Потребителско име

Парола

Bulgarian Hydrogen Institute Menu Bulgarian Hydrogen Institute Menu
Водородни приложения

Енергетика

Зелен водород в енергетиката

Подобно на много други приложения за възобновяеми източници, интересът към H2 нараства през 70-те години с петролната криза “. Оттогава автомобилната индустрия пое водеща роля в демонстрирането на широкия потенциал на тази технология. Но след като цените на петрола (а оттам и цените на природния газ и бензина) се стабилизираха, интересът загуби скорост и едва през 2000-те се появява комбинация от нов поглед върху изменението на климата, заедно с увеличение на цените на петрола и появата електрически автомобили (които доказаха, че съществуват възможни алтернативи), които възстановиха фокуса върху H2 в енергетиката.
Когато говорим за използването на водорода в енергията, има два основни начина, по които той може да се използва за производство на електричество:

Горене Източник: Siemens SGT - 400

Горене

Първият и най-популярен начин е чрез изгарянето му, процес, който има редица характеристики. Основното предимство на изгарянето на водород за генериране на електричество е неговата висока калоричност, което прави ефективността на водородната централа значително по-висока от другите алтернативи.

Изгарянето на H2 не отделя въглероден диоксид, не е отровен газ и няма опасност от отравяне при наличие на теч в системата. Основните недостатъци са няколко, най-важният от които е наличието на повишени нива на азотни оксиди при изгарянето на водорода, което се дължи на бързото изгаряне на водорода и високите температури, при които той изгаря. Друг недостатък на изгарянето на водород за производство на електроенергия са допълнителните мерки за безопасност, които трябва да бъдат взети, тъй като това е силно запалим газ.

Най-значимото препятствие за търговското изгаряне на водород за електроенергия днес е свързано с неговите физикохимични свойства, което не позволява 100% използване в сегашните газови централи, което води до необходимостта от разработване на нов тип турбина, която напълно да абсорбира водорода като суровина. За турбини, използвани в настоящите електроцентрали, работещи с газ, е възможно смесването на водород с природен газ в малки количества от 5 до 20%, без да е необходима промяна в производствения процес.

Трябва също да разгледаме горивата и изходните суровини на основата на водород (като синтетичен метан, синтетични течни горива, амоняк или метанол), които са тези енергийни носители, които се получават от H2. Интересен момент е, че с изключение на амоняка, останалите 3 изискват въглерод (C) за производството си, което означава, че те също могат да бъдат интегрирани в по-широк процес, който включва улавяне и съхранение на въглерод (CCUS), доказвайки още веднъж, че H2 има огромен потенциал в различните отрасли. Тези видове горива имат допълнителното предимство, поради това че имат по-висока енергийна плътност, така те са по-лесни за съхранение, транспортиране и използване, които са някои от  H2-те недостатъци. И не само това, но съществуващата инфраструктура вече ги обработва за текущи операции или изисква по-малко капиталоемки инвестиции за това. Те могат да се разглеждат като стъпка към широкото използване на H2.

Горивни Клетки Източник: South Korea 50 MW fuel cell plant

Горивни Клетки

Вторият начин за производство на електричество от водород е чрез електрохимичен процес, при който O2 се добавя към H2 в  на горивна клетка. В тях протича електрохимичен процес и единственият „отпадъчен“ продукт е водата (H2O). Има много видове горивни клетки - точно като при електролизьорите - като най-популярните са алкалните горивни клетки, последвани от горивни клетки с протоннообменна мембрана (PEM), както и няколко други типа, които не са разработени за търговски цели.

Производството на електричество с горивни клетки е изцяло без емисии на парникови газове (винаги, като се има предвид, че използваният водород е с доказан зелен произход) и не произвежда нито  прахови частици, серни оксиди, азотни оксиди и въглеродни оксиди. Освен нулевите емисии, генерирането на електричество с горивни клетки има и други важни предимства. Един от тях е гъвкавостта на този тип система. За разлика от големите електроцентрали, горивните клетки могат да стартират и спрат производството за няколко секунди, което ги прави гъвкави и ключови за балансиране на електрическата мрежа. Горивните клетки за мащабни производствени съоръжения често се помещават в модулни контейнери, което прави възможно тяхното инсталиране в рамките на няколко дни, както и пропорционално увеличаване на капацитета на инсталацията. Към 2021 г. в световен мащаб има инсталирани мощности за производство на електроенергия в размер на над 800 MW, най-голямата централа с мощност 50 MW се намира в Южна Корея. 

Най-големият недостатък на това конкретно приложение се крие във фактора с ниска ефективност, когато се вземе предвид цялата верига от производството на зелен водород до неговото използване в горивните клетки. След преобразуване на електричеството във водород, доставка и съхранение, след това преобразуване обратно в електричество в горивна клетка; доставената енергия може да бъде под 30% от първоначалната вложена енергия. Когато се постави в перспектива, двигателят с вътрешно горене има средно 20% ефективност, а съвременната инсталация на въглища 45% ефективност (до 60% в случай на комбинирани цикли).

Понастоящем най-доброто използване на горивни клетки като производители на електроенергия е за обекти извън мрежата. В днешно време резервната мощност се осигурява от дизелови генератори (което влошава качеството на въздуха) и може да бъде заменено от H2,  който може да се произвежда практически навсякъде, където има вода и източник на електроенергия.