АТОМНЫЙ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ГАЗООХЛАЖДАЕМЫМИ РЕАКТОРАМИ ДЛЯ МАСШТАБНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ И ПРИРОДНОГО ГАЗА

摘要

Статья базируется на исследованиях и разработках, выполненных в нашей стране с начала 1970-х гг. по программе «Водородная энергетика». Исследования выполнялись Курчатовским институтом в сотрудничестве с ОКБМ и другими исследовательскими, конструкторскими, технологическими и промышленными предприятиями страны. Концепция водородной энергетики с атомным производством водорода получила тогда название атомно-водородной энергетики. В настоящее время интерес к этому направлению возобновляется. В январе 2017 г. был создан Международный совет по водороду, который в конце того же года представил масштабную дорожную карту перехода к водородной энергетике. Потребление водорода к 2050 г. оценивается в 550 млн т/год при сегодняшнем потреблении на уровне 75 млн т/год. Одним из основных стимулов такого развития служит снижение выбросов углерода потребителями энергии на транспорте, в энергетике и промышленности. Принципиальной ключевой проблемой водородной энергетики является крупномасштабное производство водорода. В странах с развитой экономикой более 80% водорода получают из природного газа и нефтепродуктов. Крупнотоннажное производство водорода осуществляется в основном путем паровой конверсии природного газа - метана. При этом для реализации эндотермического процесса паровой конверсии метана сжигается около половины исходного газа. Для экономии природного газа и исключения выбросов продуктов сжигания в окружающую среду предлагается технология паровой конверсии метана с подводом тепла от высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Создание тандема «высокотемпературный газоохлаждаемый реактор - паровая конверсия метана» в виде атомного энерготехнологического комплекса открывает путь крупномасштабного экологически чистого производства водорода. К особенностям высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, стимулирующим их применение в качестве энергоисточника при конверсии природного газа в водород, относят возможность генерации высокотемпературного тепла, передаваемого в технологический процесс, модульную конструкцию реактора, высокий уровень безопасности и маневренности. В России разработаны проекты модульных высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов для энерготехнологического применения. Атомная энерготехнологическая станция тепловой мощностью 2400 МВт. состоящая из четырех модульных высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов по 600 МВт каждый, способна обеспечить в процессе паровой конверсии метана производство более 0,8 млн т водорода в год из 2600 млн Нм~3 природного газа.%The article is based on studies and developments which have been made in our country since early 1970s within the "Hydrogen Energy" programme. The studies have been performed by RRC "Kurchatov Institute" in cooperation with OKBM and other Russian scientific, design, technological and industrial enterprises. The hydrogen energy concept with nuclear production of hydrogen was called "Nuclear Hydrogen Energy". Nowadays, the renewed interest in this field is observed. In late 2017, the International Hydrogen Council, established in January 2017, presented a largescale road map of changeover to hydrogen energy. Hydrogen consumption to 2050 is estimated as 550 million tons per year, at present-day hydrogen consumption at the level of 75 million tons per year. One of main drivers for such development is reduced carbon releases by power consumers with reference to transport, electric power industry and other industries. The crucial key problem of hydrogen energy is largescale hydrogen production. More than 80% of hydrogen is produced from the natural gas and oil products in countries with developed economy. Largescale hydrogen production is mainly based on steam methane reforming. In this case, approximately half of the initial gas is burnt to implement the endothermal process of steam methane reforming, It is proposed to use the steam methane reforming technology with the heat supplied from a high-temperature gas-cooled reactor to save natural gas and to prevent combustion product releases into the environment. The high-temperature gas-cooled reactor and steam methane reforming tandem established within nuclear power and process production complex opens the way to a largescale environmentally-friendly hydrogen production. The high-temperature gas-cooled reactor distinctive features, which promote high temperature gas-cooled reactor application as a power source for natural gas reforming into hydrogen, include the possibility to generate high-temperature heat transferred to production process, reactor modular design, high level of safety and maneuverability. A number of modular high-temperature gas-cooled reactors designs for power and process applications have been developed in Russia. A nuclear power and process station with thermal capacity of 2400 MW consisting of four modular high-temperature gas-cooled reactors of 600 MW each can produce via steam methane reforming process more than 0.8 million tons of hydrogen per year from 2600 million Nm~3 of natural gas.