Научная статья на тему 'Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода'

Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
991
258
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВОДОРОД / ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА / МЕТАНО-ВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО / МЕТАНОВОДОРОДНАЯ СМЕСЬ / ДЕКАРБОНИЗАЦИЯ / НИЗКОУГЛЕРОДНАЯ ЭКОНОМИКА / АДИАБАТИЧЕСКАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА / ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА / ТОКСИЧНЫЕВЫБРОСЫ / HYDROGEN / HYDROGEN ECONOMY / METHANE-HYDROGEN FUEL / METHANE-HYDROGEN MIXTURE / DECARBONIZATION / LOW-CARBON ECONOMICS / ADIABATIC CONVERSION OF METHANE / CLIMATE CHANGING / TOXIC EMISSIONS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Аксютин О. Е., Ишков А. Г., Романов К. В., Тетеревлев Р. В., Пыстина Е. А.

В статье представлен обзор энергетической модели на основе водорода, ее преимущества и перспективы, а также вклад газовой отрасли в ее формирование. Рассмотрена наиболее экономичная технология получения водорода и метано-водородной смеси (МВС) с высоким содержанием водорода посредством адиабатической конверсии метана.Самым перспективным рынком использования МВС является топливно-энергетический комплекс. Стимулами к развитию данного направления может стать применение водорода и МВС в производственных процессах газовой отрасли в целях повышения ее эффективности; нефтеи газохимии для получения различной продукции без выбросов СО2; транспортном, промышленном и жилищно-коммунальном секторах с несомненным снижением нагрузки на окружающую среду, в том числе в целях сохранения климата.Уникальные свойства водорода обеспечивают возможность повышения КПД тепловых двигателей, причем реальный цикл двигателя при работе на водороде существенно ближе к теоретическому, чем на любом углеводородном топливе. Применение метано-водородного топлива способствует снижению токсичности выбросов, объема выбросов парниковых газов, эксплуатационного расхода топлива и повышению экономичности промышленных процессов. Рассмотрены преимущества использования возобновляемых источников энергии для получения водорода из природного газа и использования в дальнейшем метано-водородной смеси.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Gas industry impact to designing of a hydrogen-based energy pattern

This is a review of a hydrogen-based energy model. Its advantages and prospects are revealed, as well as the contribution of gas industry to construction of the named pattern. The most promising technique for production of hydrogen and a methane-hydrogen mixture with high concentration of hydrogen by means of the adiabatic methane conversion is presented.The very perspective market for the methane-hydrogen mixtures is the fuel and energy industry. To stimulate this trend, the hydrogen and methane-hydrogen mixtures must be applied in the correspondent industrial processes at gas facilities rising their efficacy; as well as in petroleum and gas chemistry for getting different СО2-emission free products; in transport, housing and communal services etc. These applications will obviously reduce environmental loads including climate protection.The unique properties of hydrogen could improve performance of heat engines, and a real cycle of a hydrogen engine is quite closer to a theoretical one than in case of any hydrocarbon-based engine. Application of methanehydrogen fuel provides reduction of toxic extras and emission of the greenhouse gases, decreases fuel consumption and increases industrial profitability. In particular, the paper reveals advantages of the renewable energy sources for hydrogen extraction from the natural gas and further usage of the methane-hydrogen mixtures.

Текст научной работы на тему «Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода»

УДК 622.276:504

Вклад газовой отрасли в формирование энергетической модели на основе водорода

Ключевые слова:

водород,

водородная

энергетика,

метано-водородное

топливо,

метано-

водородная смесь,

декарбонизация,

низкоуглеродная

экономика,

адиабатическая

конверсия метана,

изменение климата,

токсичные

выбросы.

О.Е. Аксютин1, А.Г. Ишков1, К.В. Романов1, Р.В. Тетеревлев1, Е.А. Пыстина2*

1 ПАО «Газпром», Российская Федерация, 196210, г. Санкт-Петербург, ул. Внуковская, д. 2, лит. А, БЦ «Пулково-Скай»

2 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, вл. 15, стр. 1

* E-mail: [email protected]

Тезисы. В статье представлен обзор энергетической модели на основе водорода, ее преимущества и перспективы, а также вклад газовой отрасли в ее формирование. Рассмотрена наиболее экономичная технология получения водорода и метано-водородной смеси (МВС) с высоким содержанием водорода посредством адиабатической конверсии метана.

