Электролизеры для получения водорода: Химики собрали дешевый электролизер на солнечных батареях

Содержание

Химики собрали дешевый электролизер на солнечных батареях

Микрофотография наностержней оксида кобальта

Liang et al / ACS Nano, 2020

Американские и китайские химики разработали новый солнечный электролизер — устройство для получения водорода из воды при помощи солнечной энергии. Ученые намеренно отказались от использования дорогостоящих материалов: в основе электролизера — катализаторы из наностержней оксида кобальта и перовскитный солнечный элемент, которые заключены в упаковочную пленку. Эффективность преобразования солнечной энергии в водород — 6,7 процента. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Один из главных недостатков солнечных элементов — прерывистый характер работы. Мощность, выдаваемая солнечной электростанцией, зависит от сезона, времени суток и погоды. Поэтому для эффективного использования солнечной энергетики нужно научиться запасать энергию в светлое время суток, чтобы затем использовать ее, например, ночью. 

Проблему можно решить совмещением двух технологий: фотовольтаики и электрокаталитического получения водорода. В таком устройстве электричество, которое выработала солнечная батарея, сразу же используется для выделения водорода из воды путем электролиза. Далее водород можно использовать для получения электричества в темное время суток, а также хранить и перевозить. 

Энергия в таком устройстве преобразуется дважды: сначала энергия падающих фотонов переходит в электрическую энергию, а затем — в энергию химических связей молекулы водорода. Потери происходят на обоих этапах, поэтому эффективность таких устройств пока не очень высока: лучшие показывают эффективность в 16–19 процентов.

Обычно такие устройства изготавливают из кремниевых солнечных элементов, а в качестве катализаторов используют металлы платиновой группы — платину, иридий и рутений — и их соединения. Все эти материалы достаточно дороги, что затрудняет дальнейшее масштабирование солнечно-водородных систем.

Химики под руководством Цзюнь Лоу (Jun Lou) из Университета Райса впервые разработали солнечный электролизер, в котором не используются дорогостоящие материалы: солнечный элемент сделан из свинцово-галогенидного перовскита CH3NH3PbI3, а катализатор для электролиза воды — из наностержней оксида кобальта.

Схема электролизера

Liang et al / ACS Nano, 2020

Перовскит выбрали еще и потому, что такие элементы демонстрируют более высокие значения напряжения холостого хода, чем кремниевые — в случае электролиза воды это преимущество очень важно. Наностержни оксида кобальта, в свою очередь, — это материал с большой удельной площадью поверхности, который наносят на электроды для улучшения эффективности электролиза. 

Наностержни синтезировали гидротермальным методом из раствора нитрата кобальта и мочевины, а затем дополнительно допировали фосфором: для этого их нагрели в печи вместе с гидрофосфатом натрия при 300 градусах Цельсия. Добавка фосфора улучшает электрокаталитическую активность стержней, позволяя проводить электролиз при более низких значениях потенциала.

Авторы намеренно отказались от использования дорогостоящих и редких материалов везде, где это было возможно. Например, в перовскитном солнечном элементе они заменили золотой катод на катод из угля, а также отказались от полимерного слоя между активным слоем и катодом. Этот слой изготавливают из полимера, который пропускает только дырки, но не пропускает электроны. Синтез подобных полимеров очень сложен, поэтому отказ от них делает устройство значительно дешевле.

Кроме того авторы впервые поместили перовскитный солнечный элемент непосредственно в раствор электролита. Это позволило снизить омические потери и добиться лучшей эффективности устройства. Вода для перовскитных солнечных элементов очень опасна — даже небольшие ее количества воды приводят к необратимой деградации таких устройств. Поэтому солнечный элемент нужно было надежно инкапсулировать — здесь авторы тоже не отступили от своих принципов и использовали коммерчески доступную упаковочную пленку Surlyn. Их эксперименты показали, что, нагрев такую пленку до 150 градусов Цельсия в течение нескольких секунд, можно получить полностью герметичное покрытие, которое надежно предохраняет солнечный элемент от влаги.

Эффективность преобразования солнечного света в электричество составила 10,6 процентов, а суммарная эффективность электролизера — 6,7 процентов. Это пока меньше, чем у лучших электролизеров на кремнии и металлах платиновой группы, однако авторы полагают, что в будущем их электролизер можно будет улучшить — например, используя другой состав перовскитного материала или экспериментируя с составом катализатора. 

Фотоэлектролиз планируют использовать в том числе для обеспечения энергией космических кораблей. Для этих целей голландские химики разработали и испытали ячейку, которая может работать в условиях микрогравитации.

Наталия Самойлова

Ученые ТПУ разрабатывают электролизер для водородной энергетики

ТОМСК, 10 дек – РИА Томск. Исследователи лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают промышленную установку (электролизер) для получения водорода на АЭС; запуск ее в серийное производство позволит вывести экологически чистую водородную энергетику на новый уровень. Подробности – в материале РИА Томск.

Ранее сообщалось, что водородная энергетика – одно из ведущих направлений по разработке экологически чистых способов получения энергии. Рамочная конвенция ООН, подписанная Россией в 2015 году, предполагает кратное сокращение выбросов углерода при производстве электроэнергии в ближайшее десятилетие. Основными "поставщиками" углекислоты в атмосферу являются объекты традиционной энергетики (ГРЭС и ТЭЦ).

По данным открытых источников, будучи самым распространенным элементом на Земле и в космосе, водород, тем не менее, остается почти невостребованным. Если в 2018 году в мире было добыто 4,4 миллиарда тонн нефти и 3,86 триллиона кубометров природного газа (метана), то объем производства водорода не превышает 70 миллионов тонн, то есть объем его выработки в 6285 раз меньше, чем нефти, и в 5514 раз меньше, чем газа.

© пресс-служба Томского политехнического университета Водород, который сегодня используется в экономике, принято разделять на "серый" –  из угля, нефти и газа, "голубой" – на теплоэлектростанциях или АЭС с технологией CCS – и "зеленый" – выделенный из воды (ВИЭ). Согласно недавним исследованиям Wood Mackenzie, сегодня 99% водорода являются "серым" и "голубым", его выработка создает огромный углеродный след, сопоставимый с половиной суммарных выбросов CO2 всей экономикой России, и только 1% водорода считается экологичным "зеленым".

Для масштабного перехода к получению энергии от сжигания водорода необходимо разработать технологии его производства, сопоставимые по объемам выпуска с традиционными источниками углеводородов. Однако самый дешевый способ его производства – паровой риформинг (каталитическая конверсия углеводородов – метана, пропан-бутана, бензина, керосина, дизтоплива, угля – в присутствии водяного пара) в ходе реакции создает огромные объемы СО2.

Альтернатива пиролизу

Альтернативным методом получения водорода в промышленных масштабах (а именно такие нужны для запуска водородных электростанций) является электролиз.

Электролиз – это процесс разложения воды под действием постоянного электрического тока на кислород и водород. Химическая реакция идет по схеме: 2Н2O + энергия —> 2h3+O2. Его преимущества: доступное сырье – деминерализованная вода и электроэнергия; отсутствие загрязняющих выбросов; процесс автоматизирован; на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Главный недостаток – получение водорода дороже, чем при риформинге, в 1,5–3 раза.

В такой системе координат в выигрыше оказываются производители электроэнергии высокой мощности, которые могут "вложить" ее в производство высоколиквидного "зеленого" топлива. В России это главным образом атомщики, рассказал РИА Томск главный специалист лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ Виктор Дмитриенко.

© пресс-служба Томского политехнического университета "На атомных станциях себестоимость электроэнергии очень низкая. И мощности, как правило, избыточные. Потому мы сейчас предполагаем, что сможем заключить контракт с Росатомом, который хочет использовать свою дешевую электроэнергию для производства водорода. Это позволит корпорации стать крупнейшим производителем этого экологичного топлива в России", – сказал Дмитриенко.

Промышленные установки для получения водорода методом электролиза известны более 60 лет, поясняет ученый. В основном это электролизеры фильтр-прессного типа, которые на выходе позволяют получать водород и кислород.

Широкое распространение они получили в традиционной углеводородной энергетике – их устанавливают на ГРЭС и ТЭЦ, где водород используют для охлаждения турбинных подшипников, неизбежно раскаляющихся от трения. Еще один способ их использования – электролиз цветных металлов из измельченной руды. К примеру, золота. Но для выработки водорода как товарного продукта они не подходят.

"Наша цель – разработать электролизер, который бы обладал улучшенными характеристиками по сравнению с существующими. Соответственно, электролизер фильтр-прессного типа нам не подходит. Мы взяли за основу конструкцию мембранного типа, в которой катодное и анодное пространство разделены ионообменной мембраной", – рассказывает Дмитриенко.

Мембрана особого назначения

Казалось бы, электролиз – доступный и давно известный способ получения водорода из воды. Однако, если применять "школьную" конструкцию электролизера, вместо СО2 неизбежно будет вырабатываться не менее опасный побочный продукт – хлор (CI2), который появляется на аноде.

