ВВЕДЕНИЕ 10
1 Методы генерации водорода 11
1.1 Метод преобразования биологической массы 12
1.2 Термохимический способ разложения воды 12
1.3 Плазмохимические методы генерации водорода из газообразного
топлива 14
1.4 Метод паровой конверсии метана 15
1.5 Получение водорода методом электролиза воды 17
1.6 Получение водорода посредством газификации твердых ископаемых 18
2 Патентная проработка 20
2.1 Выбор и обоснование предмета поиска 20
2.2 Регламент патентного поиска 20
2.3 Результаты патентного поиска 20
2.3.1 Электролизер высокого давления 20
2.3.2 Водородный парогенератор 21
2.4 Анализ результатов поиска перспективных установок 22
2.4.1 Сравнительная характеристика прототипов электролизеров 22
2.4.2 Сравнительная характеристика прототипов парогенераторов 23
2.5 Выводы по главе 24
3 Оптимальные методы производства водорода и энергии на его основе 25
3.1 Методы производства водорода. Выбор и обоснование 25
3.2 Аналитическое сравнение методов паровой конверсии метана
и электролиза воды 28
3.3 Расчет мощности электролизной установки Западно-Сибирской ТЭЦ 31
3.4 Метод производства тепловой и электрической энергии 33
при использовании водородного топлива 33
3.5 Выводы по главе 36
4 Зарубежный опыт генерации тепловой и электрической 37
энергии при использовании водорода 37
4.1 Водородная станция Энель Фузина 37
4.2 Водородный путь Кавасаки 40
5 Безопасность жизнедеятельности при эксплуатации объектов
теплоэнергетики 43
5.1 Социальные и правовые нормы трудового законодательства 43
5.2 Промышленная санитария 44
5.3 Пожарная безопасность 45
5.4 Предотвращение вредного воздействия шумов
и вибраций на человека 46
5.5 Предотвращение инцидентов, связанных с поражением 47
электрическим током 47
5.6 Особенности работы с водородным топливом 49
5.7 Меры безопасности при работе с водородом 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58
Одной из важнейших задач энергетики является поиск альтернативных источников энергии. Как известно, ресурсы планеты конечны, а темпы роста потребителей в количественном и качественном отношении все увеличиваются. Кроме того, экологическая повестка конца второго, начала третьего десятилетия непреклонна, а подписание Россией Парижского соглашения [1] еще сильнее актуализирует изыскания в области энергетики, альтернативной нынешней.
Сжигание углеродного топлива все еще считается предпочтительным методом генерации энергии, поскольку является наиболее исследованным и предсказуемым с экономической и технологической точки зрения. Тем не менее, ученые еще в середине прошлого столетия наряду с атомной энергетикой заинтересовались перспективами использования водорода в качестве топлива.
Сегодня, спустя более чем полувека накопленные знания и результаты исследований методов выработки «чистой» энергии из водорода могут стать серьезным подспорьем как для отдельных предприятий, преследующих цель получить экономическую выгоду, так и для государства в целом, чья приоритетная задача - сберечь природу от огромных эмиссий вредных газов. Именно сейчас водород может стать надежной опорой экономики и помочь сохранить планету для следующих поколений, что в полной мере соответствует Концепции устойчивого развития [2], которую разработало и приняло мировое сообщество государств.
Целью настоящей работы является проведение анализа методов производства водорода и его использования в качестве топлива для генерации тепловой и электрической энергии в различных установках.
Задачами работы являются:
- представление основных способов получения водорода, которые могут быть использованы в энергетике;
- проведение сравнительного анализа технологий производства водорода;
- патентная проработка;
- выбор устройства для производства тепловой и электроэнергии посредством сжигания водородного топлива.
Вероятно, в обозримом будущем энергетическую промышленность ждут серьезные изменения, поскольку запасы органического топлива постепенно иссякают. С потребительской точки зрения это означает, что человечеству следует заранее позаботиться о том, чтобы найти достойную альтернативу существующим методам генерации электрической и тепловой энергии во избежание техногенной и экономической катастрофы мирового масштаба. С экологической точки зрения - это сигнал к тому, чтобы перестать опрометчиво расходовать природные ресурсы и взять курс на осознанное потребление. Культура использования водорода в качестве топлива, получаемого из возобновляемых источников, может стать достойным преемником генерации энергии из органического топлива и внести существенный вклад в глобальную кампанию по предотвращению усугубления проблемы парникового эффекта.
Одной из главных целей данной работы являлось всестороннее представление состояния водородной энергетики в мире. В числе приоритетных стояла задача наиболее полно отразить тенденции, связанные с производством водорода и генерацией энергии на его основе.
В настоящей работе проведен сравнительный анализ существующих методов генерации водородного топлива, из которых наиболее перспективным показал себя метод электролиза воды. На примере уже существующей модели электролизера были проведены расчеты, подтверждающие превосходство предлагаемого метода над методом паровой конверсии метана. С технической точки зрения положительным эффектом можно считать увеличение мощности с 3 до 50 МВт посредством монтажа станций блочного типа. С экономической точки зрения положительный эффект заключается в снижении удельной себестоимости производимого водорода на 10,59 руб. за счет использования внепиковой энергии ЗС ТЭЦ.
Патентные изыскания на предмет наличия новых, более совершенных полезных моделей электролизеров и парогенераторов, также дали положительный результат. Были предложены две модели электролизеров и три модели парогенераторов, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
В работе были представлены существующие промышленные объекты генерации электрической и тепловой энергии, а также их технические характеристики.
Была освещена специфика безопасности жизнедеятельности при работе с водородным топливом.
Настоящая работа может представлять интерес для разработки проектных решений по реконструкции и модернизации ТЭС.