Самым перспективным рынком использования МВС является топливно-энергетический комплекс. Стимулами к развитию данного направления может стать применение водорода и МВС в производственных процессах газовой отрасли в целях повышения ее эффективности; нефте- и газохимии для получения различной продукции без выбросов СО2; транспортном, промышленном и жилищно-коммунальном секторах с несомненным снижением нагрузки на окружающую среду, в том числе в целях сохранения климата.

Уникальные свойства водорода обеспечивают возможность повышения КПД тепловых двигателей, причем реальный цикл двигателя при работе на водороде существенно ближе к теоретическому, чем на любом углеводородном топливе. Применение метано-водородного топлива способствует снижению токсичности выбросов, объема выбросов парниковых газов, эксплуатационного расхода топлива и повышению экономичности промышленных процессов. Рассмотрены преимущества использования возобновляемых источников энергии для получения водорода из природного газа и использования в дальнейшем метано-водородной смеси.

В настоящее время изменение климата - один из самых актуальных вопросов в мировой политической повестке дня. В конце 2015 г. более 150 глав государств и правительств приняли участие в работе Климатической конференции ООН в Париже, в рамках которой страны согласовали новое международное соглашение в данной области (вступило в силу 04.11.2016). Парижское климатическое соглашение формально является рамочным документом, так как не вводит каких-либо квот, налогов, и действия стран называются не обязательствами, а вкладами, определяемыми на национальном уровне. Однако данное соглашение стало в некотором роде «знаком», указывающим на смену парадигмы развития цивилизации и начало низкоуглеродного тренда, т.е. развитие с минимальным количеством выбросов парниковых газов.

Для решения задач сохранения климата 13 ведущих энергетических, транспортных и промышленных компаний, таких как ENGIE, Royal Dutch Shell, Total, Alstom, Linde Group, Toyota, BMW Group, Daimler, Honda, Hyundai Motor, Kawasaki, Air Liquide, Anglo American, объединили усилия для запуска новой энергетической модели на основе водорода. В этих целях 17.01.2017 в г. Давосе был учрежден Водородный совет (Hydrogen Council) [1]. Данная инициатива заключается в инвестировании дополнительных средств в ускоренное развитие и коммерциализацию водородных технологий (рис. 1). В настоящее время ежегодные инвестиции данных компаний в разработки водородной тематики составляют 1,4 млрд евро в год и будут значительно увеличены в последующем.

Водород является надежным и универсальным источником чистой энергии, обладая большим потенциалом как инструмент реализации перехода к устойчивой

1,9

В прошлом В настоящем В будущем 2005-2014 гг. 2016-2017 гг. 2018-2022гг.

Рис. 1. Объемы планируемых капиталовложений участников Водородного совета, млрд евро/год

низкоуглеродной экономике, выполняет семь функций в декарбонизации крупнейших секторов экономики [1]:

1. Позволяет осуществить эффективную интеграцию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергосистему.

Существуют два пути увеличения гибкости и эффективности энергетической системы с большим количеством разнообразных ВИЭ при помощи водородных технологий:

• водород, получаемый методом электролиза, используя излишки электроэнергии в период перепроизводства, позволяет либо моне-тизировать электроснабжение в других секторах экономики (на транспорте, в промышленном производстве, при обогреве жилых зданий), либо сохранить эту электроэнергию для последующего использования. Таким образом, водород потенциально позволит улучшить показатели экономической рентабельности капиталовложений в возобновляемую энергетику и увеличить надежность электроснабжения. Водород также может использоваться в специализированных топливных элементах установок совместного производства тепла и электроэнергии как в промышленности, так и в жилищном секторе;

• водород может выступать в качестве резервного источника энергии в период дефицита

ее поставок или долгосрочного безуглеродного источника энергии сезонного хранения с тем, чтобы получать энергию тогда, когда производство ее из ВИЭ снижается, а спрос растет (например, зимой на европейском континенте) (рис. 2 и 3). Подземное хранение больших объемов водорода уже является общепринятой практикой в промышленности и не представляет никаких технических сложностей.