© предоставлено пресс-службой ТПУ "Представьте, в Красноярске завод "Красцветмет" находится в городской черте. Если применять там электролиз для осаждения цветмета из руды без применения мембраны, будут вырабатываться огромные объемы хлора. Это значит, нужно строить дорогую систему очистки, утилизации, вентиляции. И все равно в жилых районах это будет бомба замедленного действия. Лучше вовсе избежать появления опасных соединений", – утверждает ученый.

Большинство имеющихся на рынке мембранных электролизеров разделяют катодную и анодную камеры, в которых происходит электролитическая диссоциация (химическая реакция, вызванная электрическим напряжением в жидком растворе), прокладкой из асбеста. Мембрана, которую используют томские политехники, сложнее.

"На нашей установке, в ходе электролиза, мы будем получать три продукта – водород, чистый медицинский кислород и 40%-ный раствор щелочи (КОН  или NaОH). Все три составляющих – это товарные продукты. Но главная наша задача – разработать экономически выгодный электролизер для производства водорода в промышленных масштабах", – подчеркивает Дмитриенко.

От бумаги до железа

В настоящий момент исследователи ведут переговоры с Росатомом для включения своих исследований в программу водородной энергетики, запущенную в госкорпорации.

"У нас есть опыт работы с мембранными электролизерами. Мы уже выполняли работы по заказу "Трансгаза", там наш мембранный электролизер работал над изменением рН-среды. Есть опыт разработки и изготовления различных электролизеров с катионо- и анионообменными мембранами для осаждения золота из продуктивных растворов", – рассказывает Дмитриенко.

© предоставлено лабораторией импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ

Промышленный мембранный электролизер для осаждения золота. Разработка ТПУ

За свою историю сотрудники лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ изготовили порядка 20 установок для электролиза. Для нужд "Алданзолото ГРК" политехники изготовили электролизер с анионообменными мембранами, для Дальневосточного федерального университета – опытно-промышленную установку осаждения металлов с катионо- и анионообменными мембранами, а для ООО "Гелиос" – pH-корректор с биполярными мембранами.

Опытной установки для производства водорода, "заточенной" под потребности Росатома, "в железе" пока нет, признает Дмитриенко.

© с сайта ТПУ "Предварительная конструкция у нас уже проработана. Все необходимые чертежи подготовлены. При наличии финансирования собрать опытную установку мы сможем быстро. Финансирование мы планируем получить от Росатома, если попадем в их водородную программу", – отмечает ученый.

Не в одиночку

Ранее также сообщалось, что в ноябре 2020 года ТПУ вошел в состав консорциума по развитию водородных технологий, который получил название "Технологическая водородная долина". Помимо ТПУ в консорциум вошли Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет.

Участники консорциума будут вести совместные разработки технологий по всей "водородной цепочке": от получения до использования водорода. Консорциум планирует тесное сотрудничество с крупнейшими компаниями РФ, заинтересованными в развитии водородной энергетики.

Тестовое оборудование для установок по производству водорода электролизом воды

Водород является уникальным энергоносителем, обладающим высокими эксплуатационными и технологическими показателями. Он имеет очень высокой теплоту сгорания, а продуктом горения в кислороде является вода, которая может вновь использоваться для получения водорода. Низкая вязкость и плотность газа позволяют практически без потерь давления транспортировать его по трубопроводам. Водород может транспортироваться и храниться как в газообразном, так и сжиженном состоянии. А кроме того он безопасен для окружающей среды и не токсичен.

Однако в чистом виде водород в природе не встречается. Существует целый ряд методов его получения. Разнообразие этих методов - одно из преимуществ водородной энергетики. Нет сильной зависимости от какого-либо отдельного вида сырья.

Наиболее распространенным способом получения водорода является паровая конверсия посредством реакции углеводородов (природный газ) с паром при высоких температурах. При этом в качестве побочного продукта выделяются парниковые газы, выброс которых в настоящее время стараются минимизировать. Другой способ производства водорода – электролиз воды. Здесь отсутствуют вредные выбросы. А цена и эффективность процесса электролиза сопоставима с технологией паровой конверсии.

В электролизере под воздействием подаваемого напряжения вода разделяется на водород и кислород. Для получения более чистого водорода оба газа должны быть отделены друг от друга разделительной мембраной. При создании электролизеров стоит задача определения характеристик пропускания таких мембран. Испытательное оборудование должно обеспечивать точную подачу чистых водорода и кислорода, а измерять расход и состав прошедшего через мембрану газа.

Специалистами Bronkhorst было предложено следующее решение. Подача кислорода к испытуемой мембране осуществлялась кориолисовым регулятором массового расхода серии miniCORI-FLOW, а водорода – тепловым регулятором расхода серии EL-FLOW Prestige. Часть подаваемого газа, которая проходит через мембрану, поступает в трехходовой кран. В одном положении крана можно измерять расход прошедшего газа с помощью теплового расходомера EL-FLOW Prestige. В другом – состав газа с помощью двойного датчика водород/кислород. Особенность использованного датчика состояла в том, что для его работы требовался определенный расход газа.

Высокая точность и стабильность поддержания расхода использованными расходомерами позволила с успехом решить поставленную задачу. Позже было принято решение об установке четвертого расходомера для измерения части подаваемого газа, не прошедшего через мембрану и имеющего высокую концентрацию кислорода. Выбор был сделан в пользу кориолисового расходомера серии miniCORI-FLOW.

Новый метод электролиза производит в 4 раза больше водорода

Присутствующий в изобилии природе, водород может стать перспективным чистым источником топлива, однако из-за ряда проблем его применение пока не может получить широкого распространения. Ученые из Южной Кореи разработали новую систему получения газа из воды, которая, по их словам, намного эффективнее других электролизных технологий.

За основу своего изобретения исследовательская группа, в состав которой вошли ученые из Ульсанского национального института науки и техники, Корейского института энергетических исследований и женского университета Сукмун, взяла уже существующую конструкцию под названием «твердая оксидная электролизная ячейка» (SOEC).

В усовершенствованной модели, так же, как и в других электролизерах, электрический ток расщепляет воду на молекулы водорода и кислорода, которые затем отдельно улавливаются. Отличие заключается в том, что в предложенной установке оба электрода являются твердотельными, как и электролит, служащий проводником ионов.

В системах, использующих жидкие электролиты, необходимо постоянно контролировать уровень жидкости. К тому же со временем жидкие электролиты становятся причиной коррозии других компонентов. Твердотельные электролизёры лишены этих недостатков, работают при более высоких температурах и могут извлекать электричество из этого тепла, соответственно, энергозатраты при их функционировании минимальны.

До сегодняшнего дня существовало два варианта ячейки SOEC, в которых использовались разные электролиты: первая конструкция позволяла пропускать только ионы кислорода, а вторая – только ионы водорода. Такое одностороннее движение ограничивало количество производства водорода и требовало улучшений.

Сохранив все преимущества твердотельного электролизера, исследователи разработали новую высокоэффективную гибридную систему (Hybrid-SOEC), в которой используется проводник со смешанными ионами для одновременного переноса как отрицательно заряженных ионов кислорода, так и положительно заряженных ионов водорода (протонов).

Используя смешанный ионный проводник и электроды из слоистого перовскита, Hybrid-SOEC произвел 1,9 литра водорода в час, работая при напряжении ячейки 1,5 В и температуре 700° С. Исследователи говорят, что это в четыре раза эффективнее существующих систем электролиза воды, а после непрерывного функционирования устройства в течение 60 часов признаки ухудшения производительности полностью отсутствовали.

Читайте также: Плавучие солнечные платформы будут добывать водород из морской воды за счет электролиза

Источник: news.unist.ac.kr

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Промышленные водородные электролизеры | ЭкоГазСистем

В "Блоке электролиза" вода под действием постоянного электрического тока распадается в электролизере "Элз-1" на составляющие ее водород и кислород. Деионизованная вода практически не проводит электрический ток. Поэтому для придания воде проводящих свойств в неё добавляют гидроксид калия (KOH). То есть в электролизере циркулирует не чистая вода, а электролит в виде 30%-го раствора KOH в воде. Выделяющиеся газы (водород и кислород) далее идут по отдельным трактам. Далее рассматривается водородный тракт, кислородный тракт аналогичен водородному.

Водород из электролизера поступает в "Блок сепарации" по трубопроводу "Тр-1" в виде смеси с электролитом. Для выделения водорода от жидкости служит газожидкостный сепаратор "С-1". Сепаратор представляет собой сосуд, в который снизу подаётся электролит. Пузырьки газа выделяются из электролита, газ собирается в верхней части сосуда и уходит в трубопровод. Электролит сливается из сосуда и возвращается в блок электролиза по отдельному трубопроводу (на схеме не показан).

Водород на этом этапе содержит примеси щелочи. Для очистки от щелочи служит скруббер (промыватель) "Ск-1". Промыватель – это сосуд, в который снизу подаётся газ, а сверху из разбрызгивателя подаётся деионизованная вода. Капли воды падают вниз, очищая (промывая) встречный поток газа от капель щелочи. В верхней части сосуда установлен коалесцентный фильтр (пакет из мелкой металлической сетки). Мельчайшие капельки щелочи (туман) конденсируются в этом пакете и стекают вниз. Таким образом водород практически полностью очищается от следов щелочи. Далее вода по отдельному трубопроводу (на схеме не показан) поступает в сепаратор "С-1", а оттуда – в блок электролиза.

