close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Н-И работа Водородная энергетика

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА
(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
Направление : Естественно - научное
Тема : "Перспективы развития водородной энергетики в России"
Автор: Гладких Константин Геннадьевич
Специальность 140448 "Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования", 3 курс
Научный руководитель: Трубицына О.В.
Содержание
Введение 3 1. Актуальность исследования 3
2. Задачи исследования 4
3 . Способы использования водорода как источника энергии 7 4. Предпосылки возможности осуществления проекта в России 8
Заключение 9
Список использованных источников 10
Приложения:
Приложение 1. Презентация " Перспективы развития водородной энергетики в России"
Введение
"Что вчера ещё было мечтой, сегодня становится реальной задачей,
а завтра - свершением".
С.П.Королёв
Ни для кого не секрет, какую огромную роль, играет энергетика в жизни всего мира и нашей страны в частности. Зачастую, на основе состояния дел в энергетике страны принимаются соответствующие политические решения. Можно смело утверждать, что энергетика и в немалой степени ее электроэнергетическая составляющая во многом определяют безопасность государства. Сейчас, как никогда актуально высказывание индийского философа Гоми Баба: "Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток".
В настоящее время энергетические потребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов: органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращения ее в электрическую энергию. В то же время значительное количество энергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается в электрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием, следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.
1.Актуальность исследования.
Сегодня мы все чаще слышим о надвигающимся на человечество кризисе энергетических и минеральных ресурсов. Несомненно, Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория.
Вероятность надвигающегося энергетического кризиса определила
проблему исследования, которая предполагает два пути решения:
Первый - экономия при расходовании энергоресурсов
Второй - использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
Уменьшение потребления электрической энергии - это шаг назад в развитии цивилизации на Земле. Остается второй путь, на основе которого сформулирована
проблема исследования: "какой вид источника электрической энергии является наиболее эффективным и насколько возможно его использование в различных сферах деятельности человека и производства электрической энергии?".
Эта проблема определила тему исследования: "Исследование реальной возможности обеспечения России водородной энергетикой".
Данная проблема конкретизируется в цель исследования:
-рассмотреть вопросы роли энергетики в жизнедеятельности Человечества, современного состояния дел в энергетике и надвигающегося энергетического кризиса на Земле;
- определить новый, наиболее эффективный вид источника электрической энергии.;
- рассмотреть все достоинства и недостатки, использования водородной энергетики ;
- определить дальнейшее развитие водородной энергетики в России.
Объект исследования: Энергетическая система России
Предмет исследования: современное производство, передача и потребление электроэнергии в России
Гипотеза исследования:
- Дефицит источников энергии означает прямую угрозу энергетической безопасности страны; - использование водорода в качестве основного энергоносителя приведет к созданию принципиально новой водородной экономики;
- отечественная наука обладает достаточным потенциалом для реализации проекта водородной энергетики;
- предлагаемая система водородной энергетики является экологически чистой и способствует круговороту веществ в природе.
2. Задачи исследования
В соответствии с целью исследования и выдвинутой гипотезой были сформулированы следующие задачи исследования:
* определить основные тенденции, надвигающегося кризиса энергетических ресурсов и экологической ситуации в России;
* выделить ряд проблем, стоящих перед энергетикой;
* определить основные задачи энергетики по вопросу производства электрической энергии;
* проанализировать состояние дел в производстве электрической энергии в России;
* рассмотреть возможности использования водорода;
* провести исторический анализ возникновения идеи и разработки проекта водородной энергетики;
* рассмотреть варианты производства водорода;
* проанализировать специфические особенности передачи водородной энергии в сравнении с электрической;
* рассмотреть целесообразность осуществления проекта с экономической точки зрения;
* рассмотреть вопросы экологии при использовании водородной энергетики;
* провести сопоставительный анализ характеристик основных комплексных финансово- аналитических систем, определить круг задач для осуществления программы использования водородной энергии в России;
* сделать выводы о перспективах развития в России водородной энергетики;
* обозначить дальнейшие действия для осуществления поставленной цели - разработки проектов и использования водородной энергетики в России.
Основные методы исследования:
* Изучение и теоретический анализ литературы по исследуемой проблеме;
* Изучение реального состояния дел в производстве электроэнергии, при использовании запасов традиционных природных топлив;
* Анализ специфических особенностей водородной энергетики;
* Проведение сопоставительного анализа характеристик основных
комплексных финансово- аналитических систем.
