Тема : «Перспективы развития водородной энергетики в России»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Старооскольский технологический институт им. А. А. УГАРОВА

(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Направление : Естественно - научное

Тема : «Перспективы развития водородной энергетики в России»

Автор:

Специальность 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования», 3 курс

Научный руководитель:

Содержание

Введение 3

1. Актуальность исследования 3

2. Задачи исследования 4

3 . Способы использования водорода как источника энергии 7

4. Предпосылки возможности осуществления проекта в России 8

Заключение 9

Список использованных источников 10

Приложения:

Приложение 1. Презентация « Перспективы развития водородной энергетики в России»

Введение

«Что вчера ещё было мечтой, сегодня становится реальной задачей,

а завтра - свершением».

Ни для кого не секрет, какую огромную роль, играет энергетика в жизни всего мира и нашей страны в частности. Зачастую, на основе состояния дел в энергетике страны принимаются соответствующие политические решения. Можно смело утверждать, что энергетика и в немалой степени ее электроэнергетическая составляющая во многом определяют безопасность государства. Сейчас, как никогда актуально высказывание индийского философа Гоми Баба: «Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток».

В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.

1.Актуальность исследования.

Сегодня мы все чаще слышим о надвигающимся на человечество кризисе энергетических и минеральных ресурсов. Несомненно, Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория.

Вероятность надвигающегося энергетического кризиса определила

проблему исследования, которая предполагает два пути решения:

Первый - экономия при расходовании энергоресурсов

Второй - использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Уменьшение потребления электрической энергии - это шаг назад в развитии цивилизации на Земле. Остается второй путь, на основе которого сформулирована

проблема исследования: «какой вид источника электрической энергии является наиболее эффективным и насколько возможно его использование в различных сферах деятельности человека и производства электрической энергии?».

Эта проблема определила тему исследования: «Исследование реальной возможности обеспечения России водородной энергетикой».

Данная проблема конкретизируется в цель исследования:

-рассмотреть вопросы роли энергетики в жизнедеятельности Человечества, современного состояния дел в энергетике и надвигающегося энергетического кризиса на Земле;

- определить новый, наиболее эффективный вид источника электрической энергии.;
- рассмотреть все достоинства и недостатки, использования водородной энергетики ;

- определить дальнейшее развитие водородной энергетики в России.

Объект исследования: Энергетическая система России

Предмет исследования: современное производство, передача и потребление электроэнергии в России

Гипотеза исследования:

- Дефицит источников энергии означает прямую угрозу энергетической безопасности страны;

- использование водорода в качестве основного энергоносителя приведет к созданию принципиально новой водородной экономики;

- отечественная наука обладает достаточным потенциалом для реализации проекта водородной энергетики;

-  предлагаемая система водородной энергетики является экологически чистой и способствует круговороту веществ в природе.

2. Задачи исследования

В соответствии с целью исследования и выдвинутой гипотезой были сформулированы следующие задачи исследования:

·  определить основные тенденции, надвигающегося кризиса энергетических ресурсов и экологической ситуации в России;

·  выделить ряд проблем, стоящих перед энергетикой;

·  определить основные задачи энергетики по вопросу производства электрической энергии;

·  проанализировать состояние дел в производстве электрической энергии в России;

·  рассмотреть возможности использования водорода;

·  провести исторический анализ возникновения идеи и разработки проекта водородной энергетики;

·  рассмотреть варианты производства водорода;

·  проанализировать специфические особенности передачи водородной энергии в сравнении с электрической;

·  рассмотреть целесообразность осуществления проекта с экономической точки зрения;

·  рассмотреть вопросы экологии при использовании водородной энергетики;

·  провести сопоставительный анализ характеристик основных комплексных финансово - аналитических систем, определить круг задач для осуществления программы использования водородной энергии в России;

·  сделать выводы о перспективах развития в России водородной энергетики;

·  обозначить дальнейшие действия для осуществления поставленной цели - разработки проектов и использования водородной энергетики в России.

Основные методы исследования:

·  Изучение и теоретический анализ литературы по исследуемой проблеме;

·  Изучение реального состояния дел в производстве электроэнергии, при использовании запасов традиционных природных топлив;

·  Анализ специфических особенностей водородной энергетики;

·  Проведение сопоставительного анализа характеристик основных
комплексных финансово- аналитических систем.