2. Обеспечивает распределение энергии между различными отраслями экономики и регионами.

Поскольку водород и его соединения отличаются высокой энергетической плотностью и их можно легко транспортировать, он содействует эффективному и гибкому распределению энергии. Перевозка водорода морским или автомобильным транспортом, а также его перекачка по трубопроводам позволяют эффективно перераспределять энергию как на региональном, так и международном уровнях. Это преимущество использования водорода становится с экономической точки зрения привлекательным решением задачи транспортировки больших объемов энергии на значительные расстояния или в тех секторах экономики, где технологические и/или экономические факторы препятствуют прямой электрификации. Сегодня наиболее распространенными формами транспортировки водорода и его смесей (в том числе метано-водородных) являются трубопроводы (практически 100%-ная эффективность) и трейлеры для перевозки баллонов с водородом в газообразном или сжиженном виде. По мере роста объемов использования водорода в течение ближайших 15 лет затраты на его сжижение и транспортировку, как ожидается, упадут на 30-40 %.

3. Действует в качестве буферного элемента для повышения устойчивости энергосистемы.

Высокая энергетическая плотность водорода, его пригодность для хранения в течение длительного времени, а также самые разнообразные варианты его использования делают водород перспективным буферным элементом, в том числе с точки зрения формирования стратегического запаса. Наиболее эффективной формой создания резервов было бы сочетание различных энергоносителей (ископаемые виды топлива, биотопливо/биомасса/синтетическое топливо и водород), которые могут использоваться по своему целевому назначению напрямую или после определенной трансформации.

выпуск на рынок новых водородных технологий ■ НИОКР по водородным технологиям

=с и

(9

о р

М

250

200

150

100

50

производство энергии из возобновляемых источников спрос на энергию

Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Ноябрь Дек. Янв. Февр. Март

Спрос на энергию зимой выше, а ее производство за счет возобновляемых источников меньше

Рис. 2. Механизм использования водорода с целью его сезонного хранения в качестве резервного источника энергии. Модель процесса: Германия, 2050 г.

£ ЮГВт

О

С

| 1ГВт 100 МВт 10 МВт 1 МВт 100 кВт 10 кВт 1 кВт

щ суперконденсатор маховик аккумулятор сжатыйвоздух

гидроаккумулирующие системы водородные системы хранения*

0

Минута Час День Неделя Сезон

Длительность разряда

* Данные МЭА были актуализированы с учетом недавно начавшегося массового строительства резервуаров для хранения водорода на 1 МВт.

Рис. 3. Область применения безуглеродных технологий хранения энергии

(Источник: Дорожная карта энергетических технологий МЭА. Водород и топливные элементы. Отчет по научным и политическим вопросам Объединенного исследовательского центра, 2013 г.)

4. Содействует декарбонизации транспортного сектора.

Декарбонизация транспорта потребует повсеместного внедрения транспортных средств с нулевыми выбросами, например автомобилей на водородных топливных элементах (РСБУ). Использование водорода в топливных

элементах позволяет избежать выбросов в атмосферу, а также получить бесшумные двигатели. При этом БСБУ имеют ряд других существенных преимуществ. Во-первых, они могут пройти значительное расстояние без необходимости дозаправки (уже более 500 км). Во-вторых, дозаправка не занимает много

времени: 3-5 мин, т.е. практически столько же, сколько у современных бензиновых/дизельных автомобилей. В-третьих, благодаря более высокой энергетической плотности водородного топливного элемента (по сравнению с аккумулятором) влияние количества аккумулируемой энергии (кВтч) на стоимость и вес силового агрегата Б СБУ минимально. Наконец, инфраструктура для БСБУ может быть создана на основе уже существующей сети автозаправочных станций, что является преимуществом с точки зрения затрат, а также позволяет сохранить рабочие места и внеоборотные активы.

5. Содействует декарбонизации промышленного сектора.

Промышленный сектор нуждается в повышении энергоэффективности (в том числе путем рекуперации отработанного тепла). Технологии парового электролиза могут превратить отработанное тепло в водород. Промышленности также необходимо декарбонизи-ровать источники тепла для технологических нужд, в том числе тепла низкого и высокого потенциала.

