Водородные энергетические циклы атомных электростанций .

ВВЕДЕНИЕ 7
1 Современное состояние, перспективы производства и потребления водорода на атомных электростанциях 8
1.1 Использование водорода в электроэнергетике 9
1.2 Технологии производства водорода 12
1.3 Потенциал производства водорода на АЭС 15
1.4 Перспективы развития водородной энергетики на АЭС 17
1.5 Схемно-параметрические решения комбинирования водородного энергокомплекса и АЭС 23
1.6 Роль водорода в переходе к водородной энергетике 37
1.7 Выводы 39
2 Комбинирование атомного реактора с водородным комплексом на атомном энерготехнологическом комплексе 41
2.1 АЭТК для производства водорода 41
2.2 Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор как тепловой источник для технологических процессов 42
2.3 Химико-технологическая схема АЭТК с ВТГР 49
2.4 Технико-экономические характеристики АЭТК и доставка водорода потребителям 51
2.5 Выводы 52
3 Оценка эффективности участия АЭС в покрытии пиковых электрических нагрузок на основе водородных технологий 54
3.1 Электролиз воды как способ аккумулирования энергии 58
3.2 Технологии использования водорода для производства электроэнергии 62
3.3 Водородные технологии на АЭС 69
3.4 Оценка эффективности использования водородных технологий на АЭС 73
3.5 Выводы 83
Заключение 86
Список использованной литературы 87

Весь текст будет доступен после покупки

Водород – самый распространённый химический элемент во Вселенной, но его производство в чистом виде для целого ряда промышленных процессов является энергоемким и сопровождается созданием значительного «углеродного следа».
Производство водорода с использованием ядерной энергии имеет потенциальные преимущества перед другими методами производства. Их можно описать двумя основными аспектами: качество, так как этот процесс приводит к снижению выбросов парниковых газов, и количество, т.к. становится возможным крупномасштабное производство водорода.
Актуальность: получение электроэнергии на атомной электростанции (далее – АЭС) может помочь улучшить экологическую ситуацию, а также снизить экономическую зависимость некоторых государств от стран-экспортеров органического топлива. Помимо электростанций, работающих на органическом топливе, углеродный след оставляют и крупные производства, в т. ч. установки по производству водорода. Поэтому, чтобы уменьшить вредное воздействие на окружающую среду, а также повысить эффективность производства, развитые страны активно рассматривают вариант производства водорода на атомных электростанциях.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Современное состояние, перспективы производства и потребления водорода на атомных электростанциях

В настоящее время мировое потребление водорода составляет около 115 млн. тонн в год (табл. 1). Из этого объема 70 млн. тонн водорода используется в качестве самостоятельного вещества, главным образом для производства аммиака и в нефтепереработке. Еще примерно 45 млн. тонн водорода потребляется в смеси с другими газами для производства метанола, прямого восстановления металлов и других целей [1].
Доля водорода в мировом потреблении конечной энергии пока составляет около 3%. Применение водорода в энергетических целях пока ограничено, в основном по экономическим соображениям [1].
Таблица 1 - Прогноз мирового потребления водорода к 2050 г., млн. т. Н2 в год [2]
Область потребления Современное потребление Прогнозное потребление Предельный объем
Промышленность 115 123 301
Транспорт 0 301 524
Электроэнергетика 0 219 439
Теплоснабжение зданий 0 53 106
Всего 115 696 1370
Доля водорода в мировом потреблении конечной энергии, % 3 24 49

В настоящее время основными источниками производства водорода являются природный газ (76%) и уголь (23%). Еще около 1% водорода получается в качестве побочного продукта при электролизе щелочей для производства хлора и каустической соды, в то время как доля водорода, произведенного путем электролиза воды, составляет всего 0,1% [2].
Согласно прогнозам, при проведении «жесткой» климатической политики, направленной на сдерживание роста глобальной температуры, годовое потребление водорода в мире к 2050 году может увеличиться почти в 6 раз - до почти 700 млн. тонн. В этом случае доля водорода в мировом потреблении конечной энергии достигнет 24% [2, 3].
Ожидается, что основной прирост спроса на водород будет происходить в секторах транспорта и электроэнергетики. В частности, предполагается использовать водород для производства пиковой электроэнергии, что важно при высокой доле возобновляемых источников энергии (далее – ВИЭ) в структуре генерирующих мощностей. Водород в этом случае будет производиться методом электролиза воды с использованием электроэнергии от ВИЭ, выступая в качестве промежуточного накопителя энергии с последующим использованием в топливных элементах.
Реализация таких планов потребует масштабных инвестиций - до 11 трлн долларов США - в создание инфраструктуры для производства, транспортировки и хранения водорода. Предельная оценка мирового спроса на водород к 2050 году составляет 1370 млн. тонн в год, или 49% от общемировых потребностей в конечной энергии, предполагая полное замещение органических топлив в тех секторах, где это технологически возможно.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Александров А.П., Пономарев-Степной Н.Н. Атомная энергетика и научно-технический прогресс // Атомной энергетике 20 лет. М.: Атомиздат, 1974. С. 205–213.
2. Пономарев-Степной Н.Н., Столяревский А.Я., Пахомов В.П. Атомно-водородная энергетика. М.: Энергоатомиздат, 2008. 108 с.
3. Водородные энергетические технологии // Материалы семинара лаборатории ВЭТ ОИВТ РАН. М.: ОИВТ РАН. 2017. Вып. 1. 190 с.
4. Митрова Т., Мельников Ю., Чугунов Д. Водородная экономика – путь к низкоуглеродному развитию. Сколково: Центр энергетики МШУ, 2019.
5. Hydrogen Scaling Up. A Sustainable Pathway for the Global Energy Transition [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://hydrogencouncil.com/ wp-content/uploads/2017/11/Hydrogen-scaling-up-Hydrogen-Council.pdf.
6. Мастепанов А. Водородная энергетика России: состояние и перспективы / Энергетическая политика № 12 (154) / 2020. С.. 54-65.
7. Холкин Д. Russia’s prospects and possibilities for participation in the global market of hydrogen fuel. Сколково: Центр стратегических разработок “СевероЗапад”, Национальная технологическая инициатива, 2019.
8. Shell Hydrogen Fuel // Офиц. сайт компании Shell. URL: https://www.shell.com/energyand-innovation/new-energies/hydrogen.html.
9. Аксютин О.Е., Ишков А.Г., Романов К.В. и др. Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода // Научно- технический сборник «Вести газовой науки». 2017. № 5. С. 12–20

Весь текст будет доступен после покупки