Новизной исследуемой проблемы в данной работе явилось:

-  определение настоящей ситуации в энергетике;

-  постановка задачи энергетики на ближайшее будущее;

-  определение ряда проблем, стоящих перед энергетикой в области производства электрической энергии;

-  обоснована идея и необходимость разработки методов использования водородной энергетики и водородной экономики;

-  приведены цитаты (мнения) известных людей по вопросу производства

электроэнергии;

- приведены примеры производства водорода, рассмотрены его достоинства и недостатки;

- рассмотрены вопросы экологии, связанные с производства электроэнергии из водорода;

- рассмотрены причины низкой технической и экономической эффективности водородной энергетики в России;

-доказаны необходимость и возможности осуществления проекта водородной энергетики в России.

Глубина проработки:

Учебно-исследовательская работа включает: введение, 7 разделов - «Проблемы электроэнергетики и пути их решения», «История возникновения идеи водородной энергетики», «Особенности водорода как энергетического топлива и перспективы развития водородной энергетики», «Способы использования водорода как источника энергии», «Экологические особенности использования водородной энергетики», «Причины низкой технической и экономической эффективности водородной энергетики в России и пути их решения», «Предпосылки возможности осуществления проекта в России», заключение и приложения.

Во введении обоснована роль энергетики в современном мире и нашей страны в частности. Приводятся высказывания известных людей по вопросу значимости энергии для Человечества.

В основных разделах рассматриваются вопросы необходимости поиска

выхода из надвигающегося кризиса энергетических и минеральных ресурсов, о

возможных вариантах выхода из кризиса, о существующей идеи перспективах использования водорода в качестве энергетического источника и развития водородной энергетики в России. Представлены существующие способы использования водорода как источника энергии. Показана экологическая безопасность использования водорода в качестве топлива. Доказана необходимость создания водородного энергетического хозяйства и наличие в России достаточного потенциала для реализации проекта.

В заключении сделан вывод о том, что водородная энергетика имеет большие перспективы в развитии, имеется теоретическая база и достаточные наработки в области водородной энергетики и водородной экономики в России, которые необходимо продолжать и которые должны поддерживаться национальной программой в направлении развития новой технологии производства энергии.

3. Способы использования водорода как источника энергии

В производстве водорода сейчас два главных направления:

традиционное – получение водорода с помощью обычных процессов реформинга натурального газа или угля с последующим транспортом водорода и использование его в разной форме; и второе направление – получение водорода из воды с помощью электролиза.

На сегодняшний день разработано несколько способов производства и транспортировки водорода в промышленных масштабах. Есть сегодня и техника для получения водорода и кислорода из воды. Это электролизеры, работающие на 25 %-ых водных растворах едкого натрия (NaOH) и 34 %-ых растворах едкого калия (КОН) с использованием никелевых электродов и давно освоенные отечественной промышленностью (предприятия Урала, Кузбасса, Ульяновска и др.). Для получения 1 м3/ч (90 г/ч) водорода требуется мощность постоянного тока, равная 4—5 кВт.

Одно из направлений водородной энергетики - подземные необслуживаемые АЭС, удаленные от мест проживания людей. Именно с их помощью целесообразно получать водород из морской или речной воды в электролизерах высокого давления, а затем в сжатом или сжиженном виде по трубопроводам направлять его потребителям густонаселенных регионов. А водород, после его окисления, т. е. использования его энергии, уже в составе пресной воды возвращать в реки.

Такие АЭС целесообразно размещать в северных регионах Сибири, где в изобилии морская и речная вода, есть морские транспортные коммуникации и средства доставки крупногабаритных грузов. Такие АЭС могут более 25 лет работать без обслуживания. Кроме того, их нетрудно автоматически захоронить на глубине до 100 м после выработки ресурса.

Но существует проблема. Которая, казалось бы, может остановить почти реализованную мечту человечества о дешёвом топливе – водород, производимый и передаваемый в больших объемах взрывается. Казалось бы сама природа ставит нам запрет на использование водорода. Но выход найден!

Нет необходимости производить и хранить водород в больших количествах если водород задействован в дело исключительно в виде протона. Это возможно в топливных элементах, в которых происходит процесс, обратный электролизу. Распространение источников энергии, основанных на топливных элементах мощностью 15-200 кВт создаст основу для развития так называемой распределённой системы производства электроэнергии, когда производитель энергии является и её потребителем. Тем самым можно будет избавиться от многокилометровых электрических сетей и гигантских электростанций. Комбинация же «топливный элемент - тепловой насос» весьма перспективна для отопительного теплоснабжения будущего.

