Водородная энергетика

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждения

Высшего профессионального  образования

Бирская государственная  социально-педагогическая академия

 

Кафедра химии

 

 

 

Курсовая работа на тему:

Водородная  энергетика

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 2 курса 2 группы

Факультета  биологии и химии

Янбаева Э. М.

Проверила:

 

Бирск, 2010

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Введение……………………………………………………………………………3

Глава 1. Перспективы применения водорода……………………………………9

Глава 2. Свойства водорода………………………………………………………12

Глава 3. Концепция энергоаккумулирующих веществ…………………………14

Глава 4. Производство водорода…………………………………………………17

Глава 5. Потенциал применения водорода………………………………………22

Заключение…………………………………………………………………………30

Литература………………………………………………………………………….33

 

 

Введение

Современная энергетика, как зарубежных стран, так и нашей  страны, основана преимущественно на потреблении углеводородных энергоресурсов. Электростанции сжигают природный  газ, мазут и уголь. Двигатели  автомобилей, самолетов и других массово применяемых машин используют также топливо на основе невозобновляемых углеводородных природных ресурсов. В общем балансе потребляемой энергии только атомная и гидроэнергия составляют крупную долю — где-то около одной четверти в нашей стране. Доля солнечной, геотермальной энергии, энергии ветра, морских волн увеличивается значительными темпами, но продолжает составлять очень небольшую величину. Рассчитывать на существенные прорывы в этой области пока не приходится, хотя в целом ряде стран наметился большой прогресс. Так, Франция около 80% электроэнергии получает на АЭС, Исландия и Дания значительную долю электричества вырабатывают с помощью ветра и т. д.

Дальнейшее  интенсивное развитие современной  энергетики и транспорта ведет человечество к крупномасштабному энергетическому и экологическому кризису.

Стремительное сокращение запасов ископаемого  топлива принуждает развитые страны принимать серьезные усилия по поиску альтернативных возобновляемых экологически чистых источников энергии.

Но в последние  годы наметился инновационный поворот к использованию более эффективного энергоресурса — водорода.

Современные авиационные, ракетные и автомобильные двигатели, топливные элементы все чаще начинают возвращаться к частичному или полному  использованию водорода. Водород  обладает целым набором качеств, делающих сегодня его употребление выгодным: он имеет большую энергоэффективность и химическую активность, в результате его сгорания образуется вода, не обладающая токсичностью и не наносящая ущерба окружающей среде. Правда, есть и недостатки; главные из них — дороговизна производства и пожароопасность.

Водородная  энергетика сформировалась как одно из направлений развития научно-технического прогресса более 30 лет назад. Работы по водородной энергетике во многих странах  относятся к приоритетным направлениям социально-экономического развития и находят все большую поддержку со стороны как государства, так и частного бизнеса. Ведется активный поиск путей перевода большинства энергоемких отраслей промышленности, включая транспорт, на водородное топливо и электрохимические генераторы на основе использования топливных элементов (ТЭ).

Водородные  топливные элементы считаются будущим  мировой энергетики благодаря своей  эффективности и экологической  безопасности.

Использование водорода в качестве основного энергоносителя приведет к созданию принципиально новой водородной экономики, станет научно-техническим прорывом, сравнимым по своим социально-экономическим последствиям с тем революционным воздействием на развитие цивилизации, которое оказали электричество, двигатель внутреннего сгорания, химия и нефтехимия, информатика и связь.

Около 1000 фирм, компаний, концернов, университетских  лабораторий, государственных и  научно-технических объединений  Запада уже много лет усиленно работают в различных направлениях водородной энергетики.

Учитывая существенный рост цен на энергоресурсы и серьезные  экологические проблемы, некоторые  страны уже приняли законы и государственные  программы по изучению водородных технологий и широкому их применению. В их числе  Исландия, США, Япония, ЕЭС.

В работы по ТЭ и энергетическим установкам на их базе ежегодно инвестируется свыше 500 млн.долл. США.

Наиболее динамично  развиваются эти работы в США, Канаде и Японии, где наряду с  большим объемом НИОКР, ведутся  активные работы по коммерциализации водородной энергетики. Создано большое количество энергетических установок на топливных элементах мощностью от единиц ватт до мегаватт, уже сейчас конкурентоспособных с аналогичными установками, основанными на традиционных технологиях сгорания углеводородного топлива.

С прогрессом в  области разработки энергоустановок  на основе ТЭ связывается надежда  на решение проблемы обеспечения  человечества возобновляемыми экологически чистыми энергоресурсами, а также  возможность изменения и совершенствования системы энергоснабжения (электро- и теплоснабжения) различных объектов - от сотовых телефонов, компьютеров и автомобилей до жилых домов, крупных промышленных предприятий и в целом городов.

Состояние работ  по водородной энергетике в России

В России водородная проблематика давно и активно изучалась, правда, в основном для военного применения, достаточно вспомнить, что топливные элементы летали в космос на "Буране".

Россия имеет  уникальные достижения в области  разработки ТЭ. Однако пока что свои возможности мы не используем в достаточной мере, обрекая себя не только на отставание в перспективной области энергетики, но в будущем ставим себя в зависимость от мировой экономической и политической конъюнктуры.

Основные причины, препятствующие работам в России по ТЭ и водородной энергетике:

- отсутствие  национальной программы по разработке  и производству ТЭ и энергетических  установок на их основе;

- отсутствие  целевого государственного финансирования  фундаментальных и прикладных  исследований и разработок в области ТЭ. (Ранее они финансировались в рамках ракетно-космических программ);

- неразвитость  и неготовность промышленной  базы для производства ТЭ и  энергетических установок на  их базе;

- неготовность  частного бизнеса по–настоящему  субсидировать фундаментальные и прикладные исследования;

- отсутствие  четкой и ясной государственной  политики и реальной поддержки  работ по экологически чистым  ресурсо- и энергосберегающим  технологиям.

ГМК "Норильский никель", крупнейшая в России и  одна из крупнейших в мире компаний по производству драгоценных и цветных металлов, произвел значительные инвестиции в отечественную академическую науку, купил крупный пакет акций американской инновационной компании, ориентированной на разработку топливных элементов. Интерес "Норникеля" понятен: он — крупнейший производитель палладия и всех других платиноидов, без которых невозможно производство топливных элементов, существенно увеличивающих КПД производства энергии без нанесения вреда окружающей среде.

В целях сокращения допущенного отставания в исследованиях и разработках по водородной энергетике и топливным элементам и осознавая исключительное значение водородной энергетики для экономики России, ОАО "ГМК "Норильский никель" и Российская академия наук договорились о совместных работах по развертыванию и финансированию наиболее важных фундаментальных, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по основным направлениям и элементам топливных элементов и энергетических устройств на их базе, предусмотрев в том числе:

• создание научно-технического, технологического и конструкторского задела по ключевым агрегатам, устройствам и системам водородной энергетики и ТЭ;
• формирование базовой кооперации академических институтов и промышленных предприятий по созданию систем и устройств водородной энергетики на основе ТЭ различных типов;
• отработку механизма финансирования работ по водородной энергетике и ТЭ с использованием частного капитала;
• изучение конъюнктуры рынка ТЭ и энергетических устройств на их базе;
• отбор наиболее привлекательных коммерческих (конкурентоспособных) проектов для освоения их серийного производства и продвижения на рынок;
• создание предприятий по производству ТЭ и энергетических установок на их основе;
• подготовку предложений по вариантам водородной инфраструктуры России и структуры автономной энергетики с использованием систем на базе ТЭ; 
• формирование национальной программы России по водородной энергетике, создание руководящих и координирующих органов по ее реализации;
• подготовка предложений по формированию федеральной бюджетной политики финансирования работ по водородной экономике и ТЭ;
• разработка законодательной базы, нормативных документов, системы национальных стандартов, регламентов и требований к инфраструктуре водородной энергетики и ее ключевым элементам;
• пропаганда среди населения достоинств и преимуществ водородной энергетики, перехода страны к водородной экономике и др.

Предусматривается создать Совет по водородной энергетике и топливным элементам Российской академии наук, а также учредить всероссийский журнал по водородной энергетике.

За годы пристального внимания науки к водороду и его  практического использования накопился  опыт, на основе которого можно сформулировать несколько стратегических задач  для отечественного нефтегазового  комплекса.

Первая — энергетическая безопасность, провозглашенная нашим президентом как стратегическая программа, для реализации которой у России есть неоспоримые преимущества, она может получить серьезное усиление за счет принятия программных долгосрочных документов по водородной энергетике, конкретизирующих инновационность сформулированной задачи, но при обязательном регулировании этих процессов государством.

Вторая задача связана с тем, что существенный прогресс водородной энергетики, особенно в больших мегаполисах, возможен только за счет реального получения больших объемов водорода. Производство его методом электролиза воды в больших масштабах пока не получается, но есть метод риформинга — каталитического разделения природного и попутного нефтяного газа, который на начальном этапе поможет получить промышленные потоки водорода и практически отработать остальные элементы водородной концепции. Но эти вопросы нельзя решить без заинтересованности нефтяников и газовиков. Нужна активная позиция менеджмента нефтегазовой отрасли. Водородные автозаправки уже работают в Японии и США, пора открывать их и в Москве.

Третья задача определяется тем, что новые коммерческие продукты переработки углеводородов  с получением промышленных объемов  водорода очень важны для инновационного развития нашей страны. Как в свое время план ГОЭЛРО, массовое использование водорода вызовет синергетический эффект во всех сферах жизнедеятельности России, и поэтому инициаторы вправе рассчитывать на льготы в форме государственной поддержки, налоговых каникул и других преференций. Прибыльность отрасли и ее общественная значимость возрастет.

И наконец, четвертая  задача: комплексный подход к использованию  минерально-сырьевых и особенно энергетических ресурсов не может мириться с современными параметрами эффективности использования отечественных возможностей. Государственные компании могут и должны активнее демонстрировать динамику опережающего развития, выступать фирмами-операторами, объединяющими корпоративные возможности совершенствования всего воспроизводственного энергетического цикла с выдачей инновационных продуктов, создающих основу для устойчивого развития России. "Роснефть" имеет лидирующие позиции для инициатив в этом направлении.

 

Глава 1. Перспективы применения водорода

Решение проблем  энергетики и энергоснабжения — ключ к решению очень многих экономических и хозяйственных проблем.

Прежде всего, рассмотрим источники, из которых человечество в настоящее время черпает  энергию для своей хозяйственной  деятельности:

Приведем данные нескольких исследователей.

По данным организации "Гринпис", структура мирового энергопотребления в начале 90-х годов выглядела следующим образом:

 

рис. 1. Структура мирового энергопотребления

 

По данным "Центра Кургиняна", на начало 1997г. доли различных источников в совокупном мировом энергопотреблении составляли: нефть — 38%, газ — 29%, уголь — 22%, и лишь около 10% приходилось на все остальные источники энергии вместе взятые