Новизной исследуемой проблемы в данной работе явилось:
- определение настоящей ситуации в энергетике;
- постановка задачи энергетики на ближайшее будущее;
- определение ряда проблем, стоящих перед энергетикой в области производства электрической энергии;
- обоснована идея и необходимость разработки методов использования водородной энергетики и водородной экономики;
- приведены цитаты (мнения) известных людей по вопросу производства
электроэнергии;
- приведены примеры производства водорода, рассмотрены его достоинства и недостатки;
- рассмотрены вопросы экологии, связанные с производства электроэнергии из водорода;
- рассмотрены причины низкой технической и экономической эффективности водородной энергетики в России; -доказаны необходимость и возможности осуществления проекта водородной энергетики в России.
Глубина проработки:
Учебно-исследовательская работа включает: введение, 7 разделов - "Проблемы электроэнергетики и пути их решения", "История возникновения идеи водородной энергетики", "Особенности водорода как энергетического топлива и перспективы развития водородной энергетики", "Способы использования водорода как источника энергии", "Экологические особенности использования водородной энергетики", "Причины низкой технической и экономической эффективности водородной энергетики в России и пути их решения", "Предпосылки возможности осуществления проекта в России", заключение и приложения.
Во введении обоснована роль энергетики в современном мире и нашей страны в частности. Приводятся высказывания известных людей по вопросу значимости энергии для Человечества.
В основных разделах рассматриваются вопросы необходимости поиска
выхода из надвигающегося кризиса энергетических и минеральных ресурсов, о
возможных вариантах выхода из кризиса, о существующей идеи перспективах использования водорода в качестве энергетического источника и развития водородной энергетики в России. Представлены существующие способы использования водорода как источника энергии. Показана экологическая безопасность использования водорода в качестве топлива. Доказана необходимость создания водородного энергетического хозяйства и наличие в России достаточного потенциала для реализации проекта.
В заключении сделан вывод о том, что водородная энергетика имеет большие перспективы в развитии, имеется теоретическая база и достаточные наработки в области водородной энергетики и водородной экономики в России, которые необходимо продолжать и которые должны поддерживаться национальной программой в направлении развития новой технологии производства энергии.
3. Способы использования водорода как источника энергии
В производстве водорода сейчас два главных направления: традиционное - получение водорода с помощью обычных процессов реформинга натурального газа или угля с последующим транспортом водорода и использование его в разной форме; и второе направление - получение водорода из воды с помощью электролиза.
На сегодняшний день разработано несколько способов производства и транспортировки водорода в промышленных масштабах. Есть сегодня и техника для получения водорода и кислорода из воды. Это электролизеры, работающие на 25 %-ых водных растворах едкого натрия (NaOH) и 34 %-ых растворах едкого калия (КОН) с использованием никелевых электродов и давно освоенные отечественной промышленностью (предприятия Урала, Кузбасса, Ульяновска и др.). Для получения 1 м3/ч (90 г/ч) водорода требуется мощность постоянного тока, равная 4-5 кВт. Одно из направлений водородной энергетики - подземные необслуживаемые АЭС, удаленные от мест проживания людей. Именно с их помощью целесообразно получать водород из морской или речной воды в электролизерах высокого давления, а затем в сжатом или сжиженном виде по трубопроводам направлять его потребителям густонаселенных регионов. А водород, после его окисления, т. е. использования его энергии, уже в составе пресной воды возвращать в реки. Такие АЭС целесообразно размещать в северных регионах Сибири, где в изобилии морская и речная вода, есть морские транспортные коммуникации и средства доставки крупногабаритных грузов. Такие АЭС могут более 25 лет работать без обслуживания. Кроме того, их нетрудно автоматически захоронить на глубине до 100 м после выработки ресурса. Но существует проблема. Которая, казалось бы, может остановить почти реализованную мечту человечества о дешёвом топливе - водород, производимый и передаваемый в больших объемах взрывается. Казалось бы сама природа ставит нам запрет на использование водорода. Но выход найден!
Нет необходимости производить и хранить водород в больших количествах если водород задействован в дело исключительно в виде протона. Это возможно в топливных элементах, в которых происходит процесс, обратный электролизу. Распространение источников энергии, основанных на топливных элементах мощностью 15-200 кВт создаст основу для развития так называемой распределённой системы производства электроэнергии, когда производитель энергии является и её потребителем. Тем самым можно будет избавиться от многокилометровых электрических сетей и гигантских электростанций. Комбинация же "топливный элемент - тепловой насос" весьма перспективна для отопительного теплоснабжения будущего.
