Водородная энергетика

Автономные водородные энергоустановки

Водородные энергетические установки, работающие с использованием ВИЭ, имеют благоприятные экономические перспективы для энергоснабжения автономных потребителей. Большинству автономных потребителей энергии нужны небольшие мощности (от нескольких сотен ватт до нескольких десятков киловатт), причем для многих из них стоимость энергоустановки не является главным фактором; наиболее важными оказываются показатели надежности, длительного ресурса, низких текущих эксплуатационных затрат. Этим требованиям отвечают автономные энергоустановки, работающие с использованием ВИЭ.

Сегодня большинство стационарных автономных источников энергоснабжения создаются преимущественно на базе ДВС и электрогенераторов, позволяющих вырабатывать электроэнергию и тепло. Достоинством таких установок являются отработанность технологии и относительно невысокая стоимость оборудования, а существенными недостатками являются необходимость завоза продукции, высокие эксплуатационные затраты и экологическое воздействие на окружающую среду.

В последние годы все большее применение находят экологически чистые автономные источники энергии на основе солнечных фотоэлектрических и ветровых установок или их комбинации. Непостоянство солнечной и ветровой энергий по времени осложняет проблему создания полностью автономных энергосистем, обеспечивающих гарантированное энергоснабжение потребителя. В связи с этим такие установки оснащаются аккумуляторами электроэнергии, размеры и стоимость которых при мощности даже в несколько киловатт могут оказаться чрезмерно большими. Кроме того, имеются проблемы, связанные с эксплуатацией таких аккумуляторов. В силу сказанного нередко предпочтение отдается гибридным энергоустановкам, сочетающим использование ВИЭ и традиционных, выполненных на базе ДВС. Применение водорода в рассматриваемых энергоустановках в качестве аккумулятора энергии и промежуточного теплоносителя существенно улучшает эксплуатационные показатели.

Принципиальная схема работы автономной энергоустановки приведена на рисунок 6.

Основные компоненты системы автономного энергоснабжения
Рис. 6 Основные компоненты системы автономного энергоснабжения

Для обеспечения высокой энергетической эффективности системы автономного энергоснабжения энергия, вырабатываемая первичным ее источником, напрямую направляется потребителю I. В периоды генерирования энергии, избыточной для потребителя, она запасается системой аккумулирования II. При дефиците энергии, вырабатываемой первичным источником, аккумулированная энергия от вторичных источников направляется потребителю, покрывая имеющийся дефицит III.

Система аккумулирования энергии может быть построена на базе накопителя водорода (рисунок 7).

Схема водородного накопителя
Рис. 7 Схема водородного накопителя

В этом случае избыток генерируемой электроэнергии направляется на электролиз воды для получения водорода и кислорода, которые накапливаются в ресиверах. Хранение этих газов, в отличие от аккумулирования электроэнергии в соответствующих батареях, может осуществляться практически без потерь и сколь угодно долго. При дефиците электроэнергии, вырабатываемой солнечной и (или) ветровой установкой, водород и кислород направляются в батарею топливных элементов, производящую недостающее потребителю электричество.

Включение в состав рассматриваемой автономной энергоустановки водородного накопителя позволяет обеспечить более надежное и большее по емкости аккумулирование энергии, чем это возможно с электрохимическими аккумуляторами.