предпосылкой для полного снятия проблем хранения и транспортировки водорода путем переложения этих функций на существующие средства - трубопроводы и подземные хранилища ГТС. ГТС Украины представляет уникальную по своим характеристикам техническую систему, краткие данные о которой приведены ниже:

- общая длина газопроводов более 38 тыс. км, в т.ч. газопроводов-отводов 16,39;

- пропускная способность ГТС: на входе/на выходе 287,7/178,5 млрд м3/год;

- общая активная емкость подземных газохранилищ (ПГХ) 31 млрд м3.

Указанные данные показывают, что тот годовой объем водорода, который, по предыдущей оценке, может быть произведен на шельфе Украины, с учетом его компримирования (сжатия до рабочего давления газопровода), что называется, «с головой» упрячется в ПГХ и трубах ГТС, не превышая упомянутых выше рекомендованных пропорций.

I I

Рис. 4. Узел подачи водорода через газосмеситель

к газопроводу природного газа Fig. 4. Supplying unit hydrogen through the gas mixer to the gas line of natural gas

Определившись относительно способа преодоления проблем хранения и транспортировки водорода в масштабах миллиардов кубических метров, мы пришли к схеме полной интеграции всех звеньев возоб-новляемо-водородной технологии с ГСЭ, начиная от электролизных ячеек, в которых генерируется водород. Схема состоит из функционально унифицированных УВГ-ВЦ, которые, в отличие от схемы рис. 2, подсоединяются к трубопроводам системы газоснабжения. В результате она приобретет вид, приведенный на рис. 5.

Рис. 5. Новая схема ВВЭ Fig. 5. New scheme of RHE (Renewable Hydrogen Energy)

Особенно благоприятным фактором для реализации такой схемы, в частности в Украине, может стать возможность сопряжения с ГТС целого парка энерговодородных комплексов на морских плавучих платформах, развернутых на шельфе до траверза «о. Змеиный - Евпатория».

Электролиз - основное звено ИГЭС

Таким образом, к настоящему времени полностью сформировались научно-технические предпосылки и технологические средства, которые могут обеспечить возможность построения газоводородной схемы ИГЭС. Поэтому решающим фактором ее реализуемости выступает экономический аспект. Вместе с тем, переложив функции большинства технологических звеньев ВВЭ-цепи на существующие элементы ГЭС, мы фактически перенесли на них (скорее «растворили в них») и экономическую «массу» этих звеньев. В результате почти вся тяжесть инвестиционного продвижения технологии ИГЭС концентрируется на этапе генерации водорода - для его высвобождения из электролита необходимы определенная энергия и какой-либо процесс производства, затраты на которые представляют большую часть конечной цены водорода. Именно энергетический барьер - удельная потребляемая энергия электролиза, оказался самым узким местом, или гордиевым узлом, как назвал его автор [38], возобновляемо-водородной энергетики.

Отсюда следует, что крайне актуальной задачей в контексте построения ИГЭС является повышение энергетической эффективности электролиза и экономичности его аппаратной реализации - экономика электролиза выходит на первый план, и он становится основным звеном всей интегрированной энергосистемы.

Хотя электролиз воды известен более полутора столетий, лишь современные технологии и специальные материалы позволили достичь близких к предельным значений потребляемой энергии процесса электролиза: около 3,6 кВт-ч/нм3 Н2 при высокотемпературном режиме и около 4,1 кВт-ч/нм3 Н2 при обычной температуре в щелочных электролизерах с протонообменной мембраной (РЕМ). Меньшие энергозатраты возможны лишь в технологиях с закрытым термохимическим циклом при наличии значительного избытка тепла (например, на атомных электростанциях) [5, 10].