В промышленности существует несколько способов декарбонизировать тепло низкого потенциала. Там, где водород является побочным продуктом химической промышленности и вследствие этого легко доступен, или там, где требуются не только тепло, но и непрерывное электроснабжение, водород, безусловно, будет являться самым лучшим решением благодаря сочетанию топливных элементов с топливно-энергетической установкой (ТЭУ), печами или модифицированными газовыми турбинами. Топливные элементы обладают большей эффективностью, чем печи, так как одновременно дают и тепло, и электричество, но их внедрение требует существенных капиталовложений. С другой стороны, для перевода печей на водород требуется лишь некоторая модификация уже имеющегося оборудования.

Тепло высокого потенциала (свыше 400 °С) декарбонизировать сложнее. Здесь, в зависимости от условий, водородные печи могут использоваться в дополнение к электрическим нагревателям.

Сжигание водорода не приводит к выбросу оксидов серы и других твердых частиц, практически отсутствуют выбросы оксидов азота.

6. Содействует декарбонизации нефте-и газохимических отраслей.

При применении технологий улавливания и использования углекислого газа (УИУ) (в качестве альтернативы хранению СО2) потребуется водород, чтобы превращать собранный углерод в полезные химические вещества, такие как метанол, метан, муравьиная кислота или мочевина. Подобное использование водорода сделает технологии УИУ жизнеспособной альтернативой для тех отраслей, декарбонизация которых представляет особую сложность, например производство цемента и стали, а также будет способствовать декарбонизации определенных частей газо- и нефтехимической производственно-сбытовой цепочки.

Химические свойства водорода также позволяют использовать его в качестве сырья для химических процессов, в том числе для производства аммиака и метанола.

7. Способствует декарбонизации жилищно-коммунального сектора.

При отоплении зданий водород может использоваться непосредственно в качестве топлива или в составе водородных технологий. Однако предпочтительнее всего было бы использовать их комбинацию, например микро-ТЭУ на топливных элементах в качестве конвертера энергии. Такие установки позволяют вести эффективное производство тепла и электрической энергии (> 90 %). Для домов, подсоединенных к газовой сети, переход на отопление на основе технологий сжигания водорода может дать возможность использования существующей газовой сети. При весьма небольшой модификации и капиталовложениях такая сеть позволит безопасно перекачивать смесь водорода и природного газа.

Промышленные способы получения водорода

В настоящее время в мире существует несколько промышленных способов получения водорода. Причем производство водорода может осуществляться вообще без углеродного следа при соблюдении определенных условий. Например, глубокая переработка природного газа, осуществляемая с использованием плаз-мохимических механизмов его конверсии (в закрытом плазмохимическом реакторе проточного типа при низком давлении), реализуется без использования кислорода и, соответственно, без каких-либо выбросов. В этом случае сопутствующим водороду продуктом является

чистый углерод с относительно высоким содержанием ценных компонентов - фуллеренов (рис. 4).

В Европейском союзе формируется позиция о том, что только водород из ВИЭ может быть использован для получения «зеленого» газа, что может незаслуженно ограничить возможности других производителей водорода, в том числе в части его добавления в европейскую газотранспортную сеть. Вместе с тем, учитывая актуальность климатической тематики, именно природный газ является основой переходного периода к водородной энергетике.

Наиболее доступным и дешевым способом получения водорода считается паровая конверсия метана. Новая технология адиабатической конверсии метана (АКМ), разработанная в России, существенно упрощает промышленный процесс получения метано-водородной смеси (МВС), поскольку не требует производства кислорода, происходит при более низких температурах (до 680 °С), не требует энерго-и капиталозатратного электролиза воды и построена на отработанных в крупнотоннажной химии технологических решениях, режимах и катализаторах. Данный процесс является наиболее экономичным способом получения водорода и в будущем может стать базовым для водородной энергетики на основе природного газа.

Наиболее перспективным рынком использования МВС является топливно-энергетический комплекс. Стимулом для развития данного направления может стать применение МВС для внутренних нужд газовой промышленности в целях повышения эффективности деятельности как при добыче, так и при транспортировке природного газа. МВС может быть использована в качестве топлива для газоперекачивающих агрегатов (ГПА).

