Водородная энергетика

Отсутствие водородной инфраструктуры является одним из основных препятствий  развития водородного транспорта.

Решением проблемы может  стать применение водорода в качестве топлива для двигателя внутреннего  сгорания, или смесей топлива с  водородом, например, HCNG. В январе 2006 года Mazda начала продажи битопливного автомобиля Mazda RX-8 с роторным двигателем, который может потреблять и бензин, и водород.

В июле 2006 года транспортная компания BVG (Berliner Verkehrsbetriebe) из Берлина объявила о закупках к 2009 году 250 автобусов MAN с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде, что составит 20 % от автопарка компании.

В 2006 году Ford Motor Company начал выпуск автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде.

Компании  — основные игроки

Mercedes Benz Citaro на водородных топливных элементах в Лондоне

Производители водорода:

Praxair

Air Liquide

BOC Group

Iwatani International (производит 40 % водорода в Японии)

Linde (Германия)

Ёмкости для  хранения водорода:

ECD Ovonics

HERA Hydrogen Storage Systems

Dynetek

Millennium Cell

Оборудование  для производства водорода:

ChevronTexaco

H2Gen

Hydro

Hydrogenics

HyRadix

BP — ключевой игрок  в демонстрационных водородных  проектах по всему миру.

 

4.Транспортные приложения

Автомобильный транспорт

В 2006 году было запущено в  эксплуатацию около 100 новых автомобилей, автобусов, мотоциклов и т. д. на топливных  элементах. К концу 2007 году в мире будет эксплуатироваться около 900 транспортных средств.

В автомобильных приложениях  преобладают PEM технологии. В 2005 году был  изготовлен всего один автомобиль с PAFC топливным элементом — остальные  на PEM-технологиях.

Разработчики смогли снизить  стоимость автомобильных водородных топливных элементов с $275 за кВт  мощности в 2002 году до $110 за кВт в 2005. Департамент Энергетики США (DoE) планирует снизить стоимость до $30 за кВт мощности к 2020 году.

Планы автопроизводителейКомпания	Страна	год	количество автомобилей	планы
Daimler	Германия	2009	200 шт в начале 2010 года[5]	начало производства Mercedes B-class[6]
Ford	США	2015	-	коммерческая готовность
GM	США	2012	-	коммерческая готовность[7]
GM	США	2025	-	массовый рынок
Honda	Япония	2008	-	начало продаж в Калифорнии автомобиля Honda FCX
Honda	Япония	2010	12000 (в США)	начало производства
Honda	Япония	2020	50000 (в США)	Производство
Hyundai Motor	Корея	2012	-	начало продаж[8]
Toyota	Япония	2015	-	начало продаж[9]
Fiat	Италия	2020-2025	-	полная коммерциализация
SAIC	Китай	2010	1000	коммерческая готовность
Shanghai VW	Китай — Германия	2010	-	начало производства Lingyu[10]

 

 

В марте 2006 года германский HyWays проект опубликовал прогнозы проникновения водородного автотранспорта на европейский рынок.

Сценарий	2020	2030	2040	2050
Высокое проникновение	3,3 %	23,7 %	54,4 %	74,5 %
Низкое проникновение	0,7 %	7,6 %	22,6 %	40,0 %

Таблица: прогноз проникновения  водородного автотранспорта на европейский  рынок в % от общего количества автомобилей.

Воздушный транспорт

Корпорация Boeing прогнозирует, что топливные элементы постепенно заменят в авиации вспомогательные энергетические установки. Они смогут генерировать электроэнергию, когда самолет находится на земле, и быть источниками бесперебойного питания в воздухе. Топливные элементы будут постепенно устанавливаться на новое поколение Боингов 7E7, начиная с 2008 года.

Железнодорожный транспорт

Для данных приложений требуется  большая мощность, а размеры силовой  установки имеют малое значение.

Железнодорожный исследовательский  технологический институт (Япония) планирует запустить поезд на водородных топливных элементах  в эксплуатацию к 2010 году. Поезд сможет развивать скорость 120 км/ч, и проезжать 300—400 км без заправки. Прототип был  испытан в феврале 2005 года.

В США эксплуатация локомотива с водородным топливным элементом  мощностью 2 тысячи л. с. начнётся в 2009 году.

Водный транспорт

В Германии производятся подводные  лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. U-212 стоят на вооружении Германии, поступили заказы из Греции, Италии, Кореи, Израиля. Под водой лодка работает на водороде и практически не производит шумов.

В США поставки SOFC топливных  элементов для подводных лодок  могут начаться в 2006 году. Компания FuelCell Energy разрабатывает 625 кВт топливные элементы для военных кораблей.

Японская подводная лодка  Urashima с топливными элементами PEMFC производства Mitsubishi Heavy Industries была испытана в августе 2003 года.

Складские погрузчики

Чуть менее половины новых  топливных элементов, установленных  в 2006 году на транспортные средства, были установлены на складские погрузчики. Замена аккумуляторных батарей на топливные  элементы позволит значительно сократить  площади, занимаемые аккумуляторными  цехами. Wal-Mart в январе 2007 года завершил вторую серию испытаний складских погрузчиков на топливных элементах.

 

5.Мобильные топливные  элементы

 Производство электрической энергии для мобильных устройств: мобильных телефонов, ноутбуков и т. д.

В 2006 году (как и в 2005) во всём мире было изготовлено около 3000 штук мобильных приложений. В 2008 году мировое производство выросло до 9000 штук[12]. Одним из основных потребителей была армия США. Армии требуются  легкие, ёмкие, бесшумные источники  энергии.

Благодаря спросу со стороны  военных, США заняли первое место  в мире по количеству разработок в  портативных приложениях. На Японию приходилось всего 13 % новых разработок в 2005 году. Наиболее активными были компании — производители электроники: Casio, Fujitsu Hitachi, Nec, Sanyo и Toshiba.

Весной 2007 года компания Medis Technologies начала продажи водородных топливных элементов для мобильных устройств.

Технологии

В портативных и электронных  приложениях доминируют PEM и DMFC топливные  элементы.

В 1941 год у техник-лейтенант войск противовоздушной обороны (ПВО) защищавших Ленинград во время Великой Отечественной войны Борис Шелищ предложил использовать "отработанный" водород из заградительных аэростатов войск ПВО в качестве топлива для двигателей автомобилей ГАЗ-АА. Полуторки использовались в качестве транспортно-энергетической единицы поста противовоздушной обороны. Лебедка автомобиля, приводимая в движение от двигателя ГАЗ-АА позволяла осуществлять подъем-спуск аэростатов. Это предложение было внедрено в 1941-1944 годах в блокадном Ленинграде. Было оборудовано 400 водородных постов ПВО. В условиях блокады и отсутствия бензина перевод автомобилей с бензина на водород позволил эффективно защитить город от прицельного бомбометания самолетами вражеской авиации.

В 1979 год у под научным руководством Шатрова Е.В. творческим коллективом работников НАМИ в составе Кузнецова В.М. (руководитель группы НАМИ), Раменского А.Ю. (аспирант НАМИ), Козлова Ю.А. (механик) был разработан и испытан опытный образец микроавтобуса РАФ, работающий на водороде и бензине.

В 1982 год у Совет Московского автомеханического института (МАМИ) рассмотрел диссертацию Раменского А.Ю. (научный руководитель Шатров Е.В.) на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме "Исследование рабочих процессов автомобильного двигателя на бензино-водородных топливных композициях". В России это по-видимому первая диссертация, в которой подробно изучались вопросы теории рабочих процессов ДВС, работающего на водороде .

В конце 1980х-начале 90х проходил испытания авиационный реактивный двигатель на жидком водороде, установленный  на самолёте ТУ-154.

В 2003 год у создана Национальная ассоциация водородной энергетики (НП НАВЭ). В 2004 году президентом ассоциации избран П. Б. Шелищ сын легендарного "Водородного лейтенанта".

В 2003 году компания «Норильский  никель» и Российская академия наук подписали соглашение о ведении  научно-исследовательских работ  в сфере водородной энергетики. «Норильский  никель» вложил в исследования 40 млн долларов.

 

В 2006 году «Норильский никель»  приобрел контрольный пакет американской инновационной компании Plug Power, являющейся одним из лидеров в сфере разработок, связанных с водородной энергетикой.

Глава «Норильского никеля»  Михаил Прохоров заявил в феврале 2007 года, что компания вложила в разработку водородных установок $70 млн и уже есть «не просто лабораторные, а действующие образцы», на внедрение которых уйдёт несколько лет. Начало промышленной реализации «водородного проекта», по его словам, намечено на 2008 год.

2008 год - ОАО ГМК «Норильский  никель» перестал финансировать  проект в области водородных  технологий и топливных элементов,  обанкротил свою дочернюю компанию  ООО «НИК НЭП», занимающуюся управлением  НИОКР. В результате банкротства  подрядчики не получили средства  за выполненные и принятые  работы в объеме почти 200 млн.  руб., непогашенная задолженность  по зарплате ООО «НИК НЭП»  перед сотрудниками составила почти 20 млн. руб.

 

6.Стационарные  приложения

В июне 2008 года компания Matsushita Electric Industrial Co Ltd (Panasonic) начала производство в Японии водородных топливных элементов. Компания планирует продать к 2015 году 200 тысяч бытовых энергетических систем на водородных топливных элемент.

В сентябре корейская компания POSCO завершила строительство завода по производству стационарных энергетических установок на водородных топливных  элементах. Мощность завода 50 МВт. оборудования в год.

Мобильные приложения

В октябре 2008 года продажи DMFC установок компании германской Smart Fuel Cell AG для домов на колёсах достигли 10 000 штук. Мощность установок от 0,6 кВт. до 1,6 кВт. В качестве топлива используется метанол. Канистры с метанолом продаются 800 магазинах Европы.

Транспорт

Первые лётные испытания  установки для бортового питания  на водородных топливных элементах  мощностью 20 кВт. проведены компанией Airbus в феврале 2008 года на самолёте Airbus A320 .

В марте 2008 года во время  экспедиции STS-123 шаттла Endeavour топливные элементы производства компании UTC Power преодолели рубеж в 100 тысяч операционных часов в космосе. Водородные топливные элементы производят энергию на борту шаттлов с 1981 года.

3 апреля 2008 года компания  Boeing провёла лётные испытания лёгкого двухместного самолёта Dimona с силовой установкой на водородных топливных элементах.

Автомобили

Компания Mercedes в марте 2008 года завершила зимние испытания автомобиля B-Class с силовой установкой на водородных топливных элементах.

Шанхайская компания Shanghai Volkswagen Automotive Company для Олимпийских игр в Пекине поставила 20 легковых автомобилей с силовой установкой на водородных топливных элементах.

В августе 2008 года в США  состоялся демонстрационный пробег водородных автомобилей. Автомобили компаний BMW, Daimler, General Motors, Honda, Nissan, Toyota, Hyundai и Volkswagen за 13 дней преодолели 7000 км .

Компания Honda начала продажи в лизинг автомобилей Honda FCX Clarity в США летом 2008 года. В Японии — в ноябре 2008 года.

Производство  водорода

В декабре германский институт Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) завершил строительство пилотной установки по производству водорода из воды в солнечных концентраторах. Мощность установки 100 кВт.

Разрабатывались технологии производства водорода из мусора, этанола, металлургического шлака, биомассы и другие технологии.

 

7.Примеры государственных программ развития

Успехи в развитии ряда водородных технологий показали, что  использование водорода приводит к  качественно новым показателям  работы систем и агрегатов, а результаты многочисленных технико-экономических  исследований говорят о том, что  водород, несмотря на свою вторичность в качестве энергоносителя, то есть стоит дороже, чем природное топливо, его применение во многих случаях экономически целесообразно уже сейчас. Поэтому работы в области водородной энергетики во многих, особенно в промышленно развитых странах, относятся к приоритетным направлениям развития науки и техники и находят всё большую поддержку со стороны как государственных структур, так и частного капитала.

7.1Южная Корея:

Министерство Коммерции, Индустрии и Экономики Ю. Кореи  в 2005 году приняло план строительства  водородной экономики к 2040 году. Цель — производить на топливных элементах 22 % всей энергии и 23 % электричества, потребляемого частным сектором.

С 2010 года правительство  Южной Кореи будет дотировать покупателю 80 % от стоимости стационарной энергетической установки на водородных топливных элементах. С 2013 года по 2016 году будет дотироваться 50 % стоимости, а с 2017 года до 2020 года — 30 %.

7.2 Индия:

В Индии создан Индийский  Национальный Комитет Водородной Энергетики. В 2005 году комитет разработал «Национальный  План Водородной Энергетики». Планом предусмотрены  инвестиции в размере 250 млрд рупий (примерно $5,6 млрд) до 2020 года. Из них 10 млрд рупий будет выделено на исследования и демонстрационные проекты, а 240 млрд рупий на строительство инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению водорода. Планом поставлена цель — к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион автотранспортных средств, работающих на водороде. Также к 2020 году будет построено 1000 МВт водородных электростанций.