Металлогидридные технологии водородного аккумулирования энергии для автономных систем энергообеспечения на основе возобновляемых

摘要

Представлен обзор исследований технологии водородного аккумулирования энергии для возобновляемых источников энергии (ВИЭ), выполненных в ОИВТ РАН. При создании установок на основе возобновляемых источников энергии для обеспечения автономных потребителей теплом и электроэнергией одна из главных трудностей - несогласованность графиков подвода и потребления энергии. В частности, из-за неравномерного характера режимов работы ветровых и солнечных энергоустановок требуется создание системы аккумулирования энергии, позволяющей удовлетворять нужды потребителя в соответствии с необходимым ему графиком нагрузки. Одним из перспективных путей решения этой задачи является использование водородных систем аккумулирования [1-5]. Схема такой системы приведена на рис. 1. В этом случае водород производится электролизом за счет электроэнергии от ВИЭ, аккумулируется в системе хранения и используется для выработки электроэнергии по требуемому потребителем графику в низкотемпературных топливных элементах (ТЭ) или других энергоустановках (например, дизель-генераторах). Для энергоустановок киловаттного класса мощности топливные элементы (твердополимерные и щелочные) имеют максимальный КПД. Для них необходим водород чистотой выше 99.8%, поэтому при использовании в автономных системах низкотемпературных топливных элементов может потребоваться доочистка водорода. В настоящее время созданы весьма эффективные электролизеры на повышенные давления с КПД более 75% и энергозатратами 4.2-4.4 кВт·ч/м~3 (здесь и далее объем при нормальных условиях) и низкотемпературные топливные элементы (с твердополимерным и щелочным электролитом) с КПД более 55% [1]. Для комбинации "электролизер-топливный элемент" коэффициент рекуперации электроэнергии может быть выше 40%, что вполне приемлемо для энергоустановок на основе ВИЭ.