На данном этапе водород насыщен водяным паром и имеет довольно высокую температуру (порядка 50°С. Для его удаления служит конденсатор "К-1". Конденсатор – это теплообменник, в котором газ охлаждается хладоносителем поступающим от "Рефрижератора". Рефрижератор может быть часть оборудования водородной станции, но возможен вариант, когда хладоноситель подаётся от внешней системы охлаждения. Водяной пар конденсируется в конденсаторе после чего отводится из системы с помощью конденсатоотводчика "Ко-1". Водород, полученный на этом этапе называется "сырой", так он все еще содержит примеси воды (точка росы не ниже +3°С) и кислорода (на уровне 0,1-0,5%). Для дальнейшей очистки водород по трубопроводу "Тр-2" подаётся в "Блок очистки". Заметим, что кислород, в случае, если он не нужен потребителю, на аналогичном этапе по трубопроводу "Тр-5" сбрасывается в атмосферу.

В "Блоке очистки" водород сначала поступает в реактор каталитической очистки "Кт-1". Реактор представляет собой сосуд, заполненный мелкими гранулами катализатора на основе благородных металлов (платина, палладий). В присутствии катализатора примеси кислорода активно реагируют с водородом, обращаясь в воду. Таким образом водород практически полностью очищается от кислорода (содержание кислорода порядка 1-5 ppmv). Далее водород подаётся в осушитель "Осш-1". Осушитель действует на принципе короткоцикловой адсорбции (КЦА). В нем два попеременно работающий сосуда-адсорбера, заполненных специальным поглотителем (адсорбентом). Адсорбент поглощает влагу из газа. Сосуды-адсорберы работают попеременно – один находится в рабочем цикле, другой – в цикле регенерации. Таким образом водород осушается до точки росы -75°С, после чего подаётся потребителю.

Замечание по терминологии. В отечественной традиции используется термин "установка по производству водорода". Наравне с этим используется термин "генератор водорода", который является калькой с английского языка. Под генератором водорода обычно понимают установку, в состав которой входят: электролизер, блок сепарации, блок очистки водорода. Термином "водородная станция" обычно обозначают здание или автономный блок-контейнер, в котором размещены генератор водорода и вспомогательные агрегаты, такие как блок водоподготовки, блок электропитания, система охлаждения и прочее.

Электролизер - устройство и принцип работы

Промышленный электролизер – это технологическое оборудование, которое используется при добыче полезных ископаемых и производственных предприятиях для получения некоторых видов газов (хлора, водорода), для производства алюминия и магния. Отдельные виды оборудования могут применяться для обессоливания, обеззараживания и дезинфекции сточных вод.

Конструктивные особенности устройства

Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы устройства. Устройство имеет токопроводящий корпус, электроды из разных материалов (медный, цинковый и т. д.) – катод и анод, а также патрубки для ввода внутрь электролита и вывода вещества, которое получают электролитическим методом.

Конструкция оборудования может быть изменения для выполнения специализированных задач. Например, для выделения магния и хлора применяется емкость со стенками, облицованными огнеупорными кирпичами или иными подобными материалами.

При подключении установки к электрическому току электроды, которые опущены в токопроводящую жидкость – электролит – начинают электрохимическую реакцию. Между анодом и катодом протекает ионный ток, а в процессе реакции положительные частицы направляются к катоду, а отрицательные – к аноду. Таким образом электролит разлагается, например, на водород кислород, металлы и хлор.

Если электролизная установка используется для получения газа, образующиеся в процессе реакции пузырьки поднимаются и собираются в емкость с помощью специальных патрубков.

Используется несколько видов электролизеров:

  • Сухие;
  • Проточные – в них организован постоянный поток электролитической жидкости;
  • Мембранные – в этих устройства применяется твердый электролит на полимерной основе;
  • Диафрагменные – применяются в случаях, когда нельзя допускать диффузию продуктов электролиза между камерами.

Характеристики электролизеров могут варьироваться в зависимости от области применения и задач, которые решаются с их помощью на производстве.

Где применяются электролизеры?

Основные сферы применения оборудования:

  • Получение цветных металлов из растворов;
  • Выделение золота из цианистых растворов;
  • Разложение воды на кислород и водород;
  • Получение хлора из раствора.

Также применяется проточный для нефти электролизер, который используется в комплексах для добычи полезных ископаемых для обеспечения технологического процесса.

Основными преимуществами оборудования является цена, простота обслуживания и высокая производительность, а также большой коэффициент полезного действия.

Как подобрать устройство?

При выборе оборудования для использования в промышленности необходимо обращать внимание на мощность и производительность электролизных установок. Обычно эти параметры указываются в маркировке оборудования. На рынке в России представлены различные модели, среди которых можно подобрать нужный вариант под любое производство.

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

Гигаватт за гигаваттом зеленой водородной мощности планируется построить в Европе, Азии и Австралии. По мнению сторонников этой технологии, зеленый водород — тот, который вырабатывается электролизом на солнечных батареях, ветре и других возобновляемых источниках энергии, — является лучшим способом обезуглероживания тяжелых загрязнителей окружающей среды. Сейчас много говорят о снижении стоимости солнечной и ветровой энергии и о том, как они очень скоро сделают зеленый водород жизнеспособным. Кажется, никто не хочет говорить о воде. Электролиз — это процесс расщепления воды на составляющие элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока. Этот процесс осуществляется в установке, называемой электролизером. Когда сторонники водорода говорят о блестящем будущем технологии, они сосредотачиваются на затратах, связанных с электричеством, необходимым для электролиза. Но для электролиза, кроме электричества, нужна вода.

Тонны воды — буквально.

Для производства одной тонны водорода путем электролиза требуется в среднем девять тонн воды. Но чтобы получить эти девять тонн воды, недостаточно просто перенаправить течение ближайшей реки. Вода, которую электролизер расщепляет на составные элементы, требует очистки.

В свою очередь, процесс очистки воды довольно расточителен. Системам очистки воды обычно требуется около двух тонн загрязненной воды для производства одной тонны очищенной воды. Другими словами, на одну тонну водорода на самом деле нужно не девять, а 18 тонн воды. С учетом потерь соотношение приближается к 20 тоннам воды на 1 тонну водорода.

Говоря об очистке воды, химики-органики объясняют, что самый простой способ сделать это — дистиллировать. Этот метод дешев, потому что для него требуется только электричество, но он не быстрый. Что касается стоимости электроэнергии, то для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВтч.

На первый взгляд это не так уж и много, но давайте посмотрим, как все выглядит в большем масштабе. Германия — страна с самыми амбициозными планами в отношении зеленого водорода. Стоимость электроэнергии для небытовых потребителей в Германии в прошлом году составляла в среднем 0,19 доллара (0,16 евро) за кВтч. Таким образом, при уровне потребления энергии 0,717 кВтч перегонка литра воды будет стоить 0,14 доллара (0,1147 евро). За тонну воды это будет 135,14 доллара (114,72 евро).

Однако для производства одной тонны водорода для электролиза требуется 18 тонн воды, не считая потерь во время процесса. Это означает, что стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 2432 доллара (2065 евро). Это основано на предположении, что вода будет очищаться самым дешевым из доступных методов. Существуют и другие, гораздо более быстрые, но более дорогие методы с использованием ионообменных смол или молекулярного сита. Другие альтернативы дистилляции, по мнению химиков, на данном этапе ненадежны.

Таким образом, обеспечение правильного типа воды для гидролиза стоит денег, и хотя 2400 долларов за тонну водорода могут показаться не такими уж большими, стоимость очистки воды — не единственные связанные с водой расходы в технологии, которая направлена ​​на получение водорода из возобновляемых источников. Вода, подаваемая в электролизер, не только чистая, но и транспортируется к нему.

Транспортировка тонны за тонной воды к месту установки электролизера означает большие затраты на логистику. Чтобы их сократить, имеет смысл выбрать место, где много воды, например, у реки или моря, или, в качестве альтернативы, рядом с водоочистными сооружениями. Это ограничивает выбор мест, подходящих для крупных электролизеров. Но поскольку электролизер, чтобы быть экологически чистым, должен получать энергию от возобновляемых источников энергии, он также должен располагаться поблизости от солнечной или ветряной электростанции. Их, как мы знаем, невозможно построить где-либо; солнечные фермы наиболее рентабельны в местах с большим количеством солнечного света, а ветряные электростанции лучше всего работают в местах с сильным ветром.

Излишне говорить, что эти места, как правило, не расположены близко к водным путям, за исключением морского ветра, который кажется идеальным для производства зеленого водорода. К сожалению, морской ветер также является наиболее затратной формой из трех возобновляемых источников — солнечной энергии, берегового ветра и морского ветра — обычно упоминаемых в контексте производства зеленого водорода. По данным Rystad Energy, капитальные затраты на оффшорную ферму в два раза выше, чем у ее наземного аналога, и в четыре раза выше, чем затраты на сопоставимую солнечную установку.

