Tools

Site ExplorerSite Explorer
Close site explorer

Чарівний елемент - водень

26 червня 2018 р.

Габріеле Шмідель, керівник відділу водневих технологій в підрозділі корпоративних технологій Siemens.

Збільшення частки відновлюваних джерел енергії у світовій енергетиці сприяє скороченню викидів CO2. Однак для енергомереж це зростання пов'язане з великими проблемами.

Якщо в 2014 році вартість сонячної енергії становила рекордні 7 центів за кіловат-годину, то лише через 4 роки вона впала нижче 2 центів. Навряд чи хтось вірив у подібні зміни. Якщо такий обвал цін триватиме, вартість виробництва вітрової та сонячної електроенергії може скоро впасти до абсолютного мінімуму. Причина: зростання обсягу генерації зеленої електроенергії.

На перший погляд, такий розвиток здається позитивним, однак приховує ряд проблем. Наприклад, в Німеччині вже сьогодні часом виробляється більше електроенергії, ніж можуть прийняти електромережі. Цей ефект буде ще більше посилюватись перш за все в тих країнах, де витрати на виробництво енергії з вітру і сонця будуть продовжувати падати, тобто у регіонах, в яких багато вітру та сонця. Мережі повинні гнучко реагувати на коливання в надходженнях електроенергії від відновлюваних джерел - це єдиний спосіб забезпечити стабільність енергосистеми і надійність енергопостачання.

Роль зберігання зростає

Енергосховища - це вирішення проблеми підвищення гнучкості енергосистем. Під час сильного вітру або в сонячні дні вони можуть приймати електроенергію і видавати її в мережу в періоди затишшя або похмурої погоди, забезпечуючи тим самим баланс між генерацією і споживанням. Незаперечним є той факт, що роль енергосховищ не просто зростає - вони абсолютно необхідною передумовою, якщо ми хочемо використовувати більшу частину електроенергії з відновлюваних джерел.

«Існуючих сьогодні технологій, таких як акумуляторні батареї, конденсатори, та різні типи акумуляторів, в майбутньому буде недостатньо, - пояснює Габріеле Шмідель, голова напрямку Hydrogen Solutions в підрозділі корпоративних технологій Siemens. - Нам потрібні рішення для сховищ енергії з небаченою раніше ємністю в обсязі терават-годин». Для цих цілей ідеально підходить такий енергоносій як водень.

Водень слугує енергоносієм, який дозволяє зберігати від декількох кіловат до гігават електроенергії протягом декількох тижнів. В подальшому його можна використовувати в якості технологічного газу в промисловості або на транспорті в якості палива для екологічних паливних елементів. Крім того, його можна піддати подальшій обробці і отримувати цінні сировинні матеріали, наприклад, аміак для виробництва добрив або метанол, який використовується в якості базового хімікату і палива. Навіть при низьких цінах на електроенергію її вигідно зберігати, а потім знову реконвертувати за допомогою парогазових електростанцій, так як це гарантія надійного енергопостачання. Така багатофункціональність пояснює важливу роль, яку може відіграти електроліз водню для всесвітньої декарбонізації. Великомасштабні сховища дозволять продовжувати активно розвивати відновлювані джерела енергії і інтегрувати їх в енергосистему. Тільки так можна зменшити викиди CO2 і завершити еру використання викопного палива.

На території заводу компанії Voestalpine у Лінці проводяться дослідження можливості застосування водню на окремих етапах сталеливарного виробництва.

Інноваційний PEM-електроліз

Процес електролізу - це добре відомий метод, який був відкритий ще на початку XIX століття. Однак команда Шмідель фокусує увагу на передовій технології PEM-електролізу, на основі якого йде розробка вже другого покоління електролізера Silyzer. Назва PEM (Proton Exchange Membrane) означає протонпровідну мембрану. Її особлива властивість: вона легко проникна для протонів, але не для таких газів як водень або кисень. Таким чином, мембрана в електролітичному процесі виконує функцію сепаратора і запобігає змішуванню газів. По обидва боки мембрани встановлені електроди з дорогоцінних металів, з'єднані з позитивним і негативним полюсами джерела напруги. Тут відбувається розщеплення води. Від традиційного лужного електролізу технологія PEM відрізняється можливістю швидкого запуску і переривання без фази попереднього нагрівання, тому вона ідеально підходить для накопичення вітрової та сонячної електроенергії, для яких характерна нерегулярність надходження.

В Європі установками для електролізу від Siemens користуються вже кілька клієнтів. В даний час найбільший в світі PEM-електролізер номінальною потужністю 5 МВт працює на нафтопереробному заводі в Гамбурзі. В Австрії в рамках проекту H2FUTURE з фінансуванням з науково-дослідницькій програмі ЄС, присвяченій дослідженням в області водневої енергетики і паливних елементів (FCH JU), Siemens в співробітництві з Voestalpine, Verbund, Austrian Power Grid, голландським Центром досліджень енергетики (ECN), а також Центром компетенції в металургії K1-MET будує першу установку нового покоління електролізерів Silyzer 300. Планована потужність 6 МВт. І це лише початок. Чим більше електрики необхідно буде перетворювати, тим вищі повинні бути можливості потенційних установок. У цьому особливо зацікавлені клієнти з регіонів з високою сонячною активністю і сильними вітрами.

Значно більші в порівнянні з Європою сонячні парки Близького і Середнього Сходу чи Австралії можуть стати мотивацією для будівництва електролізерів з потужностями абсолютно нового порядку. «Ми обговорюємо цю тему з зацікавленими сторонами, які думають про потужностях до 400 МВт», - розповідає Шмідель. Вона переконана, що такі сценарії, які з позиції сьогоднішнього дня здаються досить віддаленими перспективами, можуть швидко стати реальністю. Приклад мобільного зв'язку і смартфонів тільки підтверджує її правоту.

«Мультифункціональний» водень: сховище енергії, технологічний газ для промисловості, паливо для беземісійних паливних елементів, а після перетворення, наприклад, в аміак - основа для виробництва добрив, або в метанол - базовий хімікат і паливо.

Початок будівництва однієї з найбільших в світі експериментальних промислових електролізних установок

В кінці 2017 року уряд землі Верхня Австрія схвалив будівництво в Лінці однієї з найбільших в світі дослідних установок з виробництва водню без викидів СО2, поклавши тим самим початок розвитку прогресивного наукового підходу до вирішення завдання декарбонізації сталеплавильного виробництва. Ядром нової експериментальної установки є розроблена Siemens найбільша в світі система PEM-електролізу потужністю 6 МВт, здатна виробляти 1 200 кубометрів водню в годину. Позитивне рішення влади стало сигналом для початку будівництва нової електролізної установки на території заводу компанії Voestalpine. Йдеться про запуск в кінці 2018 року найбільшої і найсучаснішої установки для отримання «зеленого», тобто виробленого за допомогою екологічно чистої зеленої електроенергії , водню. Крім того, установку планують використовувати для дослідження ефективності процесу електролізу і можливості участі в ринку регулювання енергії. Довгостроковою метою є перехід у виробництві сталі від вугілля і коксу через проміжну фазу природного газу до використання «зеленого» водню. H2FUTURE - це проект, який фінансується ЄС в рамках програми досліджень проблем водневої енергетики і паливних елементів (Fuel Cell Hydrogen Joint Undertakings - FCH JU). Детальна інформація про проект: h2future-project.eu