Альтернативная энергия – проблема накопления энергии
Для таких альтернативных источников энергии, как солнечная или ветровая, решение проблемы накопления произведенной энергии находится в стадии эксперимента. Основной аспект проблемы – колебание потребления электроэнергии и тепла и непостоянство производства альтернативной энергии из ВИЭ. Самое известное предложение по решению вопроса – использование топливных элементов для накопления возобновляемой энергии: разложение с помощью произведенной энергии воды на ее составные части (водород и кислород) и организация последующего хранения водорода (эту энергию в период растущего спроса можно будет снова получить с помощью топливного элемента).
Хранение и транспортировка водорода отличается потерями энергии. КПД такого процесса как получение водорода из ветровой энергии путем разложения воды составляет 12-29%. Инфраструктура для хранения и транспортировки водорода – сложная инженерная задача. Водород может храниться либо под давлением в сотни бар или при очень низких температурах в жидком состоянии. Значительный вес таких хранилищ представляет собой проблему для их транспортировки.
В Германии активно проводятся исследования по созданию специальных накопительных станций на базе топливных элементов. Фирма Enertrak (владеет 70 ветровыми агрегатами, общая мощность 120 МВт) заказала в Высшей специализированной школе Штральзунда исследование по сооружению такой станции. Предполагается построить электролитическое устройство мощностью в 500 кВт, с помощью которого можно будет использовать избыточную электроэнергию ветровых станций для производства водорода. Подобное устройство дополняется емкостью для хранения водорода, топливным элементом на базе платины и электронным управляющим устройством, которое регулирует в зависимости от наличия определенных количеств ветровой электроэнергии объемы воды для получения водорода.
В Любеке (Германия) уже сооружена и действует подобная демонстрационная установка мощностью в 4 кВт. Опыты показали, что для насосной электростанции производительностью в 600 МВт·ч потребуется хранилище водорода объемом с небольшое здание. Пока расходы по сооружению такой установки находятся в пределах 4 тыс. евро на 1 кВт мощности. В проектной стадии находятся и исследования Ольденбургского консорциума ряда местных компаний и университета. Предполагается закачивать водород в 24 стальных резервуара размером около 2 м и расходовать его по мере надобности. Недостатком подобного варианта топливного элемента является его низкая мощность – всего 5 кВт.
Дальнейшие эксперименты в лабораториях многих стран мира направлены на поиск новых материалов для накопителей водорода. В этом плане заслуживают внимания исследования ученых Мичиганского университета, которые решили применить металлоорганические кристаллы для водородных накопителей. Подобные соединения состоят из элементов оксида цинка и органических молекул, которые вместе создают своего рода кристаллическую решетку. Внутри этой решетки имеется, по мнению одного из разработчиков Натаниеля Росси, достаточно места для размещения других, более мелких молекул. Решетка под давлением будет их втягивать, как губка. А при снятии давления водород будет снова высвобождаться. Американские ученые создали даже прототип подобного накопителя из оксида цинка и нафталина – C10H8.
Другой метод, разработанный учеными из университета Вирджинии (США), предусматривает возможность поглощения водорода соединением титана и этилена. Подобное соединение способно поглощать водород в объеме до 12% своего веса. Однако эффективный путь для высвобождения водорода из “титаново-этиленового” плена пока не найден. Еще несколько лет назад в немецком исследовательском центре в Карлсруэ проводились эксперименты по поглощению водорода так называемым нанопорошком, сделанным также с использованием титана. 7% такого порошка мог составить поглощенный им водород.
По подсчетам специалистов, до практического использования совокупности ветровых станций, водородного электролиза и топливных элементов пройдет не менее 10 лет.
Публикации по теме:24.03.2009
рубрики: Новости.
