8.1. Гибридные технологии в возобновляемой энергетике

В связи с неравномерностью производства энергии от возобновляе­мых источников, которое зависит в значительной степени от погодных условий, а также ее потребления все более актуальной становится проб­лема аккумулирования и перераспределения этого вида энергии. ис­следования, проведенные в последние годы отечественными (институт тепло - и массообмена ИАЫ Беларуси) и зарубежными учеными, пока­зали эффективность аккумулирования энергии с использованием водо­рода. Поэтому основная идея гибридной технологии в возобновляемой энергетике заключается в использовании излишков этой энергии для получения водорода с последующим его применением в качестве энер­гоносителя при неблагоприятных для ВИЭ погодных условиях. При этом необходимо решать три взаимосвязанные задачи: получения, хра­нения и повторного использования водорода.

Следует отметить, что аккумулирование водорода является техни­чески сложной проблемой, поскольку водород является легким и труд­но конденсируемым газом. Традиционно водород хранится в баллонах или в сжиженном состоянии. Оба вида хранения осуществляются при технически экстремальных условиях. водород в баллонах комприми­руется до 150 атм. При этом массовая доля водорода в баллоне обычно составляет около 1 %. Криогенное хранение водорода характеризуется значительно более высоким удельным массосодержанием (примерно 20 % водорода). Однако сжижение водорода является крайне энергоем­ким процессом, а длительное его хранение при температуре, близкой к абсолютному нулю, - крайне проблематичным [Риэл, R, 1996].

Особое место среди различных способов хранения занимают ме­тоды связанного хранения, при которых водород содержится в хими­ческом соединении. Методам получения водорода из этих соединений

уделяется приоритетное значение. Регенерация водорода из связанного состояния осуществляется при прямом контакте этих соединений с во­дой или тепловом воздействии на них.

Для разработки обратимого аккумулятора водорода, принимаю­щего водород от источника возобновляемой энергии переменной мощности и впоследствии снабжающего водородом энергетическую систему, положены методы связанного хранения в интерметалличе­ских соединениях, способных взаимодействовать с водородом. в ре­зультате такого взаимодействия получается металлогидрид [риэл, R, 1996].

Метод аккумулирования энергии возобновляемых источников че­рез промежуточное производство водорода с использованием компози­ций на основе гидридообразующих и сорбционных материалов являет­ся одним из важных направлений водородной энергетики, интенсивно разрабатываемых в ряде стран мира.

в настоящее время Мгэу им. А. Д. сахарова совместно с инсти­тутом тепло - и массообмена им. а. в. лыкова нАнБ разрабатывается проект гибридной технологии использования возобновляемой энер­гии, который предусматривает проведение исследований эффективно­сти применении в качестве аккумулятора водорода устройства на базе интерметаллических соединений семейства ЦЛАН (церий - лантан - алюминий - никель), разработанное НАН Беларуси (рис.150).

Принцип работы аккумулятора заключается в следующем: вода, подаваемая в электролизер под действием электроэнергии, вырабаты­ваемой автономной ветроэнергетической установкой и солнечными фотоэлектрическими панелями, разлагается на водород и кислород, которые разделяются и направляются по двум направлениям. водо­род поступает в аккумулятор, где связывается с интерметаллическими 252

соединениями, образуя металлогидрид. В таком виде он накапливается и хранится. в дальнейшем водород выделяется из металлогидрида и поступает потребителю, где сжигается в горелках, образуя тепло. кис­лород компрессором перегоняется в резервуар.

при участии федерального канцлера фрг Ангелы Меркель и премьер - министра федеральной земли Бранденбург Маттиаса Платцека 21 апреля 2009 г. в Федеративной Республике Германии, недалеко от города Иренц- лау, был заложен «первый камень» первой в мире промышленной ги­бридной электростанции, которая была разработана и сооружается не­мецким предприятием ENERTRAG AG, считающимся самым крупным в мире производителем ветровой энергии. Акционерное общество экс­плуатирует около 440 ветроэнергетических установок мощностью более 700 МВт и осуществляет сервисное обслуживание около 1 000 других ветроэлектрических установок в мире. Таким образом, общее количе­ство производимой электрической энергии установками, обслуживаемы­ми ENERTRAG AG, составляет 1,3 ТВтн (1,3 млрд. кВн).

в качестве гибридной электростанции понимают электростанцию, которая производит энергию из разных регенеративных источников, как минимум из двух различных возобновляемых видов сырья. преиму­щества возобновляемых источников энергии должны комбинироваться при этом таким образом, чтобы выровнять колебания величины вы­работки электрической энергии в зависимости от погодных условий и гарантировать устойчивое электроснабжение в течение круглых суток. В предлагаемой ENERTRAG AG технологии энергия ветра, биогаза и водорода комбинируются друг с другом. при этом вода посредством излишнего тока разлагается путем электролиза на водород и кислород, при этом водород направляется в хранилище. Излишняя энергия появ­ляется при большом ветре и должна сохраниться в водороде для того, чтобы снова стать востребованной в случае необходимости. таким об­разом, водород вместе с биогазом может преобразовываться в блочных электростанциях в электрическую энергию или может использоваться как топливо в новых водородных двигателях или топливных ячейках.

используя гибридные электростанции на основе возобновляемых источников энергии можно гарантировать постоянное и устойчивое энергоснабжение. предлагаемая технология является ключом к долго­срочному, ориентированному на рынок спросу на возобновляемые ис­точники энергии в качестве традиционной энергии.

по мере надобности гибридная электростанция может использо­ваться в различных модулях и для различных целей:

• для производства водорода и его использования в водородных двигателях или топливных ячейках;

• для выработки электрической энергии как основного произ­водства;

• для удовлетворения «пиковых» потребностей в электроэнергии.

водород может применяться как свободное от CO2 топливо для

транспортного сектора. ввиду того, что на территории Ес в 2012 г. вво­дится норма EURO-6, существенно должно быть уменьшено количе­ство выхлопного газа, в самых различных областях проводятся иссле­дования и обобщается опыт использования транспортных средств на водородных двигателях. в этом направлении работают, например, Бер­линские транспортные предприятия и TOTAL в рамках Clean-Energy - Partnership. в области использования экологичных видов топлива по­ставлена цель показать пригодность водорода для заправки автомоби­лей. в берлине испытываются, например, 14 заправляемых водородом автобусов в маршрутном транспорте. также ENERTRAG AG заключил в рамках этой программы с TOTAL Deutschland GmbH договор о ко­оперировании для исследования потенциала и себестоимостей «ветер­водород».

Автомобили с использованием топливных ячеек в принципе вос­требованы. руководитель «Даймлер-крайслер» Дитер цече объяснял, что «у этих автомобилей не существует недостатков по сравнению с традиционными транспортными средствами. Дальность их поездки на­ходится на расстоянии около 400 км, заправки продолжаются только несколько минут, пока отсутствуют только бензоколонки водорода». он исходит из того, что «если бы в год производилось около 100 000 ав­томобилей с топливными ячейками, то примерно с 2015 г. можно было бы производить такие автомобили по ценам, сопоставимым с традици­онными автомобилями».

Новая гибридная технология станет существенным прогрессом для энергетической отрасли. Немецкий премьер-министр М. Платцек гово­рит в этой связи о «квантовом переходе» при использовании возобнов­ляемых источников энергии и о том, что эта инновация из Бранденбур­га имеет хорошие шансы стать успешной моделью далеко за границами страны.