Не все затраты, связанные с производством водорода из возобновляемых источников энергии, являются затратами на эти возобновляемые источники энергии. Вода — это товар, в котором нуждается этот процесс, и немного странно, что никто, кажется, не хочет обсуждать стоимость воды.

Возможно, стоимость водоснабжения, хранения и очистки незначительна по сравнению с другими затратами, которые необходимо решить в первую очередь. Тем не менее, это фактические затраты, которые следует добавить к общей сумме при оценке того, насколько далеко продвинулась технология производства водорода из возобновляемой электроэнергии и насколько она стала жизнеспособной.

На данный момент эксперты, похоже, единодушны в том, что это нежизнеспособно — не без значительной государственной поддержки.

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры функционируют немного по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

  • Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
  • Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
  • На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e - Катодная реакция: 4H + + 4e - → 2H 2
Щелочные электролизеры

Щелочные электролизеры работают посредством переноса гидроксид-ионов (OH - ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочнообменные мембраны в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Твердооксидные электролизеры

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O 2-) при повышенных температурах, генерируют водород немного по-другому.

  • Вода на катоде соединяется с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
  • Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешней цепи.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких, чтобы твердооксидные мембраны функционировали должным образом (около 700–800 ° C, по сравнению с электролизерами PEM, которые работают при 70–90 ° C, и промышленными щелочными электролизерами, которые работать при 100–150 ° C).Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода с помощью электролиза.Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии. Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых (ветряных) и ядерных источников энергии. Эти пути приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ.

Потенциал для синергизма с производством энергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может открыть возможности для синергизма с производством переменного тока, что характерно для некоторых технологий возобновляемых источников энергии.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать наличие ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить ...

  • Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части структуры сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
  • Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии из возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе угля с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

  • Снижение капитальных затрат на электролизер и баланс системы, а также повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород.
  • Интеграция компрессора в электролизер, чтобы избежать затрат на отдельный водородный компрессор, необходимый для увеличения давления для хранения водорода.

Электролизеры | Водород

Водород можно производить из большого количества первичных источников энергии и с помощью различных технических процессов.

Электролиз - перспективный вариант получения водорода из возобновляемых источников. Электролиз - это процесс использования электричества для расщепления воды на водород и кислород.Реакция протекает в электролизере. Электролизеры могут варьироваться по размеру от небольшого оборудования размером с бытовую технику, которое хорошо подходит для мелкомасштабного распределенного производства водорода, до крупномасштабных центральных производственных объектов, которые могут быть напрямую связаны с возобновляемыми или другими формами, не выделяющими парниковый газ. производство электроэнергии.

Производство водорода посредством электролиза может предложить возможности для синергизма с регулируемым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемой энергетики.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать наличие ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Процесс

Электролиз расщепляет сырье, в данном случае воду, на водород и кислород под действием электричества. Электролизер состоит из источника постоянного тока и двух электродов с покрытием из благородных металлов, разделенных электролитом (рисунок y).

Электролизеры состоят из отдельных ячеек и узлов центральной системы (баланс завода). Комбинируя электролитические ячейки и батареи, производство водорода можно адаптировать к индивидуальным потребностям.

Электролизеры различаются по материалам электролита и температуре, при которой они работают:

  • низкотемпературный электролиз (LTE), в том числе
    • щелочной электролиз (АЭ),
    • электролиз протонообменной мембраны (PEM)
    • и электролиз с анионообменной мембраной (AEM) (также известный как щелочной PEM),
  • и высокотемпературный электролиз (HTE).Последняя группа, в первую очередь, включает электролиз твердых оксидов (SOE), но он все еще находится на продвинутой стадии исследований и разработок, и продукты еще не коммерчески доступны. Ожидается, что по достижении рыночной зрелости его преимущества будут включать в себя повышенную эффективность преобразования и возможность производства синтез-газа непосредственно из пара и CO2 для использования в различных приложениях, таких как синтетическое жидкое топливо.

Эффективность электролиза определяется количеством электроэнергии, используемой для производства водорода.В зависимости от используемого метода эффективность водяного электролизера в настоящее время находится в диапазоне от 60 до 80% (в зависимости от теплотворной способности).

Электролизеры уже находятся в эксплуатации, но продолжаются исследования по их дальнейшему совершенствованию. Приоритеты исследований в отношении электролизеров в настоящее время включают повышение эффективности системы электролизера в целом, наряду с ее сроком службы, удельной мощностью и размером пакета, снижение затрат (особенно затрат на материалы), внедрение систем под давлением, чтобы избежать необходимости последующего сжатия H3 производил и, что не менее важно, разрабатывал гибкие системы, адаптированные к прерывистому и нестабильному электроснабжению.

Снижение стоимости водорода и распространение его производства - pv magazine USA

Шмидт стремится достичь того, что многие до него пытались и не смогли сделать. Он хочет создать систему, производящую водород для собственного потребления и для использования в качестве сезонного хранилища. Целевые затраты являются многообещающими при условии наличия дешевой экологически чистой электроэнергии для питания электролизеров.

Шмидт не единственный, кто совершил эту революцию. В стартовых блоках находятся несколько малых и крупных компаний.Центральное или распределенное энергоснабжение - это проблема не только в производстве электроэнергии. Также ведутся оживленные дискуссии о том, какой подход более перспективен для производства зеленого водорода.

Потенциал экономии

В принципе, производство водорода простое. Электролиз применяется примерно с 1800 года. Метод, известный как щелочной электролиз, используется в коммерческих целях с середины 20 века. В нем используется ячейка с катодом, анодом и электролитом на основе раствора едких солей.При подаче напряжения вода разлагается в щелочном растворе. На катоде образуется водород, а на аноде - кислород. Между двумя электродами находится мембрана, которая пропускает только отрицательно заряженные ионы кислорода и водорода (ОН-), разделяя, таким образом, газы. Во время реакции выделяется тепло, которое, если использовать его, увеличивает ее эффективность. Затем полученный водород необходимо очистить, высушить и, при необходимости, сжать.

Электролит является жидким, это означает, что для щелочного электролизера требуется дополнительное периферийное оборудование, такое как насосы для электролита, промывка и подготовка раствора.Хотя в настоящее время это самый дешевый из всех процессов электролиза, он требует относительно высоких затрат на техническое обслуживание.

Гораздо более современный метод электролиза, в котором используется протонообменная мембрана (PEM), отличается. Это полностью изменяет принцип топливного элемента и не требует жидкого электролита. Вода продавливается через пакет из двух электродов и полимерную мембрану. Он позволяет проходить только положительно заряженным протонам водорода. Платина обычно используется в качестве катализатора в ячейке.Тонкие ячейки, состоящие из мембраны и пары электродов, могут быть собраны в стопки для достижения лучшей производительности. По сравнению со щелочным электролизом, электролиз PEM имеет то преимущество, что он быстро реагирует на колебания, типичные для производства возобновляемой энергии. Эта технология часто используется в распределенных системах, поскольку оборудование не требует обслуживания и подает высококачественный газ.

Более новый вариант - электролиз с анионообменной мембраной (AEM), используемый Enapter. Как и щелочной электролиз, этот метод позволяет отрицательно заряженным ионам (ОН-) проходить через мембрану.AEM позволяет избежать использования дорогостоящих драгоценных металлов, необходимых в качестве катализаторов при электролизе PEM. Этот процесс также эффективен в меньшем масштабе, что делает его подходящим для децентрализованных приложений.

Высокотемпературный электролиз использует несколько иную концепцию. Керамические мембраны, которые проводят ионы при очень высоких температурах, разделяют перегретый пар при температуре от 600 до 800 градусов Цельсия на кислород и водород. Поскольку большая часть энергии, необходимой для этого процесса, уже вырабатывается за счет тепла, потребность в электроэнергии ниже.Когда используется промышленное отходящее тепло, которое стоит мало или ничего не стоит, этот метод может быть очень эффективным. Эффективность, измеренная с точки зрения потребляемой электроэнергии, выше, чем при использовании других методов.

Ценовая стратегия

Однако в конечном итоге эффективность важна лишь косвенно; самое главное - это стоимость. Общая стоимость включает стоимость электролизера, включая техническое обслуживание и замену изношенных мембран, стоимость электроэнергии, используемой для процесса, и любые последующие расходы на сушку, очистку и сжатие газа, а также транспортировку.

Исследование, проведенное в 2018 году Fraunhofer ISE и IPA, оценило инвестиционные затраты на электролизер PEM, производящий один стандартный кубический метр водорода за один час, примерно в 7600 долларов. Тем временем, однако, цены упали до 4900-6000 долларов, говорит Том Смолинка, руководитель отдела химического хранения энергии Fraunhofer ISE и один из авторов исследования. Щелочные электролизеры, которые на момент исследования стоили 3300 и 6000 долларов, теперь, как говорят, значительно дешевле в Китае.На момент проведения исследования практически не существовало готовых к продаже приложений для высокотемпературного электролиза.