Тут идея проста: водород производится прямо на транспортном средстве из чего-то дешёвого и безопасного; ни на одной стадии не существует он в виде молекулы Н2, и передаёт энергию не виде тепла, а в виде электричества. То есть водород как элемент (исключительно в виде протона) может участвовать в процессе, но водорода, как химического вещества, нет вообще! Топливный элемент - химический источник тока, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, например, водорода, и окислителя (например, кислорода) из специальных резервуаров). Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, например, на космических аппаратах. Электрохимический генератор (ЭХГ) - химический источник тока, в котором реагенты в ходе электрохимической реакции непрерывно поступают к электродам. Состоит из батареи топливных элементов, а также систем хранения и подачи реагентов, отвода продуктов реакции, контроля и управления. Используются, например, в системах энергопитания космических аппаратов. КПД до 80%. 4. Предпосылки возможности осуществления проекта в России
В последние десятилетие стало совершенно очевидным, что дальнейшее интенсивное развитие современной энергетики и транспорта ведет человечество к крупномасштабному экологическому кризису.
Развитие новой технологии производства энергии позволит Российской Федерации находиться в одном ряду с развитыми странами мира. Единственной реальной возможностью постепенного перевода экономики страны с "рельсов нефтяной узкоколейки" на скоростную магистраль будущего является создание индустрии, связанной с получением, хранением, транспортировкой водородных энергоносителей и производством различных видов топливных элементов.
Отечественная наука обладает достаточным потенциалом для реализации этого проекта. Правительство Российской Федерации понимает значимость осуществления проекта и прилагает усилия для его осуществления.
Первый шаг в этом направлении сделали ОАО "Норильский никель" и Российская академия наук. Они договорились о совместных работах по развертыванию и финансированию наиболее важных научно-исследовательских работ по основным направлениям энергетических устройств на базе топливных элементов.
Заключение
Развитие новой технологии производства энергии позволит Российской Федерации находиться в одном ряду с развитыми странами мира
У нас нет другого выхода! Цель одна - постепенный переход России от экономики, ориентированной на экспорт нефти и газа, к экономике, основанной на технологичной, наукоемкой, экологически чистой водородной энергетике.
Водородная энергетика имеет большие перспективы в развитии. Водород экологически чистый вид энергоносителя. В России имеется теоретическая база и наработки в этой области, которые необходимо усовершенствовать.
Но, для осуществления программы требуется проведение большого объема научно-исследовательских и экспериментальных работ:
- открывается огромное поле деятельности для производства водорода;
- необходимо найти пути по уменьшению стоимости производства водорода;
- усовершенствование источников энергии, основанных на топливных элементах.
Учитывая большой объем научных исследований, которые еще необходимо провести, разработка и внедрение национальной программы и реальной поддержки работ в направлении развития новой технологии производства энергии все же необходимо надеется, что концентрация интеллектуального потенциала нашей страны на этом важнейшем направлении позволит получить исключительные по эффективности результаты. Основоположник практической космонавтики в нашей стране С.П. Королёв так охарактеризовал процесс создания новой техники: "Что вчера ещё было мечтой, сегодня становится реальной задачей, а завтра - свершением".
Водородная энергетика - проект ближайшего будущего, и осуществлять его предстоит нашему поколению.
Список использованных источников.
Однотомные издания
1. Жизнин,С.З. Энергетическая дипломатия России: экономика, политика, практика [Текст]: / С.Жизнин - М.ООО " "Ист Брук" 2005.-640с.
Многотомные издания
Отдельный том
1. Система водородной энергетики. [Текст]:
Журнал "Автомобильная промышленность", 2005 год, № 7 УДК 620.9 Д-р техн. наук Б.А. Адамович, А. Г. Дербичев, В. И. Дудов , ЗАО "Инресфонд"
2. Электротехнический справочник ..[Текст]: том 3 книга 1 производство и распределение электрической энергии / (Под общей редакцией профессоров МЭИ: И.Н.Орлова (гл.ред.) и др.) - М.,: Энергоатомиздат, 2008 - 880с.
Электронный ресурс
1. Источник: http://www.h2-energy.com
материалы компаний НИК НЭП, ЗАО "Газресурс", МИРЭА 2. http://www.nornik.ru/hydrogen_energy/ ОАО "ГМК "Норильский никель"
3. http://www.gazeta.ru/science/2008/02/20_a_2643259.shtml
Газета.ru Наука 24.11.2011
4. http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml
5. Источник: http://ru.wikipedia.org/
2
Автор
sotnik311
Документ
Категория
Энергетика
Просмотров
842
Размер файла
92 Кб
Теги
водородная, энергетика, работа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа