Получение водорода и гибридное использование щелочных металлов в технологиях энергетического производства и хранения электрической энергии с применением ЭХГ и ГТУ

Водород является эффективным энергоносителем для теплоэнергетических технологий и электрохимических источников электрического тока. Предлагаемая технология исключает необходимость хранения и транспортировки водорода и обеспечивает его производство в объеме, необходимом для непосредственного использования на электростанциях. В данной работе рассматривается возможность использования щелочных металлов, как наиболее эффективного метода получения водорода при реакции с водой. Продукт реакции (щелочь) повторно восстанавливается до чистого металла электролизом за счет энергии (в период ночного провала энергопотребления ТЭС и АЭС) или за счет энергии ВИЭ в период её природного наличия (ГЭС, ФЭС, ВЭС).
Расчетные исследования показали, что процесс восстановления воды щелочными металлами экзотермический, с выделением теплоты высокого термодинамического потенциала, что позволяет наряду с прямым преобразованием водорода в электрическую энергию с помощью топливных элементов осуществить дополнительное производство электрической энергии на основе термодинамических циклов Ренкина или Брайтона.

1. Дзюба А. П. Повышение энергетической эффективности экономики России на основе комплексного управления спросом на электроэнергию и газ // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. – 2019. – № 9 (177). – С. 38-50.

2. Лямбель А. Н., Пахалуев В. М., Щеклеин С. Е. Об электроотоплении многоквартирного дома в комплексе «энергосистема-дом» // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2018. – №. 19-21. – С. 91-100.

3. Сомова Е. В. Расширение регулировочного диапазона энергоблоков: проблемы и их решение // Теплоэнергетика. – 2024.– № 4.– С. 40-51.

4. Калимуллин Л. В., Левченко Д. К., Смирнова Ю. Б., Тузикова Е. С. Приоритетные направления, ключевые технологии и сценарии развития систем накопления энергии // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2019.– № 1.– С. 42-54.

5. Лушников О. Г. О потребностях энергосистемы в регулирующих мощностях и направлениях работы ОАО «РусГидро» по строительству ГАЭС // Гидротехническое строительство. – 2015. – №. 7. – С. 31-41.

6. Дудолин А. А. Внедрение высокоманевренных газотурбинных теплоэлектроцентралей как способ повышения тепловой и экологической эффективности ЕЭС России // Вестник Московского энергетического института. – 2023. – № 2.– С. 86-97.

7. Елистратов В. В. Использование принципов гидроаккумулирования при работе ветроэлектростанций // Энергетическая политика. – 2009. – №. 5. – С. 12-17.

8. Беликов В. В., Кочетков В. В., Третьюхина Е. С. Численные исследования нестационарных гидравлических режимов работы совмещенного нижнего бассейна Загорских ГАЭС-1 И ГАЭС-2 // В сборнике: Безопасность энергетических сооружений. Научно-технический и производственный сборник. – Москва,

9. – С. 112-127.

10. Белобородов С. С. Влияние суточной и сезонной неравномерности выработки электроэнергии солнечными и ветровыми электростанциями на структуру генерирующих мощностей в энергосистеме Германии // Электрические станции. – 2020. – № 5 (1066). – С. 2-7.

11. Волошин Е. А., Онисова О. А., Наволочный А. А. Исследование балансов мощности при внедрении возобновляемых источников энергии и накопителей электрической энергии в электрическую сеть // Вестник Московского энергетического института. – 2022. – № 3. – С. 11-22.

12. Лосева И. Г., Перышкин М. Д., Какушина Е. Г., Решетникова Т. В., Небесный В. В. Оценка динамики снижения мощности источников нетрадиционной и возобновляемой электроэнергии (СЭС, ВЭС, далее – ВИЭ). Использование величины снижения мощности ВИЭ в качестве нормативного возмущения // Энергетические установки и технологии. – 2020. – Т. 6. – № 4. – С. 51-56.

13. Ершов С. В., Смолин С. О. Перспективные схемы ветро- дизельных установок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2018. – № 12. –С. 49-54.

14. Обухова Н. В., Башкатова К. И., Егоров А. О. Режимы работы Сакмарской солнечной электростанции Оренбургской энергосистемы // В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи – 2018. Материалы IX Международной молодежной научно-технической конференции. – 2018. – С. 139-142.

15. Какоуров М. А. Анализ процесса интеграции ВИЭ в энергосистемы // В сборнике: Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – 2021. – С. 174-178.

16. Шамсиев Б. Х., Шамсиев Х. А. Анализ перспектив развития ОЭС Центральной Азии с учетом интеграции ВИЭ // Известия НТЦ Единой энергетической системы. – 2022. –№ 1 (86). – С. 78-86.

17. Везироглу Т. Н., Сахин Ш. Энергетика 21-го века: водородная энергетика // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2014. – № 2 (142). – С. 12-28.

18. Малышенко С. П. Исследования и разработки ОИВТ РАН в области технологий водородной энергетики (к 50-летию ОИВТ РАН) // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2011. – № 3 (95). – С. 10-34.

19. Филиппов С. П., Голодницкий А. Э., Кашин А. М. Топливные элементы и водородная энергетика // Энергетическая политика. – 2020. – № 11 (153). – С. 28-39.

20. Литвиненко В. С. и др. Барьеры реализации водородных инициатив в контексте устойчивого развития глобальной энергетики // Записки Горного института. – 2020. – Т. 244. – С. 428-438.

21. Варавва Н. Э. Химия в схемах и таблицах. – М: Эксмо. – 2016. – 208 с.

22. Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. – М.: Химия. – 1975. – 584 с.

23. Карапетьянц М. Х., Карапетьянц М. Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. – М.: Химия. – 1968. – 270 с.

24. Королев В. Н., Толмачев Е. М. Техническая термодинамика // Екатеринбург, УГТУ-УПИ. – 2001. – 180 с.

25. Мунц В. А., Павлюк Е. Ю. Основы теории горения // Екатеринбург, УГТУ-УПИ. – 2005. – 102 с.

26. Трифонов Д. Н. Структура и границы периодической системы // М: Атомиздат, 1969. – 271 с.

27. Коровин Н. А. Топливные элементы и электрохимические установки // М: Изд. МЭИ. – 2005. – 145 с.

28. Собянин В. А. Высокотемпературные твердоокисные топливные элементы и конверсия метана // Российский химический журнал. – 2003. –Т. 47, № 6. – С. 62-70.

29. Кузмина Н. К., Дубинин А. М. Использование алюминиевой пудры в качестве топлива для когенерационной парогазовой установки // Инновации. Наука. Образование. – 2021. –№ 6. – С. 694-714.

30. Радченко Р. В., Мокрушин А. С., Тюльпа В. В. Водород в энергетике: учеб. пособие под ред. Щеклеина С. Е. / Екатеринбург: Изд-во Урал. унта, 2014. – 229 с.