Интеграция технологий утилизации тепла отходящих газов и низкотемпературной АКМ позволит создать газотурбинную установку нового типа на метано-водородном топливе с высокими энергетическими и экологическими показателями.

В настоящее время применение технологий получения МВС на промыслах может рассматриваться прежде всего в целях нормализации газового сырья и повышения эффективности использования на месторождениях так называемых «жирных газов» (газа стабилизации, попутного газа с малодебитных, труднодоступных и низконапорных месторождений), транспортировка которых оказывается нерентабельной.

Применение технологии АКМ для получения МВС на промыслах позволит не только обеспечить вовлечение водорода в традиционную энергетику, но и в значительной мере избавит от необходимости предварительного от-бензинивания и фракционирования природного газа на весьма сложных и капиталозатрат-ных установках, позволит создать малотоннажные производства метанола.

На рис. 5 представлена схема технологического процесса АКМ. После смешения природного газа с водяным паром образовавшаяся парогазовая смесь (ПГС) поступает на нагрев в высокотемпературный технологический теплообменник (ВТТ), а затем с температурой 640-680 °С направляется в двухсекционный адиабатический реактор, заполненный катализатором. После реактора МВС с водяными парами поступает в котел-утилизатор для уда -ления влаги. На выходе из котла-утилизатора получается очищенная метано-водородная смесь. В некоторых случаях, например в описанной ниже схеме «тандем», МВС с водяными

\ Скоростной II ^^ г\ м Т.™ Щ/ окси-пиролиз ПО-ОП

Метан Пиролиз

н н

* -Ж

Без выбросов С02

о

Энергия

Рис. 4. Принцип пиролиза метана

Ввод природного газа Рис. 5. Технологическая схема адиабатической конверсии метана

парами без удаления влаги направляется в камеру сгорания газотурбинной установки [2, 3].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В настоящее время в ПАО «Газпром» создана опытная установка по получению МВС производительностью 1000 нм3/ч (рис. 6). Температура нагрева парогазовой смеси в установке не превышает 700 °С, что позволяет получать МВС с высоким содержанием водорода.

Сконструированный блок по производству метано-водородной смеси превосходит мировые аналоги подобных установок по всем основным показателям (производительность, содержание водорода в смеси, удельный расход

энергоресурсов, количество вредных выбросов). Разработка позволяет повысить степень конверсии метана, снизить тепловые затраты, продлить срок использования катализатора адиабатического реактора.

Исследования, проведенные в 2016 г., показали, что применение МВС, полученной на установке, позволит существенно улучшить эмиссионные показатели газотурбинных установок с выходом при высоких значениях коэффициента избытка воздуха на низкие значения токсичных выбросов N0^ (11 мг/м3) с одновременным резким снижением СО (20 мг/м3).

Реакгорное оборудование —

Сепаратор Теплообменники Насосная Блок пароподготовки

Огневой подогреватель

Компрессорная азота, баллоны с азотом

Рис. 6. Общий вид установки производства метано-водородной смеси

(АВО - аппарат воздушного охлаждения)

При этом выбросы СО2, основного парникового газа, снижаются на 30 %. Так, при использовании метана в качестве топливного газа ГПА (с нагнетателем НЦ16-76/1.44) объем выбросов СО2 составит 6,2 т на один миллион кубометров перекачиваемого газа, а при использовании МВС с тем же нагнетателем - 4,4 т (рис. 7). Наличие водорода в основном контуре горелки существенно (примерно в два раза) расширяет диапазон устойчивой работы по скорости воздуха в горелке, а также по применению газа с относительно высоким содержанием водяного пара.

Для тиражирования указанной технологии планируется изготовить объединенный экспериментальный комплекс, состоящий из трехго-релочного отсека камеры сгорания газотурбинного двигателя, соединенного с блоком по производству метано-водородного топлива, с целью проведения цикла исследований всех эксплуатационных режимов камеры сгорания, приближенных к условиям перекачки природного газа по магистральным газопроводам.