Смолинка оценивает, что производство мембранно-электродного блока - сердца электролизера из ПЭМ - составляет от 60% до 70% от общей стоимости, в то время как затраты на чистые материалы, включая дорогие драгоценные металлы, составляют только 30%. до 40%. Кроме того, он добавляет, что силовая электроника, используемая в больших электролизерах, в настоящее время еще не является массовым продуктом, а скорее является единичным продуктом для конкретных клиентов.Соответственно, цены, вероятно, резко упадут, когда объемы продаж увеличатся. По словам Смолинки, до сих пор большинство электролизеров производилось в производственных процессах с небольшой автоматизацией или даже полностью вручную. «Высокоавтоматизированное производство, особенно для компонентов элементов, которое уже существует для топливных элементов с PEM, технически не будет проблемой». Однако он добавляет, что текущий низкий уровень рыночного спроса не позволяет производителям делать необходимые инвестиции.

Инвестиционные затраты

Ряд участников рынка работают над снижением инвестиционных затрат.Примером этого является совместное предприятие ITM Power и Linde, которое планирует открыть в этом году полуавтоматический завод в Шеффилде, Великобритания, для производства 1 ГВт мощности электролиза в год, в первую очередь для многомегаваттных проектов, таких как один в Кельне. Другие известные компании также заявили о крупных проектах и ​​расширяют производство. Например, NEL в настоящее время готовится к реализации проекта мощностью 20 МВт в Дании, а Hydrogenics готовится к запуску небольшого проекта в Канаде.Наряду с размером проекта улучшается и производительность стека. В настоящее время обычно доступны стеллажи с входной электрической мощностью 400 кВт. Вскоре некоторые игроки захотят увеличить эту мощность до 1 МВт. Масштабирование размера должно снизить затраты.

Enapter использует другой подход. Итальянско-немецкая компания твердо привержена созданию небольшого стандартизованного продукта, который можно производить в еще больших количествах, а затем при необходимости устанавливать бок о бок. Основатель и генеральный директор Шмидт проводит параллели с компьютерным миром, чтобы проиллюстрировать правдоподобность этой концепции.Распределенные персональные компьютеры в значительной степени заменили мэйнфреймы, потому что большие объемы производства сделали их дешевле в производстве, чем небольшое количество мэйнфреймов. Аналогичным образом ожидается, что продукт Enapter снизит затраты по сравнению с большими центральными электролизерами, которые не производятся в промышленных масштабах.

Это обсуждение о том, достигается ли цель быстрее за счет масштабирования до более крупных единиц в меньших количествах или путем масштабирования до большего количества более мелких единиц, распространено во многих отраслях.Скептики говорят, что последний подход не так перспективен для электролизеров по физическим причинам. В отличие от компьютеров, производительность электролизеров не увеличилась бы во много раз, если бы они были уменьшены в размерах. С другой стороны, с помощью электролиза AEM возможное устранение драгоценных металлов может сделать распределенную генерацию жизнеспособной для массового рынка.

При текущей цене 9800 долларов устройство подает полкубометра водорода в час или один килограмм водорода каждые 24 часа.При целевом сроке службы 30 000 часов, агрегат в настоящее время достигает цены в 7,30 доллара за кг, что соответствует 0,19 доллара за киловатт-час (теплотворная способность). Эти цифры, однако, не включают цену 54 кВт / ч электроэнергии, необходимой для производства 1 кг водорода с помощью электролиза AEM. Если мы предположим, например, что входящая электроэнергия стоит 0,055 доллара за киловатт-час, это добавит еще 3 доллара за килограмм, или 0,075 доллара за киловатт-час водорода, к производственным затратам.

Как только автоматизированное производство на заводе в Пизе запустится, как и планировалось через четыре года, электролизер станет настолько дешевым, что цена составит 1 доллар.По словам Шмидта, будет получено 64 на килограмм за вычетом затрат на электроэнергию. На этом этапе разработчики надеются, что будет целесообразно использовать устройство не только для распределенной генерации, но и для сборки более крупных агрегатов, как в компьютерном примере. Установка 416 блоков позволит достичь мощности 1 МВт.

Источник неопределенности

Срок службы устройств включен во все сметы затрат, которые, как и в случае любой новой технологии, нелегко доказать. Например, невозможно проверить, действительно ли электролизер AEM прослужит 30 000 часов, а электролизер PEM - от 60 000 до 80 000 часов, как заявляют производители.Однако Шмидт из Enapter и исследователи Тома Смолинки согласны с тем, что клетки AEM и PEM практически не стареют с течением времени. Кроме того, мало имеет значения, работает ли электролизер при полной нагрузке или только при половинной мощности.

В конечном счете, сама мембрана - не единственный фактор, определяющий срок службы. «Наибольшее влияние на срок службы оказывает качество воды», - говорит Смолинка. Загрязнения накапливаются в мелких порах мембраны, которые блокируют их или, в случае солей, образуют мостики.

Еще одним фактором, склеивающим электролизеры, является температура. Чрезмерные нагрузки приводят к повышению температуры во всей системе, а электроды с неравномерным покрытием могут создавать горячие точки.

Areva h3Gen решит эту проблему в течение следующих трех лет. В исследовательском проекте Industriepark Höchst компания использует электролизер PEM мощностью 1 МВт. В дополнение к производству водорода он также будет обеспечивать первичную регулирующую мощность в будущем, а это означает, что иногда он будет работать с удвоенной мощностью, а в других случаях - только на части своей мощности 250 кВт.Если концепция окажется осуществимой, она не только откроет дополнительный доход операторам электролизных заводов, но также может помочь стабилизировать электросеть.

Согласно расчетам затрат, произведенным менеджером проекта Лукасом Буземейером, целевые затраты Enapter могут быть достигнуты уже сегодня с помощью централизованного подразделения Areva h3Gen. При непрерывной эксплуатации установки - 8000 рабочих часов в год в течение 20 лет - цена на водород в размере 3,90 долл. США / кг достижима при цене на электроэнергию 0 долл. США.055 / кВтч. Эта оценка предполагает, что стек PEM будет заменен один раз через 10 лет.

Значительное сокращение

Поскольку затраты на электроэнергию являются решающим фактором в общих затратах на генерацию, нельзя разделить технологию и ее использование. Любой, кто покупает зеленую электроэнергию из сети, будь то через PPA или в качестве сертифицированной зеленой электроэнергии, должен учитывать плату за подключение, сборы и надбавки к цене на электроэнергию, какими бы ни были правовые нормы. Однако электролизер можно подключать напрямую к существующей газовой или водородной сети, как в случае с Shell и Areva h3Gen в Хёхсте.

Операторы, которые производят водород с помощью небольших солнечных систем, могут использовать тепло и, таким образом, повысить экономическую эффективность, а также могут использовать топливо непосредственно для отопления или для заправки транспортных средств без необходимости его транспортировки. Такие производители также экономят часть сборов и надбавок на цене электроэнергии и снижают нагрузку на сеть.

В принципе, однако, инвесторы, которые планируют использовать только солнечную энергию для работы электролизера, должны будут согласиться с более длительным периодом окупаемости, поскольку энергия доступна только в течение небольшого количества часов полной нагрузки.

Значительное снижение потребления электроэнергии при электролизе может быть достигнуто с помощью высокотемпературных устройств, которые имеют наивысший электрический КПД от 80% до 90%. Одним из пионеров этой технологии является Sunfire из Дрездена. Вместо 55 кВтч, как при электролизе PEM, для производства 1 килограмма водорода требуется всего 41,4 кВтч электроэнергии. Однако для этого электролизер необходимо нагреть. Поэтому рекомендуется устанавливать их там, где образуются промышленные отходы тепла, например, на сталелитейных заводах.Если производство стали не требует выбросов CO2, идеально подойдет соединение секторов, потому что произведенный водород может потребляться немедленно. С кислородной мембраной, которую использует Sunfire, можно не только расщепить воду для получения водорода, но и отделить любую молекулу, содержащую кислород, например углеводороды или даже углекислый газ, - говорит Нильс Альдаг, главный операционный директор Sunfire. Полученный газ можно легко переработать в синтетическую сырую нефть, которую намного легче транспортировать, чем объемный водород.

Вопрос о централизованном или распределенном электролизе, вероятно, в конечном итоге будет не вопросом «или-или», а «обоими / и».Задача огромная. Один только нефтеперерабатывающий завод Shell Rheinland в Кельне, который, по данным компании, является крупнейшим нефтеперерабатывающим заводом в Германии, требует 180 000 метрических тонн водорода в год. Он по-прежнему производится в основном путем паровой конверсии природного газа, который производит большое количество вредного для климата CO2. С середины 2019 года компания строит электролизный завод мощностью 10 МВт на заводе в Весселинге. По заявлению Shell, там будет установлен крупнейший в мире завод, использующий технологию протонообменных мембран.И все же для того, чтобы только эта компания перешла на экологически чистый водород, потребуется около 140 таких заводов.

Возобновляемый электролиз | Водородные и топливные элементы

Исследования в области электролиза возобновляемых источников энергии

NREL сосредоточены на проектировании, разработке и тестировании. передовые экспериментальные и аналитические методы для улучшения электролизной батареи и системы эффективность.

