Сравнение различных методов производства водорода
Природный газ Как уже отмечалось, при электролитическом способе получения водорода, его стоимость на 70−90% зависит от затраты на электроэнергию, т. е. на стоимость водорода влияют параметры электролизёра и цена на электроэнергию (табл. 9.3). Стоимость газообразного водорода определяется затратами на исходное сырье и энергетику, а так же методом производства. При производстве водорода… Читать ещё >
Сравнение различных методов производства водорода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Водород может быть получен различными путями с использованием широкого диапазона технологий. Некоторые из них используют установившиеся промышленные процессы, тогда как другие находятся еще на лабораторной стадии; некоторые могут вводиться немедленно для развития системы снабжения водородом; другие требуют значительных исследований и развития (табл. 9.1, 9.2).
Сравнение методов получения водорода
Таблица 9.1
Технология получения водорода. | Преимущества. | Недостатки. |
Электролиз. | Устоявшаяся и коммерчески доступная технология; детально изученный промышленный процесс, допускающий модуляцию; высокая чистота конечного продукта, удобен для получения водорода от воспроизводимых энергоисточников, компенсирует периодическую природу некоторых источников возобновляемой энергии. | Высокие энергозатраты, конкуренция с прямым использованием возобновляемой электроэнергетики. |
Конверсия углеводородов. | Хорошо изучен в больших масштабах; широко распространенный процесс; низкая стоимость продукта. | Маломасштабные устройства не имеют коммерческого значения; конечный продукт содержит примеси, требуется газоочистка; выбросы двуокиси углерода; первичное топливо может использоваться непосредственно. |
Газификация твердого горючего и биомассы. | Технология хорошо изучена для тяжелых углеводородов в больших масштабах; может быть использована для твердых и жидких топлив; продемонстрирована газификация биомассы. | Маломасштабные устройства редки; конечный продукт требует интенсивной очистки перед использованием; конкуренция с синтетическими топливами из биомассы и угля. |
Окончание табл. 9.1
Технология получения водорода. | Преимущества. | Недостатки. |
Термохимические и комбинированные циклы. | Принципиально возможно производство больших объемов при низкой стоимости и без выброса парниковых газов для тяжелой промышленности и транспорта. | Процесс сложен, еще не имеет коммерческого значения, требуются долговременные исследования (порядка 10 лет) материалов, усовершенствования химической технологии; требуется высокотемпературный ядерный реактор (ВТЯР) или солнечные концентраторы. |
Биохимические процессы. | Потенциально большой ресурс. | Малая скорость накопления водорода; требуются большие площади; наиболее подходящие объекты еще не найдены. |
Стоимость тонны товарного водорода при крупномасштабном производстве различными методами
Таблица 9.2
Процесс производства водорода. | Источник энергии. | КПД,. %. | Температура, К. | Стоимость, тыс. долл./т. |
Паровая конверсия. | Природный газ. | 60−75. | 1100−1300. | 1,2−1,6. |
Парокислородная конверсия. | Природный газ. | 67−70. | 1100−1200. | 1,1−1,5. |
Целевое производство на НПЗ. | Нефтяные фракции, сухие газы НПЗ. | 67−70. | 1100−1200. | 2,0−2,6. |
Из угля. | Уголь. | 60−80. | 1200−1400. | 2,0−2,4. |
Щелочной электролиз. | Электроэнергия базисная и «провальная». | 20−30. | 3,9−5,1. | |
ТПЭ (твердополимерный электролит). | 20−36. | 2,5−3,2. | ||
Щелочной электролиз. | Электроэнергия от солнечных ЭС и ВЭУ. | >7. >10. |
| |
Высокотемпературный электролиз. | Электроэнергия и теплота от АЭС. | 40−42. | 1000−1300. | 2,3−3,5. |
Термоэлектрохимические циклы. | Электроэнергия и теплота от ВТГР. | 35−45. | 1,6−6,7. | |
Термохимические циклы. | >50. | 1100−1300. | 1,5−7,4. | |
Биохимические процессы. | Солнечная энергия. | 10< | 310−340. | >12. |
Стоимость газообразного водорода определяется затратами на исходное сырье и энергетику, а так же методом производства. При производстве водорода из природных топлив его стоимость линейно зависит от стоимости сырья (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Зависимость себестоимости водорода при парокислородной конверсии от стоимости сырья Цс: 1 — уголь; 2 — нефть;
3 — природный газ Как уже отмечалось, при электролитическом способе получения водорода, его стоимость на 70−90% зависит от затраты на электроэнергию, т. е. на стоимость водорода влияют параметры электролизёра и цена на электроэнергию (табл. 9.3).
Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР) могут явится наиболее экономичным и мощным источником высокого потенциального тепла для производств водорода, но пока довольно сложно оценить его стоимость, в разных источниках приводятся сильно отличающиеся цифры, например: в проекте фирмы General Atomics расчетная стоимость водорода составляет 1,53 долл./кг при использовании высокотемпературного газоохлаждаемого реактора H2-MHR тепловой мощностью 2400 МВт с температурой теплоносителя 1100 К и общим КПД 42% или 1,42 долл./кг при температуре 1200 К и КПД 52% (для обоих вариантов принята норма дисконтирования 10,5%).
Таблица 9.3
Стоимость водорода, производимого методом электролиза в США
Стоимость электроэнергии, долл./(кВт • ч). | Стоимость водорода, долл./кг. |
0,02. | 1,34−1,75. |
0,04. | 2,56−2,97. |
0,08. | 5,51−6,05. |
Доля стоимости урана в стоимости тепловой энергии, получаемой от атомного реактора, составляет 18%. При удвоении цены на уран стоимость энергии повысится на 14%, а при четырехкратном увеличении стоимости урана цена на энергию повысится на 40%. Это указывает на относительную стабильность цен на тепло, получаемое от атомного реактора. Данные по природным горючим приведены в табл. 9.4.
Влияние цены первичных источников энергии на стоимость водорода можно видеть на следующем примере. Если принять стоимость водорода полученного паровой конверсией за 1, то при замене газа идущего на сжигание, теплом от реактора получим стоимость 0,8. При использовании тепла реактора в термохимическом цикле стоимость того же количества водорода будет 0,41- Широкое использование тепла атомных реакторов сделает водородное горючее в будущем дешевле природного газа и нефти. Что касается капитальных вложений в оборудование на производство собственно водорода, то они не велики по сравнению со стоимостью оборудования АЭС и падают с ростом мощности по водороду. Полагают, что мощность атомной станции по производству водорода может в 1000 раз больше, чем станция для получения электроэнергии, что снизит стоимость водорода в пять раз.
Таблица 9.4
Доля стоимости горючего в единице энергии, получаемой сжиганием этого горючего
Горючее. | Доля стоимости горючего, %. |
Природный газ. | 48,0. |
Каменный уголь. | 81,5. |
Сырой бурый уголь. | 41,0. |
Сухой бурый уголь. | 67,0. |
Мазут. | 63,0. |