Необходимо отметить, что при создании на компрессорных или электрических станциях блоков утилизации тепла к современным газотурбинным установкам, работающих на основе АКМ, эффективность установок может быть повышена на 50 %, а при подключении тепловых отопительных нагрузок полезное использование газа может быть доведено до 60-62 % при резком снижении эмиссионных показателей ниже 10 ррт по N0^.

Использование МВС в газохимии для получения различной продукции может оказаться

перспективным в случае применения способа и установок адиабатической конверсии метана для производства синтез-газа как основы газохимических процессов. Особенно эффективен этот путь при создании централизованных сетей транспортировки МВС от источников с низкой себестоимостью получения энергии.

На транспорте опытная эксплуатация автомобилей на МВС показала перспективность их перевода на данное топливо с содержанием водорода 5-10 % по весу (20-40 % по объему). При этом токсичность выбросов снижается более чем в 2-4 раза по сравнению с природным газом, а эксплуатационный расход топлива сокращается на 35-40 %.

Учитывая современные тенденции развития ВИЭ, газовая отрасль уже взяла на себя роль по обеспечению устойчивости энергообеспечения, нивелируя неравномерность работы ВИЭ. Но природный газ также имеет дополнительные перспективы по аккумулированию электроэнергии, произведенной ВИЭ. Так, в последнее время в европейских странах, в частности в Германии, появились пилотные проекты по производству водорода путем электролиза воды за счет энергии ВИЭ с последующим добавлением полученного водорода в газотранспортную сеть, в частности технология «Power-to-Gas». Разработаны нормативы безопасного использования водорода совместно с природным газом, что также создает базу для развития водородной энергетики. Однако технология «Power-to-Gas» остается дорогой и нерентабельной и может быть оптимизирована за счет использования энергии ВИЭ

Адиабатическая конверсия метана

Использование МВС в качестве топливного газа ГПА

Метан

H2O

Метан

Реактор АКМ (не имеет огневого нагрева - С02 не образуются)

Валовый выброс С02

6,2

t,°c

МВС

Валовый выброс С02

4,4

(С СО

О

Снижение на 30 %

о

I о

Рис. 7. Адиабатическая конверсия метана: сравнение выбросов С02 при использовании различных видов топливного газа на ГПА (16 МВт)

И2Оф

РО^^ЕР-ТО-вАБ

Электролиз воды

♦ К*

Электроперегрев пара

Адиабатическая конверсия метана

¥

сн

4

кВтч

кВтч

Большие капитальные затраты и себестоимость производства водорода

Высокие массогабаритные характеристики оборудования

Повышение производительности по водороду в 4-5 раз (на 1 кВт ч)

Гибкость поставок сырья (метана)

Рис. 8. Энергоемкость производства водорода при адиабатической конверсии метана

в сравнении с электролизом

для получения водорода из природного газа. Данное решение позволит снизить энергоемкость процесса получения водорода в 5 раз и, следовательно, представляется как экономически, так и технически более эффективным, позволит получить значимый синергетический эффект в целях устойчивого развития энергетического сектора (рис. 8).

Водородная энергетика - это одно из основных решений для перехода к устойчивой низкоуглеродной экономике. Водород позволяет осуществить эффективную интеграцию ВИЭ в энергосистему, способен обеспечивать распределение энергии между различными отраслями экономики и регионами, выступать в качестве буферного элемента для повышения устойчивости всей энергетической системы, перспективен в целях декарбонизации транспортного, промышленного и жилищно-коммунального секторов.

Возможными шагами на пути перехода к водородной энергетике являются:

• частичное замещение углеводородов, потребляемых в различных сферах деятельности, МВС;

• использование МВС в качестве топлива;

• использование МВС в качестве высокотехнологического энергоносителя для экспорта.

Для России и ПАО «Газпром» производство и применение водорода и МВС является перспективным направлением диверсификации и повышения эффективности использования природного газа.

В Российской Федерации разработана технология АКМ, производящая метано-водородное топливо с содержанием водорода до 48 %. Данная технология существенно упрощает промышленный процесс получения водорода, поскольку не требует производства кислорода и происходит при более низких температурах (до 680 °С).

Интеграция технологий утилизации теплоты уходящих газов и низкотемпературной АКМ позволит создать газотурбинную установку нового типа с высокими энергетическими и экологическими показателями.

Интеграция ВИЭ и низкотемпературной АКМ позволит снизить энергоемкость процесса получения водорода в 5 раз в сравнении с энерго- и капиталозатратным процессом электролиза воды.

Технология адиабатической конверсии метана является наиболее экономичным способом получения водорода и в будущем может

стать базовой для новой энергетической модели на основе водорода, а метано-водородное топливо - одним из основных элементов этой модели. Кроме того, учитывая актуальность

климатической тематики в современной политической повестке дня, метан может служить основой для перехода к низкоуглеродной экономике.

Список литературы

1. How hydrogen empowers the energy transition / Hydrogen Council. - January, 2017. -http://hydrogeneurope.eu/wp-content/ uploads/2017/01/20170109-HYDROGEN-COUNCIL-Vision-document-FINAL-HR.pdf.

2. Аксютин О.Е. Потенциал метано-водородного топлива в условиях перехода

к низкоуглеродной экономике / О.Е. Аксютин, А.Г. Ишков, К.В. Романов и др. // Газовая промышленность. - 2017. - № 1/750: спецвыпуск. - С. 82-85.

3. Aksyutin O. New methane-hydrogen fuel technology and its potential application in the gas industry / O. Aksyutin, A. Ishkov, K. Romanov at al. // Report of the International Gas Union. -April - September, 2016. - P. 74-76.

Gas industry impact to designing of a hydrogen-based energy pattern

0.Ye. Aksyutin1, A.G. Ishkov1, K.V. Romanov1, R.V. Teterevlev1, Ye.A. Pystina2

1 Gazprom PJSC, Bld. 2A, Pulkovo-Skay business center, Vnukovskaya street, St. Petersburg, 196210, Russian Federation

2 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd # 5537, Razvilka village, Leninsky district, Moscow Region, 142717, Russian Federation

* E-mail: [email protected]

Keywords: hydrogen, hydrogen economy, methane-hydrogen fuel, methane-hydrogen mixture, decarbonization, low-carbon economics, adiabatic conversion of methane, climate changing, toxic emissions.

Abstract. This is a review of a hydrogen-based energy model. Its advantages and prospects are revealed, as well as the contribution of gas industry to construction of the named pattern. The most promising technique for production of hydrogen and a methane-hydrogen mixture with high concentration of hydrogen by means of the adiabatic methane conversion is presented.

The very perspective market for the methane-hydrogen mixtures is the fuel and energy industry. To stimulate this trend, the hydrogen and methane-hydrogen mixtures must be applied in the correspondent industrial processes at gas facilities rising their efficacy; as well as in petroleum and gas chemistry for getting different C02-emission free products; in transport, housing and communal services etc. These applications will obviously reduce environmental loads including climate protection.

The unique properties of hydrogen could improve performance of heat engines, and a real cycle of a hydrogen engine is quite closer to a theoretical one than in case of any hydrocarbon-based engine. Application of methane-hydrogen fuel provides reduction of toxic extras and emission of the greenhouse gases, decreases fuel consumption and increases industrial profitability. In particular, the paper reveals advantages of the renewable energy sources for hydrogen extraction from the natural gas and further usage of the methane-hydrogen mixtures.

References

1. HYDROGEN COUNCIL. How hydrogen empowers the energy transition [online]. January, 2017. Available from: http: //hydrogeneurope. eu/wp-content/uploads/2017/01 /20170109-HYDROGEN-COUNCIL-Vision-document-FINAL-HR.pdf

2. AKSYUTIN, O.Ye., A.G. ISHKOV, K.V. ROMANOV et al. Potential of a methane-hydrogen fuel in conditions of transition to a low-carbon economics [Potentsial metano-vodorodnogo topliva v usloviyakh perekhoda k nizkouglerodnoy ekonomike]. Gazovayapromyshlennost. 2017, no. 1(750): spec. iss., pp. 82-85. ISSN 0016-5581. (Russ.).

3. AKSYUTIN, O.Ye., A.G. ISHKOV, K.V. ROMANOV et al. New methane-hydrogen fuel technology and its potential application in the gas industry. In: Report of the International Gas Union. April-September, 2016, pp. 74-76.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.