Преимуществом использования водорода в долгосрочной перспективе является замена им жидких видов топлива и природного газа. Однако рынок будет развиваться постепенно. Сначала водород, вероятно, будут использовать крупные потребители в тех областях, где его уникальные характеристики обеспечат дополнительные преимущества. Три области применения открывают возможности потребления очень больших количеств водорода на нескольких площадках, что сводит к минимуму потребности в системе трубопроводов для распределения водорода. Первым рынком водорода может стать парк муниципальных автобусов и грузовых автомобилей. Их заправляют централизованно, и поэтому нет необходимости во многих заправочных станциях. В условиях городской среды существуют сильные стимулы для сокращения загрязнения атмосферы. На грузовых автомобилях можно найти свободное пространство, поэтому технические требования, предъявляемые к хранению водорода, менее жесткие, чем для пассажирского транспорта. Поездки автотранспорта в городе связаны с постоянными остановками, при этом гибридные транспортные средства с ТЭ более экономичны с точки зрения расхода топлива по сравнению с двигателями внутреннего сгорания.
Использование водородного топлива в авиации имеет уникальные преимущества — очень низкая масса водорода по сравнению с топливом для области нет каких-либо технических барьеров, важны только соображения экономичности. Рынок в настоящее время ограничен, поскольку только около 50 крупных аэропортов могут принимать реактивные самолеты. Следовательно, имеется потенциал для его расширения.
К числу достоинств использования топливных элементов относятся: высокий кпд, низкая токсичность, бесшумность, модульная конструкция (имея, скажем, киловаттные топливные элементы, можно собирать из них установки большой мощности), многообразие первичных видов топлива, широкий интервал мощности.
Проникновение их на рынок сдерживается, прежде всего, высокой себестоимостью по электроэнергии и малым ресурсом. Наибольший ресурс у твердополимерных топливных элементов: 2–5 тыс. часов работы, требуемый же срок службы: 20–30 тыс. часов.
Что касается коммерциализации электрохимических генераторов на топливных элементах, то около 100 компаний участвует в их демонстрационных испытаниях, достигнута установленная мощность в 50 МВт. Потребность децентрализованной стационарной энергетики (мощность электрохимических генераторов от 5 кВт до 10 МВт) — 100 тыс. МВт за 10 лет. Сейчас 1 кВт установленной мощности стоит более 3 тыс. долл., приемлемая цена — 1 тыс. долл. Потребности автотранспорта в электрохимических генераторах на топливных элементах (мощность 15–100 кВт) — 500 тыс. штук в год. Сейчас стоимость одного такого генератора более 3 тыс. долл., приемлемая цена 50–100 долл. Таким образом, необходимо многократное снижение стоимости стационарных топливных элементов и десятикратное — стоимости топливных элементов для транспорта.
Учитывая потребности рынка, программа бюджетных инвестиций США предполагает в ближайшие 10 лет вложить 5,5 млрд долл. в развитие технологии топливной энергетики, промышленные компании— почти в 10раз больше.
Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.
Стало известно, что на Олимпийских играх в Токио водород будет (к сожалению, уже не будет) использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.
Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.
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.
В результате истощения мировых запасов органического топлива, являющегося энергоносителем для невозобновляемой энергетики, перед человечеством встает задача своевременно найти и научиться эффективно использовать новые источники энергии и энергоносители. Главным претендентом на роль такого энергоносителя является водород.
Список литературы
1. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и некоторые принципы их использования для транспорта, энергетики и промышленности. 1970.
2. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование.– К.: Наукова думка, 1980.
3. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: справочник. М.: Химия, 1989.
4. «Перспективы и проблемы развития водородной энергетики и топливных элементов». Программа ОАО «Норильский Никель»
5. Кузык, Б. Н. стратегия перехода к водородной энергетике / Б. Н. Кузык, Ю. В. Яковец. — Москва: Институт экономических стратегий, 2007. — 398 с.
6. Ветошкин, А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды. – М.: Высш. шк., 2008. – 397 с.
7. "Энергия" 2003, № 7. С. 33-39. статья С.П. Малышенко
8. Перспективы применения водорода в энергетике [Электронный ресурс] URL: https://revolution.allbest.ru/physics/00621608_0.html