Водород является не просто «топливом»

Использование водорода привлекательно тем, что
водород является не просто «топливом», а по сути это рабочее тело
теплового насоса, с помощью которого внутренняя энергия среды может
быть использована как для бытовых нужд, так и для получения
электрической энергии в количестве много больше той, которая была
затрачена на получение водорода при электролизе.

Нерешенной проблемой до сегодняшнего дня
остаётся неэкономичность промышленного производства водорода. Поэтому
необходимо подходить к процессу электролиза и последующему сжигание
полученного водорода и кислорода, как к единому замкнутому
термодинамическому циклу теплового насоса и на этом пути найти способ
удешевления водорода.

Теоретические и экспериментальные результаты
исследований показывают, что наиболее вероятным источником дешевого
водорода, получаемого из воды , может стать её плазменный электролиз.

ЦЕЛИ РАЗРАБОТКИ ВЕТРО-ВОДОРОДНОЙ УСТАНОВКИ

Предполагается достижение следующих целей:
- создание эффективной ветро-водородной установки (ВВУ) на базе ветроэнергетических установок ВЭУ-3, ВЭУ-5 и ВЭУ-30, с получением водорода не менее 0.3 м3 на 1 кВт-час,
- разработка и внедрение технологии хранения, транспортировки и использования водорода в быту и промышленности.

Учитывая современное состояние водородных
технологий, ВВУ предназначается для получения и накопления газов
(водорода, кислорода), заправки ими баллонов для локального
использования, заправки транспортировочных емкостей с целью вывоза, и
заправки баллонов личного автотранспорта и других машин и агрегатов.

При отработке этого варианта установки,
ставя задачей, в конечном итоге, коммерческую реализацию комплекса
интегрированных энергосистем на базе ветро-водородных установок, и
учитывая наличие на рынке широкого спектра технологий и
преобразователей электрической энергии в химическую и обратно, в
кратчайшие сроки будут определены пути и меры по обеспечению разумной
стоимости, удобства обслуживания, высокой надежности, безопасности и
достаточного ресурса.

Схема построения системы будет предусматривать в
зависимости от рыночного спроса возможность регулирования соотношения
вырабатываемых энергоносителей (водорода, кислорода, электроэнергии).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТКИ

Система включает в себя ветроэнергетическую
установку, электролизер, стабилизатор постоянного напряжения, блок
коммутации и управления электролизерами, блок подготовки воды,
компрессоры, баллоны для хранения сжатых газов, металлогидридные
накопители.

Возможно дальнейшее развитие варианта с целью
получения электрической энергии, например, с помощью электрохимических
генераторов тока.

Выходное напряжение генератора ВЭУ, являющееся
функцией скорости ветра по частоте и амплитуде, через простейший
стабилизатор постоянного напряжения подается на вход электролизера, в
качестве которого преимущественно предлагается использовать
электролизеры нового поколения с КПД не хуже 85% с обеспечением высокой
чистоты газов.

Электролизеры нового поколения обеспечивают по
сравнению с традиционными получение водорода более высокой чистоты с
удельными энергозатратами в 1,5 раза меньшими.

В процессе выполнения проекта будет выбран
типоразмер электролизера, который должен быть мембранного класса с
твердополимерным электролитом и обеспечить получение водорода не
менее 0.3 м3/час на 1 кВт мощности ВЭУ. Электролизер должен обеспечить
возможность производства сжатых газов (до давления не менее 3 МПа).
Рассматриваются варианты и возможность использования других классов
электролизеров: плазмохимического; на основе ячейки Мейера, с подачей
на нее импульсного напряжения; так называемого гравитационного; на
основе известных физических опытов Толмена и Стюарта и др.

Основная цель анализа возможного применения
широкой гаммы электролизеров – выбор наиболее оптимального по стоимости
и производительности генератора водорода.

Блок управления обеспечит согласование мощности,
вырабатываемой ВЭУ с мощностью, потребляемой электролизером
(электролизерами) и др. потребителями энергии в системе.

Образующиеся в электролизере газы (водород и
кислород), очищенные от примесей, осушенные, будут подаваться в
приемные устройства, конструктивное исполнение которых, их типоразмеры
будут определены в зависимости от способа (вида) их дальнейшего
использования. Будут применены новые технологии хранения газов.
В
частности, предлагается в рамках настоящего проекта произвести
разработку и изготовление опытных образцов титановых баллонов высокого
давления с высоким массовым совершенством при обеспечении необходимой
прочности за счет обмотки баллонов высокопрочным волокном на основе
органо или углепластиков. Будут опробованы металлогидридные системы,
изучена возможность практического использования систем хранения
водорода в наноструктурах (фуллеренах и нанотрубках).

В дальнейшем систему целесообразно дополнить
устройствами, преобразующими химическую энергию газов, выработанных
электролизерами, в электрическую энергию с требуемым напряжением и
частотой по желанию потребителей. В качестве преобразователей могут
быть использованы электрохимические генераторы (ЭХГ), газотурбинные установки, установки с реализацией цикла Стирлинга.

На основе представленной базовой схемы рассматриваются различные варианты исполнения, предусматривающие:
- оптимальное сочетание применяемых агрегатов и устройств;
- использование ВЭУ с различным уровнем электрической мощности;
-
оптимизацию построения системы в зависимости от количества и
соотношения потребления вырабатываемых энергоносителей (Н2, О2,
электроэнергия).

Данная система интегрированных энерго-модулей на
базе ветро-водородных установок, используя принцип накопления
достаточного количества газов О2 и Н2 в аккумуляторах и обеспечения
работы преобразователей, например, ЭХГ, любой требуемой мощности,
позволит получить уровень выходной мощности, значительно превышающий
первичную мощность ВЭУ.