Целенаправленная работа по усовершенствованию и интенсификации процессов электролиза проводится в известных научных центрах [39, 40] за счет применения трехмерных объемно-пористых проточных электродов с использованием тканых и нетканых углеродно-волокнистых электродных материалов и пенометаллов на основе никеля, меди и т.п., которые имеют высокую удельную активную поверхность и показывают удельные энергозатраты ниже 4 кВт-ч/нм3 Н2. Известно также о разработке нового типа бездиафрагменного водородного реактора с системой магнитогидродинамического отделения кислорода от водорода [41].

В то же время исследователи отмечают недостаточность изучения влияния на производительность и эффективность процесса электролиза геометрических форм и параметров как самих электродов, так и электродных систем в целом. В частности, специфика топографии поля электрического тока обуславливает пространственную неоднородность распределения его плотности в межэлектродных зазорах и вблизи них, что приводит к утечкам тока и ухудшению характеристик электролизных аппаратов. В ряде экспериментальных работ на этом направлении достигнуто существенное повышение энергетической эффективности электролиза и выхода водорода на 2530% в системе цилиндрических электродов по сравнению с пластинчатыми электродами [42].

Несмотря на сложность в создании новых материалов и технологий, разработки, осуществленные в ведущих лабораториях и корпорациях мира, демонстрируют впечатляющие результаты в повышении эффективности электролизного оборудования и снижение капитальных затрат в производстве электролитического водорода. Так, применение разработанных на протяжении 2010-2012 гг. в Национальном центре КЕЕЬ новых материалов и технологий привело к сокращению удельных капитальных затрат на одном электролизном блоке с более чем 1000 $/кВт в 2007 г. к величине, меньшей 350 $/кВт. При этом стоимость водорода, произведенного указанным оборудованием при цене электричества 0,04 $/кВт-ч, оценивается на уровне 3,15-3,64 $/кг Н2 (0,28-0,32 $/нм3 Н2) [43]. Такой результат указывает на оптимистичную тенденцию для возобновляемо-водородных технологий, которая ведет к достижению конкурентоспособности газоводородных смесей в качестве топлива в большой и малой энергетике, обеспечивая тем самым полноценный арсенал средств для преодоления глобальной экологической угрозы.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

Выводы

Достижение значительного снижения ежегодных объемов эмиссии диоксида углерода - на 60% и более от текущих уровней - требует энергичного проведения всех доступных мероприятий, из которых стратегическим направлением может стать широкое внедрение газообразных энергоносителей с пониженным и низким содержанием углерода как в большой энергетике, так и в коммунальной сфере для отопления и других видов прямого использования топлива в жилищных, коммерческих и промышленных секторах. Наилучшим образом на такую роль подходят газоводородные смеси (ГВС) в виде природного или синтетического газа, обогащенного водородом.

Для производства ГВС в промышленных масштабах экономически оправданным оказывается получение электролитического водорода за счет энергии возобновляемых источников. Наиболее рациональным способом использования для этих целей ресурсов ВИЭ является их интеграция с традиционными системами энергообеспечения в форме интегрированной глобальной энергетической системы. В ста-

тье представлено обоснование схемы интеграции всех звеньев технологической цепочки ВВЭ с элементами ИГЭС, а также наличие необходимых научно-технических предпосылок и технологических средств, которые могут обеспечить возможность построения газоводородной схемы ИГЭС. Поэтому решающим фактором ее реализуемости выступает экономический аспект.

В Украине природно-климатические условия и существующая промышленная инфраструктура обеспечивают достаточные возможности для развертывания на шельфе широкомасштабной сети ветросолнечных энергетических комплексов на плавучих платформах с использованием перспективной технологии преобразования энергии с помощью водородного цикла.

Достижение конкурентных экономических показателей использования произведенного на таких платформах электролитического водорода как промышленного сырья и эффективного энергоносителя в виде разнообразных газоводородных смесей требует системного решения комплекса взаимозависимых технологических задач, наиболее важные из которых рассмотрены в данной статье.

Список литературы

1. Прогноз развития мировой энергетики до 2030 г. BP 2013 // http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/ statistical-review/EnergyOutlook2030/BP_Energy_ Outlook _ 2030 _Russian.pdf.

2. Киотский протокол. Суть и цели данного документа. http://ref.by/refs/97/28355/Lhtml.

3. Альбитер Л.М., Смирнова С.Б. Об экономической составляющей Киотского протокола. http:// vestnik.samgtu.ru/uploads/series/1/20/198/2013-3-9-0020.pdf.

4. International Energy Outlook 2008, Energy Information Administration, U.S. Department of Energy, Washington, D.C. - 2008 //http://www.tulane.edu/ ~bfleury/envirobio/readings/International%20Energy% 200utlook%2008.pdf.

5. Rong Lan, John T. S. Irvine & Shanwen Tao. Synthesis of ammonia directly from air and water at ambient temperature and pressure // Scientific reports. Published 29 January 2013. http://www.nature.com/srep/ 2013/130129/srep01145/pdf/srep01145.pdf.

6. Ronald Michalsky, Bryon J. Parman, Vincent Amanor-Boadu, Peter H. Pfromm. Solar thermochemical production of ammonia from water, air and sunlight: Thermodynamic and economic analyses // Energy. Vol. 42, Iss. 1, June 2012, P. 251-260. http://www. Science direct.com/science/article/pii/ S036054421200265 4.

7. Керамзит. http://www.5ka.ru/81/18900/Lhtml.

References

1. Prognoz razvitiâ mirovoj ènergetiki do 2030 g. BP 2013 // http://www.bp.com/ content/dam/bp/pdf/ statisti-cal-review/EnergyOutlook2030/BP_Energy_Outlook_ 2030_Russian.pdf.

2. Kiotskij protokol. Sut' i celi dannogo dokumenta. http://ref.by/refs/97/28355/Lhtml.

3. Al'biter L.M., Smirnova S.B. Ob èkonomiceskoj sostavlâûsej Kiotskogo protokola. http://vestnik.samgtu. ru/uploads/series/1/20/198/2013 -3-9-0020.pdf.

4. International Energy Outlook 2008, Energy Information Administration, U.S. Department of Energy, Washington, D.C. - 2008 //http://www.tulane.edu/ ~bfleury/envirobio/readings/International%20 Energy %20Outlook%2008.pdf.

5. Rong Lan, John T. S. Irvine & Shanwen Tao. Synthesis of ammonia directly from air and water at ambient temperature and pressure // Scientific reports. Published 29 January 2013. http://www.nature.com/srep/2013 /130129/srep01145/pdf/srep01145.pdf.

6. Ronald Michalsky, Bryon J. Parman, Vincent Amanor-Boadu, Peter H. Pfromm. Solar thermochemical production of ammonia from water, air and sunlight: Thermodynamic and economic analyses // Energy. Vol. 42, Iss. 1, June 2012, P. 251-260. http://www. sciencedi-rect.com/ science/article/pii/S0360544212002654.

7. Keramzit. http://www.5ka.ru/81/18900/Lhtml.

9. Гамбург Д.Ю., Семенов В.П., Дубовкин Н.Ф., Смирнова Л.Н. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справ. изд. / Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: Химия, 1989.

10. Rick Strait and Manoj Nagvekar. Carbon dioxide capture and storage in the nitrogen and syngas industries // Nitrogen+Syngas 303. January-February 2010. http://www.kbr.com/Newsroom/ Publications/Articles/ Carbon-Dioxide-Capture-and-Storage-in-the-Nitrogen-Syngas-Industries.pdf.

11. Renewables 2013. Global status report. http://www.unep.org/pdf/GSR2013 .pdf.

12. Huge renewable energy growth this decade, if EU countries meet projections. http://www. Europeanenergy review.eu/site/pagina.php?id=33 90.

13. The UK is the world's largest offshore wind energy nation. http://www.statkraft.com/ presscentre/ news/the-uk-is-the-worlds-largest-offshore-wind-energy-nation.aspx.

14. Оффшорные ветряные электростанции: обзор. http://www.renewable.com.ua/wind-еnergy/40-offshornye-vetrjanye-elektrostantsii-obzor.html.

15. R. Daniel Brdar, Robert M. Jones. GE IGCC Technology and Experience with Advanced Gas Turbines // GE Power Systems. GER-4207. http://www.netl.doe.gov/technologies/ coalpower/ turbines/refshelf/igcc-h2-sygas/IGCC%20GTs%20 (GER4207).pdf.

16. Запорожец Ю.М., Кудря С.А., Резцов В.Ф. Парогазовые технологии и нетрадиционное топливо - перспектива развития маневренной генерации в энергетике Украины // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2013. № 8. C. 10-22.

17. Яковлев А.И., Щекин А.Р. Водородсодержа-щий синтез-газ и синтетический метанол - перспективные топлива для энергетики // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2013. № 3 (121). С. 27-40.

18. Накоряков В.Е., Ноздренко Г.В., Кузьмин А.Г. Технико-экономические показатели ПГУ ТЭЦ с газификацией угля // Научный вестник НГТУ. Новосибирск, НГТУ. 2009. № 3. С. 155-162.

19. Мхитарян Н.М., Кудря С.А., Яценко Л.В., Шинкаренко Л.Я. Состояние и перспективы использования водорода в возобновляемой энергетике // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2012. № 5-6. C. 68-79.

20. Запорожец Ю.М., Кудря CA. Ветросолнечные энергетические комплексы с водородным циклом //Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2011. № 8. C. 66-75.

21. Wind Power-to-Gas (P2G) technology. http://energystoragejournal.com/wind-instrument-power-to-gas-technology/.

9. Gamburg D.U., Semenov V.P., Dubovkin N.F., Smirnova L.N. Vodorod. Svojstva, polucenie, hranenie, transportirovanie, primenenie: Sprav. izd. / Pod red. D.U. Gamburga, N.F. Dubovkina. M.: Himia, 1989.

10. Rick Strait and Manoj Nagvekar. Carbon dioxide capture and storage in the nitrogen and syngas industries // Nitrogen+Syngas 303. January-February 2010. http://www.kbr.com/Newsroom/Publications/Articles/ Carbon-Dioxide-Capture-and-Storage-in-the-Nitrogen-Syngas-Industries.pdf.

11. Renewables 2013. Global status report. http://www.unep.org/pdf/GSR2013 .pdf.

12. Huge renewable energy growth this decade, if EU countries meet projections. http://www. europeanener-gyreview.eu/site/pagina.php?id=3390.

13. The UK is the world's largest offshore wind energy nation. http://www.statkraft.com/ presscentre/ news/the-uk-is-the-worlds-largest-offshore-wind-energy-nation.aspx.

14. Offsornye vetranye elektrostancii: obzor. http://www.renewable.com.ua/ wind-energy /40-offshornye-vetrjanye-elektrostantsii-obzor.html.

15. R. Daniel Brdar, Robert M. Jones. GE IGCC Technology and Experience with Advanced Gas Turbines // GE Power Systems. GER-4207. http://www.netl.doe.gov/technologies/ coalpower/ tur-bines/refshelf/igcc-h2-sygas/IGCC%20GTs%20 (GER4207).pdf.

16. Zaporozec U.M., Kudra S.A., Rezcov V.F. Paro-gazovye tehnologii i netradicionnoe toplivo - per-spektiva razvitia manevrennoj generacii v energetike Ukrainy // Al'ternativnaa energetika i ekologia -ISJAEE. 2013. № 8. C. 10-22.

17. Akovlev A.I., Sekin A.R. Vodorodsoderzasij sintez-gaz i sinteticeskij metanol - perspektivnye topliva dla energetiki // Al'ternativnaa energetika i ekologia -ISJAEE. 2013. № 3 (121). S. 27-40.

18. Nakorakov V.E., Nozdrenko G.V., Kuz'min A.G. Tehniko-ekonomiceskie pokazateli PGU TEC s gazi-fikaciej ugla // Naucnyj vestnik NGTU. Novosibirsk, NGTU. 2009. № 3. S. 155-162.

19. Mhitaran N.M., Kudra S.A., Acenko L.V., Sin-karenko L.A. Sostoanie i perspektivy ispol'zovania vodoroda v vozobnovlaemoj energetike // Al'ternativnaa energetika i ekologia - ISJAEE. 2012. № 5-6. C. 68-79.

20. Zaporozec U.M., Kudra S.A. Vetrosolnecnye en-ergeticeskie kompleksy s vodorodnym ciklom //Al'ternativnaa energetika i ekologia - ISJAEE. 2011. № 8. C. 66-75.

21. Wind Power-to-Gas (P2G) technology. http://energystoragejournal.com/wind-instrument-power-to-gas-technology/.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

22. Carl-Jochen Winter. Hydrogen energy -Abundant, efficient, clean: A debate over the energy-system-of-change // International journal of hydrogen energy. 2009, 34. pp. S1-S52. http://www.itshytime. de/hytime/ JHEvol34_14S1.pdf.

23. Кузык Б.Н., Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной энергетик. М.: Институт экономических стратегий, 2007. C. 402.

24. Vanags M., Kleperis J., Bajars G. Water Electrolysis with Inductive Voltage Pulses. InNech: Chapter 2. http://cdn.intechopen.com/pdfs/40142/ InTech-Water_ electrolysis_with_inductive_voltage_ pulses.pdf.

25. Ковецкий В.М. Энергетическая эффективность технологий парогазотурбинных установок // Пробле-ми загально! енергетики. 2008. № 17. С. 66-72.

26. Power-to-Gas solution. http://www.hydrogenics. com/docs/default-source/pdf/2-2-1-power-to-gas-4pg-brochure-2012.pdf?sfvrsn=2.

27. Paolo Chiesa, Giovanni Lozza, Luigi Mazzocchi. Using Hydrogen as Gas Turbine Fuel // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. Jan. 2005. Vol. 127. P. 73-80.

28. Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Шацкова О.В. Оценка эффективности водородных циклов на базе внепиковой электроэнергии АЭС // Теплоэнергетика. 2009. № 11. С. 41-45.

29. Малышенко С.П. Исследования и разработки ОИВТ РАН в области технологий водородной енер-гетики // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2011. № 3 (95). С. 10-34.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

30. Варинская Л.А., Андриенко А.Н. Современное состояние и оценка технико-экономических перспектив теплоэнергетической отрасли Украины // Електро-техтка та електроенергетика. 2008. № 1. С. 59-64.

31. Альтшуллер Г.С., Злотин Б.Л., Зусман А.В. Теория и практика решения изобретательских задач: сборник уч.-метобич. материалов по ТРИЗ. Кишинев: Картя молдовеняске, 1989.

32. Запорожец Ю.М., Кудря С.А. Ветросолнечные энергетические комплексы с водородным циклом // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE.

2011. № 8. С. 66-75.

33. Запорожець Ю.М., Кудря С.О., Щоюн А.Р. Створення вiтросонячних енергетичних комплексiв з водневим циклом на морських платформах - ефектив-ний шлях використання вiдновлюваних ресурсiв шельфу // Ввдновлювана енергетика. 2011. № 4. С. 9-18.

34. Запорожец Ю.М., Кудря С.А., Блинцов В.С. Научно-технические задачи по созданию морских ветросолнечных энергетических комплексов с водородным циклом на украинском шельфе // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE.

2012. № 5. С. 88-97

35. Запорожец Ю.М. «Морской водород» для экономики Украины // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2013. № 3. С. 13-26.

22. Carl-Jochen Winter. Hydrogen energy - Abundant, efficient, clean: A debate over the energy-system-of-change // International journal of hydrogen energy. 2009, 34. pp. S1-S52. http://www.itshytime.de/hytime/ JHEvol34_14S1.pdf. ^

23. Kuzyk B.N., Âkovec Û.V. Rossiâ: strategiâ pere-hoda k vodorodnoj ènergetik. M.: Institut èkonomi-ceskih strategij, 2007. C. 402.