Тут идея проста: водород производится прямо на транспортном средстве из чего-то дешёвого и безопасного; ни на одной стадии не существует он в виде молекулы Н2, и передаёт энергию не виде тепла, а в виде электричества. То есть водород как элемент (исключительно в виде протона) может участвовать в процессе, но водорода, как химического вещества, нет вообще!

Топливный элемент – химический источник тока, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, например, водорода, и окислителя (например, кислорода) из специальных резервуаров). Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, например, на космических аппаратах.

Электрохимический генератор (ЭХГ) – химический источник тока, в котором реагенты в ходе электрохимической реакции непрерывно поступают к электродам. Состоит из батареи топливных элементов, а также систем хранения и подачи реагентов, отвода продуктов реакции, контроля и управления. Используются, например, в системах энергопитания космических аппаратов. КПД до 80%.

4. Предпосылки возможности осуществления проекта в России

В последние десятилетие стало совершенно очевидным, что дальнейшее интенсивное развитие современной энергетики и транспорта ведет человечество к крупномасштабному экологическому кризису.

Развитие новой технологии производства энергии позволит Российской Федерации находиться в одном ряду с развитыми странами мира. Единственной реальной возможностью постепенного перевода экономики страны с «рельсов нефтяной узкоколейки» на скоростную магистраль будущего является создание индустрии, связанной с получением, хранением, транспортировкой водородных энергоносителей и производством различных видов топливных элементов.

Отечественная наука обладает достаточным потенциалом для реализации этого проекта. Правительство Российской Федерации понимает значимость осуществления проекта и прилагает усилия для его осуществления.

Первый шаг в этом направлении сделали ОАО "Норильский никель" и Российская академия наук. Они договорились о совместных работах по развертыванию и финансированию наиболее важных научно-исследовательских работ по основным направлениям энергетических устройств на базе топливных элементов.

Заключение

Развитие новой технологии производства энергии позволит Российской Федерации находиться в одном ряду с развитыми странами мира

У нас нет другого выхода! Цель одна – постепенный переход России от экономики, ориентированной на экспорт нефти и газа, к экономике, основанной на технологичной, наукоемкой, экологически чистой водородной энергетике.

Водородная энергетика имеет большие перспективы в развитии. Водород экологически чистый вид энергоносителя. В России имеется теоретическая база и наработки в этой области, которые необходимо усовершенствовать.

Но, для осуществления программы требуется проведение большого объема научно-исследовательских и экспериментальных работ:

-  открывается огромное поле деятельности для производства водорода;

-  необходимо найти пути по уменьшению стоимости производства водорода;

-  усовершенствование источников энергии, основанных на топливных элементах.

Учитывая большой объем научных исследований, которые еще необходимо провести, разработка и внедрение национальной программы и реальной поддержки работ в направлении развития новой технологии производства энергии все же необходимо надеется, что концентрация интеллектуального потенциала нашей страны на этом важнейшем направлении позволит получить исключительные по эффективности результаты.

Основоположник практической космонавтики в нашей стране ёв так охарактеризовал процесс создания новой техники: «Что вчера ещё было мечтой, сегодня становится реальной задачей, а завтра - свершением».

Водородная энергетика - проект ближайшего будущего, и осуществлять его предстоит нашему поколению.

Список использованных источников.

Однотомные издания

1.  Жизнин, С.З. Энергетическая дипломатия России: экономика, политика, практика [Текст]: / С. Жизнин - М. ООО " «Ист Брук» 2005.-640с.

Многотомные издания

Отдельный том

1.  Система водородной энергетики. [Текст]:

Журнал "Автомобильная промышленность", 2005 год, № 7 УДК 620.9

Д-р техн. наук , , ЗАО "Инресфонд"

2.  Электротехнический справочник..[Текст]: том 3 книга 1 производство и распределение электрической энергии / (Под общей редакцией профессоров МЭИ: (гл. ред.) и др.) – М.,: Энергоатомиздат, 2с.

Электронный ресурс

1.  Источник: http://www.

материалы компаний НИК НЭП, , МИРЭА

2.  http://www. *****/hydrogen_energy/ ОАО "ГМК "Норильский никель"

3.  http://www. *****/science/2008/02/20_a_2643259.shtml

Газета. ru Наука 24.11.2011

4.  http://www. *****/HBC/hbc. phtml

5.  Источник: http://ru. wikipedia. org/