Серия публикаций, посвященная кратким обзорам разработок по водородной энергетике в странах мира (первое приближение). США.
Содержание:
- Использование высокотемпературного тепла от АЭС
- Использование внепиковой мощности АЭС
- Возобновляемая энергетика и АЭС
Заключение
1. Использование высокотемпературного тепла от АЭС
1.1 Сотрудниками Военно-морской академии США (г.Аннаполис, Мэриленд) проведен анализ возможности получения водорода с использованием отходящего тепла ядерного реактора и его последующего сжигания в газовых турбинах. Спроектирована система, использующая тепло, вырабатываемое ядерным реактором с производством насыщенного пара с последующей выработкой электроэнергии на турбогенераторе и получением водорода высокотемпературным электролизом пара.
Количество произведенного водорода определялось для различной электрической мощности и эффективности электролизера. Исследовался вариант хранения водорода в сжиженном виде, а также сжигание водорода в стандартной судовой газовой турбине.
1.2 Сотрудниками Массачусетского технологического института, (департамент ядерной инженерии, центр передовых систем ядерной энергии, г.Кэмбридж) отмечается, что ядерная энергия может использоваться в качестве основного источника энергии при централизованном производстве водорода с помощью:
- высокотемпературных термохимических процессов;
- электролиза воды или высокотемпературного парового электролиза.
О методах получения водорода смотрите здесь:
Высокие рабочие температуры необходимы для более эффективного термохимического и электрохимического производства водорода с использованием ядерной энергии. Таким образом, высокотемпературные реакторы, такие как:
- с газовым охлаждением;
- с жидкометаллическим охлаждением;
являются кандидатами для использования в производстве водорода. Сравнивается несколько технологий-кандидатов, которые охватывают диапазон от хорошо разработанных до концептуальных. Потенциально эффективной технологией является высокотемпературный паровой электролиз в сочетании с усовершенствованным газовым реактором, охлаждаемым CO2 под сверхкритическим давлением и оснащенный циклом сверхкритического преобразования энергии CO2.
2. Использование внепиковой мощности АЭС
2.1 В Массачусетском технологическом институте исследуется экономическая эффективность получения водорода с использованием внепиковой мощности АЭС, в том числе высокотемпературного тепла газоохлаждаемых реакторов.
Производство водорода рассматривается с использованием:
- электролиза воды;
- в термохимических циклах.
Использование водорода рассматривается с целью выработки пиковой мощности высокотемпературной паровой турбиной с активно охлаждаемыми лопатками. В то же время водород рассматривается и как полезный продукт для удовлетворения внутренних потребностей в транспортном топливе (включая жидкое топливо), материалах, таких как сталь и удобрения.
2.2 Сотрудниками института газовых технологий (г.Чикаго, Иллинойс) исследуется использование внепиковой электроэнергии в качестве источника энергии для электролитического производства водорода.
Оценивалась конкурентоспособность по сравнению с производством водорода по месту потребления и по сравнению с имеющимися ценами на водород с учётом хранения и транспортировки.
3. Возобновляемая энергетика и АЭС
В Стэнфордском университете (г.Стэнфорд, Калифорния) исследуется проблема снижения зависимости от транспортного топлива на основе нефти за счет сочетания возобновляемых источников и ядерной энергии для устойчивого снабжения электроэнергией и водородным топливом.
Выводы
1. В приоритете у американских исследователей метод производства водорода
- электролизом воды;
- высокотемпературный электролиз пара;
- термохимические циклы.
Электролиз воды изучается в тандеме использования электроэнергии от АЭС. Два последних метода требуют наличия высокотемпературного источника энергии, такого как ядерный реактор. Из возможных вариантов по опыту американских исследователей потенциально эффективным является газоохлаждаемый СО2 ядерный реактор.
2. Использование полученного водорода рассматривается, прежде всего, для выработки электроэнергии путем сжигания в газотурбинном цикле, а также и в паротурбинном цикле за счет использования высокотемпературной паровой турбины.
3. Исследуются вопросы получения водорода за счет комбинирования возобновляемых источников энергии и АЭС.
4. Отрабатываются вопросы хранения и транспортировки водорода.