Связанные виды деятельности включают:

  • Характеристика работы электролизера в условиях переменной входной мощности
  • Проектирование и разработка общих блоков силовой электроники и контроллеров для уменьшения стоимость системы и оптимизация производительности
  • Выявление возможностей снижения затрат за счет прорывной интеграции компонентов
  • Тестирование, оценка и оптимизация производительности возобновляемых систем электролиза для производство водорода и когенерация электроэнергии / водорода.

Узнайте о проекте преобразования ветра в водород, в котором для производства водорода используется электричество ветряных турбин и солнечных батарей.

Системная инженерия, моделирование и анализ

NREL разрабатывает и проверяет модели компонентов и систем для оценки и оптимизации различных системных сценариев и стратегий управления для производства возобновляемого водорода и электроэнергии / водорода когенерация.

На этой диаграмме показаны различные сценарии производства водорода и электроэнергии из возобновляемых источников.

В 2011 году NREL провел обширный анализ затрат на производство водорода с помощью ветровой электролиз воды на потенциальных объектах по всей стране. Обратитесь к инструменту анализа затрат на производство водорода, чтобы просмотреть результаты этого анализа.

Интеграция систем и разработка компонентов

NREL разрабатывает интерфейсы силовой электроники для возобновляемых систем электролиза для определения характеристик и проверить работу электрохимических устройств. Тестирование также исследует, как колебания выходной мощности ветряной турбины влияют на работу электролизера. Системы производительность оценивается количественно на основе эффективности систем аккумуляторных батарей и электролизеров. а также их способность использовать возобновляемые источники электроэнергии.

Системы электролиза возобновляемых источников, которые изучает NREL, включают обычный постоянный ток. (DC) шина (электрический провод), закрепленная с аккумуляторной батареей, подключенной к ветряной турбине, фотоэлектрическая матрица и электролизер. Обычно небольшие ветряные турбины устанавливают для зарядки аккумуляторов и требует подключения к шине постоянного тока постоянного напряжения и питания электроника для регулирования выходной мощности и преобразования переменного тока (AC) в округ Колумбия.

В имеющихся в продаже системах электролизера блок электролизера принимает постоянный ток. потребляемая мощность от бортового преобразователя питания. Электролизер регулирует мощность до стек и работает при фиксированном токе стека. Адреса для характеристических испытаний работа водородных батарей при переменном токе без фиксированной мощности поставлять.

Характеристики и испытания

NREL работает с национальными и международными лидерами отрасли для разработки на основе консенсуса характеристики и протоколы испытаний электролизеров на возобновляемых источниках энергии и для сравнения производительность электролизеров различных производителей.

На основе фактических эксплуатационных данных ветряных электростанций, фотоэлектрических элементов и прогнозируемых с переключением нагрузки, эти протоколы испытаний применимы к работе электролизера при переменном входном условия питания.

NREL использует протоколы для тестирования электролизеров на месте. Конкретные показатели эффективности включают чистоту водорода при малой мощности и долгосрочное воздействие переменных мощность системы электролизера и эффективность батареи.

Удобства

Исследование возобновляемого электролиза NREL проводится в Energy Systems Integration. Лаборатория в Центре интеграции энергетических систем, а также в Центре испытаний распределенных энергоресурсов в Национальном центре ветроэнергетики.

Контакт

Кевин Харрисон

Электронная почта
303-630-2439

Использование электролизеров для производства возобновляемого водорода - Ассоциация топливных элементов и водородной энергетики

Nel Hydrogen также работает над установкой 20-мегаваттного электролизера на нефтеперерабатывающем заводе Shell во Фредерисии, Дания.Электролизер будет готов в будущем увеличить мощность до одного гигаватта.

Нидерланды

Нидерландский порт Роттердам сотрудничает с BP и Nouryon в области производства возобновляемого водорода с использованием энергии ветра.

Норвегия

Nel получила гранты на разработку усовершенствованных щелочных электролизеров в Норвегии и производственного предприятия мощностью один гигаватт в год в Херёйе, Норвегия.

Южная Африка

В Южной Африке члены FCHEA Plug Power и Anglo American разрабатывают водородные системы для сверхтяжелых карьерных самосвалов на топливных элементах.Nel поставит 3,5-мегаваттный электролизер на солнечной энергии для производства водорода для грузовика.

Австралия

Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии рассматривает возможность финансирования крупномасштабных проектов электролизеров, использующих возобновляемые источники энергии.

Канада

Квебек установил электролизер, подключенный к водородной заправочной станции.

Германия

Немецкий проект «Серебряная лягушка» - это предложение по созданию солнечной электростанции мощностью два гигаватта для питания электролизеров, вырабатывающих водород.

Франция

Юго-Восточная Франция осуществляет проект перевозки грузов h3Haul совместно с Air Liquide, членом FCHEA, которая намеревается использовать электролизеры.

Швейцария

Hyundai Hydrogen Mobility владеет двухмегаваттным электролизерным заводом в Швейцарии, который поставляет водород для грузовиков с топливными элементами.

США

В Огайо Министерство энергетики США профинансировало передовую программу, в которой для производства водорода используется легководный ядерный реактор в сочетании с электролизером.

На Гавайях ВВС США используют электролизер для производства водорода для тягача.

Заключение

Производство водорода с помощью электролиза дает возможность хранить возобновляемую энергию. Обезуглероживая водород, компании получают возможность обезуглероживать такие секторы, как энергетика и сталь, и снижать выбросы от скважины к колесам при транспортировке. По мере роста мощности электролиза будет расти доступность экологически чистого водородного топлива и хранения энергии, коммерчески жизнеспособного решения и альтернативы ископаемому топливу.

Электролизеры 101: что это такое, как они работают и где они подходят в зеленой экономике

По мере того как Cummins смотрит в будущее, мы видим сдвиг на рынке энергии.С этим изменением появляются новые возможности и возможности, выходящие за рамки нашего традиционного набора продуктов. Чтобы лучше обслуживать наших клиентов и нашу планету, Cummins внедряет инновации в новые, устойчивые формы энергии и привносит широкий спектр новых возможностей в портфель продуктов New Power, обеспечивая способ производства чистого водорода для питания водородных топливных элементов, обеспечения промышленных процессов или производить экологически чистые химические вещества, такие как удобрения, возобновляемый природный газ и метанол.

Cummins предлагает различные водородные технологии, в том числе системы электролизеров, и недавно объявила о поставке своего 5-мегаваттного электролизера PEM для преобразования избыточной гидроэнергии в чистый водород для муниципального коммунального округа округа Дуглас в штате Вашингтон (США).Но что такое электролизер, как он работает и какое место он занимает в нашей «зеленой» экономике?

Что такое электролизер и как он работает?

Электролизер - это система, которая использует электричество для разложения воды на водород и кислород в процессе, называемом электролизом. В процессе электролиза в системе электролизера образуется газообразный водород. Оставшийся кислород выбрасывается в атмосферу или может улавливаться или храниться для снабжения других промышленных процессов или в некоторых случаях даже медицинских газов.

Газообразный водород может храниться в сжатом или сжиженном виде, и, поскольку водород является энергоносителем, его можно использовать для питания любых электрических систем на водородных топливных элементах - будь то поезда, автобусы, грузовики или центры обработки данных.

В своей основной форме электролизер содержит катод (отрицательный заряд), анод (положительный заряд) и мембрану. Вся система также содержит насосы, вентиляционные отверстия, резервуары для хранения, источник питания, сепаратор и другие компоненты. Электролиз воды - это электрохимическая реакция, протекающая в пакетах ячеек.Электричество подается на анод и катод через протонообменную мембрану (PEM) и заставляет воду (h30) расщепляться на составляющие ее молекулы, водород (h3) и кислород (O2).

Существуют ли электролизеры разных типов?

Да, они различаются по размеру и функциям. Эти электролизеры можно масштабировать для соответствия различным диапазонам ввода и вывода, начиная от небольших промышленных предприятий, установленных в транспортных контейнерах, до крупных централизованных производственных объектов, которые могут доставлять водород на грузовиках или подключаться к трубопроводам.

Существует три основных типа электролизеров: протонообменные мембраны (PEM), щелочные и твердооксидные. Эти разные электролизеры работают по-разному в зависимости от материала электролита. И щелочные электролизеры, и электролизеры на основе ПЭМ могут доставлять водород на месте и по запросу, водород под давлением без компрессора и сухой водород без углерода чистотой 99,999%.

Разница между тремя основными видами электролизеров включает:

Электролизеры щелочные

  • Использует жидкий раствор электролита, такой как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NAOH), и воду.
  • Водород производится в «ячейке», состоящей из анода, катода и мембраны. Ячейки обычно собираются последовательно в «стопку ячеек», которая производит больше водорода и кислорода по мере увеличения количества ячеек.
  • Когда ток подается на батарею элементов, ионы гидроксида (OH-) перемещаются через электролит от катода к аноду каждой ячейки, при этом пузырьки газообразного водорода образуются на катодной стороне электролизера, а газообразный кислород - на аноде, как представлено здесь.

Электролизеры с протонообменной мембраной (PEM)

  • Электролизеры PEM используют протонообменную мембрану, в которой используется твердый полимерный электролит.
  • Когда ток подается на батарею элементов, вода расщепляется на водород и кислород, и протоны водорода проходят через мембрану, образуя газ h3 на катодной стороне.

Твердооксидные электролизеры (SOEC)

  • В качестве электролита используется твердый керамический материал
  • Электроны из внешнего контура объединяются с водой на катоде с образованием газообразного водорода и отрицательно заряжают ионы.Затем кислород проходит через скользящую керамическую мембрану и реагирует на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешней цепи
  • . SOEC
  • работают при гораздо более высоких температурах (выше 500 ° C), чем щелочные электролизеры и электролизеры с PEM (до 80 ° C), и потенциально могут стать намного более эффективными, чем PEM и щелочные электролизеры.

Как коммерциализируются электролизеры на основе производства водорода?

Есть четыре основных способа коммерциализации электролизеров:

  1. Мощность для мобильности : Водород можно использовать в качестве топлива на заправочных станциях для электромобилей на топливных элементах, таких как автобусы, поезда и автомобили.
  2. Power to Fuel : Используется на нефтеперерабатывающих заводах для удаления серы из ископаемого топлива.
  3. Энергия для промышленности : Используется непосредственно в качестве промышленного газа в сталелитейной промышленности, на заводах по производству листового стекла, полупроводниковой промышленности и т. Д. Его также можно впрыскивать непосредственно в сети природного газа для низкоуглеродного нагрева и других применений, связанных с природным газом. .
  4. Power to Gas : Используется при производстве экологически чистых химикатов, таких как метанол, удобрения (аммиак) и любое другое жидкое топливо, даже топливо для реактивных двигателей!

Что такого уникального в водородных топливных элементах?

Водород, полученный из электролизера, идеально подходит для использования с водородными топливными элементами.Работая во многом как батарея, топливные элементы не разряжаются и не нуждаются в подзарядке и вырабатывают электричество и тепло, пока есть топливо. Вы можете узнать больше о батареях и топливных элементах здесь. Топливные элементы используют водород для производства электроэнергии с нулевыми выбросами в точке использования. Это означает, что из выхлопной трубы не поступает ископаемое топливо или вредные выбросы.

Еще лучше, когда система электролизера питается от возобновляемого источника энергии, такого как гидроэлектростанция из плотин реки Колумбия, производимый водород считается возобновляемым и не содержит CO2 от скважины к колесу.Узнайте больше о выбросах в атмосферу в полностью электрических системах и на топливных элементах.

Почему водород - такой хороший вариант для чистой энергии?

Водород открывает возможности для массовых рыночных изменений в энергетической отрасли. Энергетические системы по всему миру претерпевают фундаментальные преобразования, чтобы сосредоточиться на снижении выбросов и меньшем негативном воздействии на окружающую среду.

Чтобы уменьшить негативное воздействие изменения климата и обезуглерожить сектор энергетики, технологии возобновляемых источников, такие как энергия ветра и солнца, стали ключевыми составляющими решения.Но интеграция этих прерывистых источников энергии в энергосистему может оказаться сложной задачей.

Водород может выступать в качестве накопителя энергии для решения этих сетевых проблем, позволяя более легко использовать возобновляемую энергию вне электросети. Водород - это стабильный способ хранения и эффективной транспортировки возобновляемой электроэнергии в течение длительных периодов времени. Таким образом, возобновляемая электроэнергия, генерируемая ветром и солнечной энергией, которая не используется сразу, может быть использована в другое время или в другом месте.Потенциал водорода для хранения и транспортировки энергии делает его ключевым фактором глобального перехода к возобновляемым источникам энергии.

Что делает Cummins с электролизерами?

Компания Cummins смело вступила в водородную экономику в сентябре 2019 года, приобретя Hydrogenics, мирового производителя водородных топливных элементов и электролизеров. Cummins продолжает быстро прогрессировать в разработке новых продуктов и приложений в водородной сфере, и в настоящее время Cummins предлагает два разных типа электролизеров:

  1. Электролизер с полимерно-электролитной мембраной HyLYZER® (PEM) использует ионопроводящий твердый полимер и лучше подходит для крупномасштабного производства водорода.
  2. Щелочной электролизер HySTAT® использует жидкий электролит и хорошо подходит для производства водорода в малых и средних масштабах.

Компания Cummins гордится тем, что является лидером в области новых водородных технологий. Имея вековой опыт работы с множеством источников питания и трансмиссий, мы работаем с нашими клиентами, чтобы предоставить правильное решение для нужного клиента в нужное время. Будь то аккумуляторная батарея, дизельное топливо, природный газ или топливные элементы, ваша энергия - ваш выбор.

Водород, полученный путем электролиза воды, теперь является конкурентоспособным по стоимости и дает нам еще один строительный блок для низкоуглеродной экономики.

Выработка дополнительной единицы электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или ветра не требует затрат. Одним из следствий роста возобновляемых источников энергии является то, что цены на электроэнергию на открытом рынке, как правило, будут падать. Как говорят экономисты, цены имеют тенденцию приближаться к предельным издержкам производства. Сегодня мы наблюдаем это на рынках электроэнергии. Это имеет глубокие последствия.

В этой заметке я рассматриваю влияние вероятного продолжающегося падения цен на электроэнергию на открытом рынке на один важный источник выбросов парниковых газов. Я пытаюсь показать, что производство водорода, которое в настоящее время почти полностью осуществляется с использованием метана и пара, будет в значительной степени основано на электролизе воды. Многие комментарии по поводу энергетического перехода оптимистичны в отношении перехода к электрификации транспорта и отопления зданий, но глубоко пессимистичны в отношении сокращения ископаемого топлива, используемого в промышленных процессах.В случае производства водорода этот пессимизм ошибочен.

В более общем плане, я предполагаю, что водород станет основным путем к долгосрочному хранению энергии, не в основном в виде самого газа, а в форме метана и жидкого топлива.

Чтобы внести ясность, я думаю, что у автомобилей на водородных топливных элементах очень мало шансов составить конкуренцию автомобилям с аккумулятором. Однако я верю, что использование водного электролиза для получения водорода, который затем сливается с молекулами углерода (такими как CO2) для создания синтетического природного газа и заменителей бензина и авиационного топлива, вероятно, станет центральной особенностью следующего этапа мировая декарбонизация.Для компаний, занимающихся ископаемым топливом, которые пытаются избавиться от зависимости от нефти и газа, синтетические заменители существующего топлива должны стать ключевым направлением их долгосрочного планирования. Производство водорода и создание возобновляемых видов топлива, использующих этот водород, - это деятельность, больше похожая на основной бизнес нефтегазовых компаний, чем на фотоэлектрическую или ветряную.

Я не предполагаю, что правила или международные соглашения приведут к переходу на возобновляемый водород, а скорее, что простая экономика подтолкнет крупных нефтяных компаний, производителей химикатов и других к производству топлива из электролизованного водорода, а не из природного газа или сырой нефти.

Падение оптовых цен на электроэнергию продолжится

6 и 7 июня 2017 года в Северной Европе было ветрено. В течение долгих дней большую часть времени светило солнце. В Германии две трети общей выработки электроэнергии в полдень 7-го числа приходилось на ветровую и фотоэлектрическую энергию. В Великобритании газовые электростанции были сокращены до немногим более 20% выработки электроэнергии. Угольные генераторы большую часть периода простаивали полностью.

Воздействие на рынки электроэнергии было поразительным.Средняя спотовая цена на электроэнергию с почти немедленной поставкой упала до очень низкого уровня. Германия показала отрицательные показатели за ночь и почти нулевые показатели в течение большей части дня. Средняя цена в Великобритании с 15:00 вторника 6-го до 15:00 среды 7-го числа составляла чуть более 13 фунтов стерлингов за мегаватт-час, или 1,3 пенса за киловатт-час. Краткосрочные цены в Великобритании большую часть ночи были ниже нуля. До недавнего времени это были действительно очень редкие события, и они случаются всего несколько раз в неделю.

Но по мере того, как установленная мощность возобновляемых источников энергии продолжает расти, эта модель будет происходить все чаще.И Великобритания, и Германия продолжают расширять оффшорную ветроэнергетику и в меньшей степени фотоэлектрическую энергию. У Великобритании есть амбиции иметь 30 гигаватт морской ветровой энергии к 2030 году. Полная мощность морской ветроэнергетики сама по себе почти покроет летний полуденный спрос. Вклад фотоэлектрических модулей будет означать, что возобновляемые источники энергии покроют общую потребность в электроэнергии. Очень трудно представить себе, что оптовые цены не отражают этот избыток предложения в долгосрочной перспективе вниз.

Тем не менее, правительство Великобритании продолжает прогнозировать резкий рост оптовых розничных цен на электроэнергию.Ожидается, что со среднего показателя в 37 фунтов стерлингов за мегаватт-час в 2016 году цена вырастет более чем на 50% до 56 фунтов стерлингов в 2030 году. Согласно прогнозам, к той же дате домохозяйства столкнутся с розничными счетами, эквивалентными фунтов стерлингов за мегаватт-час. Давайте сопоставим это число с сегодняшней средней оптовой ценой: 13 фунтов стерлингов - это чуть более 7% от 180 фунтов стерлингов, невероятно большой разрыв. Прогнозы правительства откровенно бредовые: оптовые цены на электроэнергию снижаются, и они останутся ниже. Без значительного повышения налогов они никогда не достигнут 180 фунтов стерлингов для местных потребителей.

Важно отметить, что эта постоянная дефляция цен на электроэнергию неизбежно повлияет на цены на ископаемое топливо. Что касается генерации, мы привыкли рассматривать затраты на электроэнергию как производную от цен на ископаемое топливо. Например, более высокие затраты на газ используются для автоматического повышения оптовых и розничных тарифов на электроэнергию. Эта ссылка теперь начинает работать в обратном направлении; падение цен на электроэнергию ведет к снижению затрат на природный газ. Если меньше природного газа используется в производстве электроэнергии в результате роста возобновляемых источников энергии, общий спрос на товар будет ниже, и цена упадет.По мере того как электромобили становятся все более распространенными, такая же связь устанавливается с нефтью. Более низкие цены на электроэнергию делают электромобили более привлекательными, снижая потребность в бензине и дизельном топливе. Таким образом, со временем цена на электроэнергию станет важным фактором, определяющим цену на нефть.

Роль электричества в установлении цен на ископаемое топливо можно наиболее четко увидеть, сравнив оптовую цену в Великобритании 6-7 июня со стоимостью газа. Краткосрочная рыночная цена на уровне 13 фунтов стерлингов была лишь немногим выше эквивалентной цены на оптовый газ в размере около 12 фунтов стерлингов.50 мегаватт-час. Другими словами, в течение одного 24-часового периода электричество, которое обычно считается источником энергии премиум-класса, было всего на несколько процентов дороже, чем топливо, которое обычно используется для его производства. (Между прочим, нефть за 50 долларов в энергетическом выражении эквивалентна примерно 25 фунтам стерлингов за мегаватт-час, что в два раза превышает цену газа. В долгосрочной перспективе возобновляемые источники энергии также будут сдерживать рост цен на нефть).

Большая часть электроэнергии покупается и продается по контрактам на несколько дней или месяцев вперед, и эти цены будут значительно выше, чем на спотовом рынке 7 июня.Но, тем не менее, краткосрочные индикаторы являются мощным сигналом для инвесторов, думающих об инвестировании в производство электроэнергии на ископаемом топливе. Поскольку ветер и солнечная энергия становятся преобладающими источниками электроэнергии, использование газа или угля для производства электроэнергии становится все более и более плачевным. Например, новая газовая генерация потребует крупных субсидий по всей Европе, если будут построены электростанции.

Тесная связь между ценами на ископаемое топливо и затратами на возобновляемые источники энергии станет более сильной, поскольку доля электроэнергии в общем потреблении энергии будет все больше.Во-первых, я хочу проиллюстрировать один пример, который, как мне кажется, не привлекает достаточно внимания: вероятный переход от использования метана к электролизу воды в качестве основного способа получения водорода.

Электролизный водород

В мире производится около 50 миллионов тонн водорода в год. (Некоторые источники предполагают, что это нечто большее). Газ используется в качестве добавки на нефтеперерабатывающих заводах, в качестве сырья для производства аммиака и для многих различных промышленных процессов, включая, например, производство маргарина.

Сегодня почти весь водород производится путем так называемого «парового риформинга», обычно из метана (основного компонента природного газа). Поток газа смешивается с высокотемпературным паром в присутствии катализатора. Конечный продукт процесса представляет собой смесь CO2 и водорода. Ценный водород собирается, а CO2 выбрасывается в атмосферу. Если мои расчеты верны, водород, производимый сегодня в процессе парового риформинга, приводит к примерно 500 миллионам тонн выбросов в год, или более 1% мировых парниковых газов.[1]

Водород также можно получить электролизом воды. Электричество используется для расщепления молекулы на водород и кислород. Если бы его производили с использованием водного электролиза, на мировое производство водорода сегодня потребовалось бы около 15% мирового производства электроэнергии. Когда производство h3 переключится с использования метана на использование излишков электроэнергии, водород станет важным методом уравновешивания мировых энергосистем. Когда электричество в избытке, электролизеры будут включены. Их работа прекратится, когда станет мало электричества.

В прошлом электролиз использовался очень редко, потому что источник энергии, электричество, был дороже, чем газ, используемый для парового риформинга.

Это все еще правда? Нам необходимо изучить энергоэффективность парового риформинга, его эксплуатационные и капитальные затраты, а также относительные цены на газ и электроэнергию.

· Грубо говоря, новая электролизная установка сегодня обеспечивает энергоэффективность около 80%. То есть энергетическая ценность производимого водорода составляет около 80% электричества, используемого для расщепления молекулы воды.Эффективность парового риформинга составляет около 65%.

· Однако капитальные затраты на установку парового риформинга в настоящее время ниже стоимости нового электролизера аналогичной мощности. В отчете о проекте по переоборудованию района Лидс в Северной Англии с природного газа на водород для бизнеса и бытового использования предполагалась стоимость установки парового риформинга около 600 000 фунтов стерлингов за мегаватт мощности. Как и многое другое в низкоуглеродной экономике, затраты на электролизеры быстро падают. Некоторые производители предполагают, что стоимость электролизера составит около 700 000 фунтов стерлингов за мегаватт в течение следующего года или около того.ITM Power, производитель электролизера в Шеффилде, заявляет, что его затраты уже ниже 1 миллиона евро (около 870 000 фунтов стерлингов) на каждый мегаватт мощности. По мере резкого увеличения размеров электролизеров - скоро мы можем увидеть устройства на 10 мегаватт - стоимость единицы мощности будет снижаться. В конечном итоге электролизеры будут значительно дешевле оборудования парового риформинга.

· Электролизеры не требуют значительного обслуживания или большого административного труда. Паровой риформинг требует более высоких эксплуатационных затрат, но мне не удалось получить точных оценок.(Если у вас есть хороший источник, я был бы очень благодарен об этом). Поэтому я проигнорировал это число.

· Независимо от того, производится ли водород путем парового риформинга или электролиза, потребуется хранение как под низким, так и под высоким давлением. Затраты будут эквивалентными, если, например, электролизер не будет работать только при низких ценах на электроэнергию. В этом случае для пути электролиза неизбежно потребуется больше места для хранения.

Мы можем приблизительно оценить относительные затраты на производство водорода с помощью электролиза при различных ценах на электроэнергию и сравнить их со средней ценой на водород в Европе сегодня.Насколько я могу судить, водород от парового риформинга в настоящее время стоит около 5 пенсов за киловатт-час энергетической ценности, поставляемой пользователю на месте. [2] Это число не связано с какими-либо затратами или налогами на выбросы CO2 в атмосферу. Даже при нынешних низких ценах на углерод это добавит к полностью рассчитанной стоимости h3.

Когда падение цен на электроэнергию сделает более экономичным получение водорода путем электролиза? Давайте посмотрим на элементы, составляющие стоимость водорода при электролизе

· Капитальные затраты на электролизер.Я предполагаю, что закупочная цена (включая установку) составляет 700 000 евро за МВт мощности для использования электроэнергии для производства водорода. Это ниже, чем цена, которая могла бы быть достигнута сегодня, но должна быть возможна к 2019/2020 году. Я предполагаю, что электролизер будет работать около 4000 часов в год, в основном, когда электроэнергия дешевая из-за обильного ветра или солнца. При ставке дисконтирования 7% владельцу необходимо будет зарабатывать 65 000 евро в год, чтобы покрыть расходы в течение 20 лет. Стоимость 1 МВт-ч электроэнергии в течение более 4000 часов составляет 16 евро.25. Для простоты я конвертирую это в 14,15 фунтов стерлингов за МВтч по сегодняшнему обменному курсу

фунтов стерлингов / евро · Текущие затраты. Оценок для этого немного, но число невелико. Я оцениваю 5 евро за МВтч, или 4,35 фунта стерлингов. Я считаю это консервативным.

· Стоимость электроэнергии. Это критический элемент. До недавнего резкого падения оптовых цен на электроэнергию цена на электроэнергию казалась дорогостоящей. Я взял для анализа достаточно типичный день - вчера, 4 июля 2017 года.В отличие от дней в начале июня, упомянутых в начале статьи, здесь не было особенно солнечно или ветрено. Я думаю, что будет справедливо использовать этот день как образец летних цен на электроэнергию. Средняя цена на краткосрочном балансирующем рынке составила 35,87 фунта стерлингов в течение 24 часов. Однако за 11 часов с самой низкой ценой (22 получасовых периода) это было 23,92 фунта стерлингов. Поскольку я предполагаю, что электролизер работает 11 часов в день (около 4000 часов в год), я использую эту среднюю цену.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *