ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ХРАНЕНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО ВОДОРОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Для систем хранения газообразного водорода под давлением

в сосуде объемом V основной интерес представляет массовая емкость, т. е. от­ношение массы максимально возможного количества запасенного водорода, определенной при давлении, близком к давлению разрыва баллона Рб, к общей массе системы Мс. Это отношение пропорционально коэффициенту эффектив­ности PF системы хранения

(1)

В СИ коэффициент эффективности имеет размерность Дж/кг.

При одинаковых условиях (материал, технология обработки) изготовления баллонов для хранения сжатого водорода масса баллона пропорциональна макси­мальному давлению. Таким образом, отношение массы запасенного газа к массе баллона не зависит от максимального давления в системе хранения. Поэтому единственным способом увеличения коэффициента эффективности является использование более прочных материалов и более совершенных технологий для изготовления газовых баллонов.

Малые количества водорода для использования в химических лабораторії удобно хранить в простых стальных цилиндрических газовых баллонах, рассч> ■ танных обычно на давление 150 атм.

Для транспортных средств, работающих на топливных элементах, использс ние сжатого водорода может быть практическим способом хранения топлив: . і борту. Очевидно, что системы хранения газообразного водорода под давление одни из самых простых и не требуют специального оборудования для извлеч ния газа из хранилища. Необходимо только иметь газовые баллоны с хорой1, коэффициентом эффективности.

Алюминиевые баллоны современной конструкции, усиленные оболочкой углеволокна, выглядят многообещающе. Они относительно легкие и могут сол ■ жать газ при давлении 500 атм: баллон объемом 0,15 м3 (150 л) может вмест 6 кг водорода (860 МДж) при суммарной массе менее 90 кг. Массовая емкое такого баллона составляет 6,7 % и сравнима с емкостью металлогидридных сис тем хранения водорода, рассмотренных в этой главе далее. Характер выхода і строя таких баллонов некатастрофичен: при разрыве оболочка не разлетает. ■ шрапнелью, а лишь отслаивается. Конструкция выполнена таким образом, утечка газа начинается до разрыва баллона.

Рассмотренный 150-литровый баллон может представлять собой цилиндр (г и ■ на 1,5 м, диаметр 0,36 м), разместить который на борту транспортного средс не представляет особых трудностей. На настоящий момент рекомендованное к соображений безопасности отношение давления разрыва к рабочему давление составляет 3:1, таким образом, давление разрыва баллона должно быть не мен 1500 атм, коэффициент эффективности при этом 250 кДж/кг.

Теплота сгорания водорода, содержащегося в таком баллоне, составляв ет 860 МДж, что по энергоемкости соответствует примерно 20 л бензин т. е. весьма немного, учитывая, что на обычном пассажирском автомобиле р; мещается 50-литровый бензобак. Стоит отметить, однако, что КПД двигате і на топливных элементах более чем в 2 раза превышает КПД двигателя внутр< него сгорания.

Для крупномасштабного хранения водорода можно использовать подземн: е структуры, такие как пористые горные породы, выработанные шахты пешерг водоносные горизонты и истощенные месторождения природного газа.

В настоящее время имеется лишь небольшой опыт подземного хранения ва - дорода. Однако результаты хранения гелия в подземных резервуарах г. Амарилл » штат Техас, позволяют надеяться, что при использовании данной технології і придется преодолеть лишь незначительные трудности.

На рис. 9.1 показана схема крупномасштабного хранилища газа на осно I использования подземного водоносного горизонта в полости между поверхи стью воды и непроницаемым слоем горной породы, образующим своеобразна > крышу.

В г. Амарилло подземное хранение 8,5 • 108 м3 гелия не вызвало проблем. Сто­ит отметить, что гелий характеризуется примерно такой же утечкой, как и водо­род. При нормальных условиях 8,5 • 108 м3 водорода эквивалентны 10 ООО ТДж запасенной энергии.

Рис. 9.1. Структура водоносного пласта, используемого для хранения водорода

Чтобы понять, насколько велика энергоемкость этого хранилища, можно сравнить ее с емкостью одной из крупнейших гидроаккумулирующих элек­тростанций1', расположенной в г. Людингтоне, штат Мичиган. Эта станция способна аккумулировать 54 ТДж, что почти в 200 раз меньше энергии, ко­торую можно аккумулировать в резервуаре Амарилло, если заполнить его водородом.

Другой системой хранения водорода могут стать те самые трубопроводы, которые используются для транспортировки газа. Обычный магистральный трубопровод для транспортировки природного газа имеет протяженность око­ло 1000 км. Диаметр трубопровода может быть около 1,2 м, а рабочее давление 6 МПа (60 атм). Количество водорода, которое можно запасти в таком трубо­проводе, эквивалентно энергии 1000 ТДж, т. е. примерно в 20 раз выше, чем может аккумулировать Лудингтонская ГАЭС.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) используют избыток вырабатываемой элек­троэнергии для закачки воды в резервуары, чтобы затем при необходимости использовать аккумулированную таким образом энергию для производства электроэнергии.