Энергетическая эффективность производства и потребления водорода
Аннотация
Изучена энергетическая эффективность производства водорода на основе коэффициента энергетической рентабельности. Предложена модель расчета энергетической рентабельности EROEI (Energy Returned on Energy Invested) по ряду переделов реализации водорода при исследовании различных вариантов производства, хранения и транспорта. Исходя из проведенных расчетов показано, что затраты энергии на реализацию водорода составляют 154.. .614% от его химической энергии в зависимости от способов производства, хранения и транспорта, что соответствует EROEI = 0,651.0,163 и характеризует водород как энергетически нерентабельный энергоноситель. Выполнен обзор литературы, представлены возможные варианты создания энергоффективного производства водорода, опирающиеся на использование энергетически дешевых источников энергии, которыми для электролитического производства могут стать возобновляемые источники энергии, а также электроэнергия от атомных и тепловых электростанций.
Представлены направления энергосберегающего производства водорода при использовании методологии интенсивного энергосбережения, где получаемый водород сопровождается значительными энергосберегающими эффектами при комбинировании его получения с металлургическим производством. Проанализировано производство водорода конверсионными способами при использовании выбрасываемых вторичных энергетических ресурсов на примерах конвертерных газов сталеплавильного производства и нефтеперерабатывающего завода. Рассмотрены эффекты от использования водорода на автотранспорте, в энергетике и металлургической промышленности. Предложен коэффициент энергетической эффективности использования водорода, определяющийся как отношение экономии удельного расхода топлива при использовании водорода к энергозатратам на его производство. Дан пример энергоэффективного использования водорода при термической обработке стали, где энергосберегающий эффект от его использования в 4,73 раз превосходит затраты на его получение.
Литература
2. Сафронов А.Ф., Голоскоков А.Н. EROEI как показатель эффективности добычи и производства энергоресурсов // Бурение и нефть. 2010. № 12 С. 48—51.
3. Голоскоков А.Н. Критерии сравнения эффективности традиционных и альтернативных энергоресурсов // Нефтегазовое дело. 2011. № 1. С. 285—299.
4. Visalli D. Getting a Decent Return on Your Energy Investment [Электрон. ресурс] http://www.resilience. org/stories/2006-04-12/getting-decent-return-your-energy- investment (дата обращения 08.04.18).
5. Heinberg R. Searching for a Miracle: Net Energy Limits and Fate of Industrial Society. San Francisco: Post Carbon Institute, 2009.
6. Crude Oil Reserves [Электрон. ресурс] www.eia. doe.gov/pub/international/iealf/crudeoilreserves.xls (дата обращения 13.04.18).
7. Hall C.A.S., Balogh S., Murphy D.J.R. What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? // Energies. 2009. V. 2 (1). Pp. 25—47.
8. Hall C. Why EROI Matters (Pt. 1 of 6) // The Oil Drum. 2008. [Электрон. ресурс]: http://www.theoildrum. com/node/3786 (дата обращения 10.04.18).
9. Синяк Ю.В. Перспективы применения водорода в системах децентрализованного электро- и теплоснабжения // Проблемы прогнозирования. 2007. № 3. C. 35—47.
10. Козлов С.И., Фатеев В.Н. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009.
11. Установка по производству водорода на основе парового риформинга [Электрон. ресурс] http://www. mahler-ags.com/ru/hydrogen/hydroform-c.htm (дата обращения 10.03.18).
12. Клышников С.Т. и др. Установка для получения водорода из природного газа и водяного пара // Сталь. 2010. № 3. С. 114—115.
13. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. М.: Изд-во МЭИ, 2007.
14. Хрестоматия энергосбережения. М.: Теплоэнергетик, 2002.
15. Tremel А. e. a. Techno-economic Analysis for the Synthesis of Liquid and Gaseous Fuels Based on Hydrogen Production Via Electrolysis // Intern. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. Pp. 11457—11464.
16. Ключников А.Д. Основы теории интенсивного энергосбережения. М.: Изд-во МЭИ, 2016.
17. Ключников А.Д., Петин С.Н. Повышение энергетической и экологической эффективности производства водорода на базе комплексного использования природного газа на предприятиях черной металлургии // Вестник МЭИ. 2008. № 3. С. 18—23.
18. Пат. № 2637439 РФ. Способ утилизации конвертерных газов для производства водорода / Петин С.Н., Бурмакина А.В., Ипполитов В.А. // Бюлл. изобрет. 2017. № 34.
19. Петин С.Н. Утилизация конвертерных газов с целью получения водорода // Вестник МЭИ. 2018. № 1. С. 29—33.
20. Electricity from Hydrogen with Combined Cycles. The Fusina Project [Электрон. ресурс] https://www. xing-events.com/eventResources/r/v/kfKncJZVrUe3Xh/ Electricity_from_hydrogen_with_combined_cycles_-_ The_Fusina_Project.pdf (дата обращения 15.03.18).
21. Достижения в применении техники отжига в колпаковых печах // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке: Сб. науч. трудов. М.: Металлургия, 1994. Т. 2 [Электрон. ресурс] http://engineeringsystems. ru/sbornik-nauchnih-trudov-chernya-metalurgiya-rossii-i- stran-sng-tom2/dostizheniya-v-primeneniitehniki-otzhiga. php (дата обращения 15.03.18).
---
Для цитирования: Петин С.Н. Энергетическая эффективность производства и потребления водорода // Вестник МЭИ. 2019. № 2. С. 29—36. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-2-29-36.
---
Работа выполнена при поддержке: Министерства образования и науки РФ по государственному заданию в рамках конкурсного отбора научных проектов, выполняемых научными коллективами исследовательских центров и научных лабораторий образовательных организаций высшего образования (заявка № 13.3233.2017/ПЧ)