24. Vanags M., Kleperis J., Bajars G. Water Electrolysis with Inductive Voltage Pulses. InNech: Chapter 2. http://cdn.intechopen.com/pdfs/40142/InTech-Water_ electrolysis_with_inductive_ voltage_pulses.pdf.

25. Koveckij V.M. Ènergeticeskaâ èffektivnost' tehnologij parogazoturbinnyh ustanovok // Problemi zagal'noï energetiki. 2008. № 17. S. 66-72.

26. Power-to-Gas solution. http://www.hydrogenics. com/docs/default-source/pdf/2-2-1-power-to-gas-4pg-brochure-2012.pdf?sfvrsn=2.

27. Paolo Chiesa, Giovanni Lozza, Luigi Mazzocchi. Using Hydrogen as Gas Turbine Fuel // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. Jan. 2005. Vol. 127. P. 73-80.

28. Aminov R.Z., Bajramov A.N., Sackova O.V. Ocenka èffektivnosti vodorodnyh ciklov na baze vnepi-kovoj èlektroènergii AÈS // Teploènergetika. 2009. № 11. S. 41-45.

29. Malysenko S.P. Issledovaniâ i razrabotki OIVT RAN v oblasti tehnologij vodorodnoj energeti-ki // Al'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ - ISJAEE. 2011. № 3 (95). S. 10-34.

30. Varinskaâ L.A., Andrienko A.N. Sovremennoe sostoânie i ocenka tehniko-èkonomiceskih perspektiv teploènergeticeskoj otrasli Ukrainy // Elektrotehnika ta elektroenergetika. 2008. № 1. S. 59-64.

31. Al'tsuller G.S., Zlotin B.L., Zusman A.V. Teoriâ i praktika reseniâ izobretatel'skih zadac: sbornik uc.-metobic. materialov po TRIZ. Kisinev: Kartâ moldove-nâske, 1989.

32. Zaporozec Û.M., Kudrâ S.A. Vetrosolnecnye èn-ergeticeskie kompleksy s vodorodnym ciklom // Al'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ - ISJAEE. 2011. № 8. S. 66-75.

33. Zaporozec' Û.M., Kudrâ S.O., Sokin A.R. Stvorennâ vitrosonâcnih energeticnih kompleksiv z vod-nevim ciklom na mors'kih platformah - efektivnij slâh vikoristannâ vidnovlûvanih resursiv sel'fu // Vidnovlû-vana energetika. 2011. № 4. S. 9-18.

34. Zaporozec Û.M., Kudrâ S.A., Blincov V.S. Naucno-tehniceskie zadaci po sozdaniû morskih vetro-solnecnyh ènergeticeskih kompleksov s vodorodnym ciklom na ukrainskom sel'fe // Al'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ - ISJAEE. 2012. № 5. S. 88-97

35. Zaporozec Û.M. «Morskoj vodorod» dlâ èko-nomiki Ukrainy // Al'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ -ISJAEE. 2013. № 3. S. 13-26.

36. Frank Burmeister, Janina Senner, Jens Brauner, Rolf Albus. Potenziale der Einspeisung von Wasser stoff ins Erdgasnetz - eine saisonale Betrachtung // Energie wasser-praxis 6/2012. r. 52-57. http://www.dvgw-innovation.de/fileadmin/dvgw/angebote/forschung/ innovation/ pdf/1206burmei-ster.pdf.

37. Energie der Sonne über das Erdgasnetz nutzen // Pressemitteilung, 12. Dezember 2012. http://www. ooeferngas.at/fileadmin/media/OOE_Ferngas_AG/presse /Presse_2012/PA_ Forschung sanlage_ Wasserstoffein speisung _ ins_Erdgasnetz.pdf.

38. Puharich А. Water Decomposition by AC Electrolysis. http://www. rexresearch.com/puharich/ 1puhar.htm.

39. Vang Hendriksen. Solid Oxide Electrolysis Hydrogen production // Fuel Cells and Solid State Chemistry Division, Riso DTU. 2011.

40. Monjid Hamdan, Tim Norman. PEM Electrolyzer Incorporating an Advanced Low-Cost Membrane // II.D.1. - Contract Number: DE-FG36-08G018065, FY 2012 Annual Progress Report. http://www. hydrogen. energy.gov/pdfs/progress12/ii_d_1_hamdan_2012.pdf.

41. Ковалева О.В., Ковалев В.В. и др. Совершенствование электрохимических процессов водородной энергетики // Problemele energeticii regionale 1(15) 2011. P. 1-17.

42. Mandal B., Sirkar A. et all. Effects of geometry of electrodes and pulsating DC input on water splitting for production of hydrogen. Int. Journal of Renewable Energy Research. 2012. Vol. 2, No. 1. P. 99-102. /http://www.ijrer.org/index.php/ijrer/article/view/134

43. Monjid Hamdan. PEM Electrolyzer Incorporating an Advanced Low-Cost Membrane // Project ID# PD030.- May 16, 2012. http://www. hydrogen. energy.gov/pdfs/progress12/ii_d_1_hamdan_2012.pdf.

36. Frank Burmeister, Janina Senner, Jens Brauner, Rolf Albus. Potenziale der Einspeisung von Wasser stoff ins Erdgasnetz - eine saisonale Betrachtung // Energie wasser-praxis 6/2012. р. 52-57. http://www.dvgw-innovation.de/fileadmin/dvgw/angebote/forschung/innov ation/pdf/1206burmei-ster.pdf.

37. Energie der Sonne über das Erdgasnetz nutzen // Pressemitteilung, 12. Dezember 2012. http://www. ooe-ferngas.at/fileadmin/media/OOE_Ferngas_AG/presse/ Presse_2012/PA_ Forschung sanlage_ Wasserstoffeinspeisung _ ins_Erdgasnetz.pdf.

38. Puharich А. Water Decomposition by AC Electrolysis. http://www. rexresearch.com/puharich/ 1puhar.htm.

39. Vang Hendriksen. Solid Oxide Electrolysis Hydrogen production // Fuel Cells and Solid State Chemistry Division, Riso DTU. 2011.

40. Monjid Hamdan, Tim Norman. PEM Electrolyzer Incorporating an Advanced Low-Cost Membrane // II.D.1. - Contract Number: DE-FG36-08GO18065, FY 2012 Annual Progress Report. http://www. hydrogen. energy.gov/pdfs/progress12/ii_d_1_hamdan_2012.pdf.

41. Kovaleva O.V., Kovalev V.V. i dr. Soversenstvovanie elektrohimiceskih processov vodorodnoj energetiki // Rroblemele energeticii regionale 1(15) 2011. R. 1-17.

42. Mandal B., Sirkar A. et all. Effects of Geometry of Electrodes and Pulsating DC Input on Water Splitting for Production of Hydrogen. Int. Journal of Renewable Energy Research. 2012. Vol. 2, No.1. P. 99-102. /http://www.ijrer.org/index.php/ijrer/article/view/134

43. Monjid Hamdan. PEM Electrolyzer Incorporating an Advanced Low-Cost Membrane // Project ID# PD030.- May16, 2012. http://www. hydrogen. en-ergy.gov/pdfs/progress 12/ii_d_1_hamdan_2012 .pdf.

Транслитерация по ISO 9:1995

— TATA — i >

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 15 (155) 2014

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Запорожец Ю. М.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Запорожец Ю. М.

GAS-HYDROGEN TECHNOLOGIES AND INTEGRATION CAPABILITIES OF RENEWABLE ENERGY RESOURCES WITH TRADITIONAL ENERGY SYSTEMS AS A MEANS OF OVERCOMING THE GLOBAL ENVIRONMENTAL THREAT