Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Водородная энергетика. 7

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет

им. И. И. Ползунова

Кафедра «Прикладная механика»

Работа защищена с оценкой___________

«___»_______________20___г.

Расчетное задание

Водородная энергетика

Студенты Гр. Ин-01: Фисенко М. Е._____________

Хмылева К. А._____________

Научный

руководитель: Новоселов С. В.______________

Барнаул, 2012.

Содержание :

1.Введение

2.Обзор литературы

2.1.Новая энергетика

2.2. Научные организации производству водородной энергетики и производственные предприятия.

2.3. Инновационный потенциал развития водородной энергетики

3.Вывод

4.Список использованной литературы

1.Введение

Задачи по снижению антропогенных нагрузок на окружающую среду являются основными из проблем, поставленными перед человеком. Один из вариантов по решению этих проблем – переход на альтернативный источник топлива – в частности водород. Почти 400 млрд. кубометров водорода сегодня производится на планете.

Мы выбрали именно эту тему своего расчетного задания, так как считаем ее наиболее актуальной. Ведь в современном мире идет постоянный не прекращающийся спрос на углеводородное сырье. Как прогнозируют эксперты, потребности в водородном сырье до 2030 года вырастут боле чем на 60 %.

Если опять же обратиться к истории, то переход к водородной энергетике в самых развитых странах замечен еще в двадцать первом веке. К примеру, в Японии было выделено огромное количество средств на покупку абсолютно всех энергетических водородных технологий до 2020 года. Европа также планирует в настоящее время потратить средства не менее чем 5 млрд долларов для решения проблем, которые выставляет водородная энергетика.

2.Обзор литературы.

2.1.Новая энергетика.

“Пришло время водорода” - под таким девизом проходил в сентябре 2004 г. представительный Международный конгресс в Германии по водородной энергетике. Актуальность проблемы широкого использования водорода в различных отраслях промышленности (от автомобильного транспорта до электростанций) обусловлена остротой экологических вопросов. Загрязнение атмосферы Земли вредными выбросами от сгорания обычных топлив (нефть, газ, уголь) достигает по мнению экспертов критической отметки. При нынешнем росте энергопотребления человечество в ближайшем будущем не сможет нормально жить в крупных городах.

Использование водорода в качестве топлива позволит кардинально разрешить экологическую проблему. Водород благородный газ: cгорая в кислороде он не образует вредных веществ, как бы полностью отвечая своему названию.

Спрос на энергию продолжает расти из-за двух основных причин:

Продолжающийся рост населения в мире.
Растущим спросом со стороны развивающихся стран в целях повышения их уровня жизни.

В настоящее время, большая часть (около 65%) мирового спроса на энергоресурсы удовлетворяется за счет жидкости ископаемого топлива. (Например, нефти и природного газа), из-за их доступности и удобства использования. Тем не менее, ожидается, что добыча топлива в мире скоро достигнет пика, а затем начнет уменьшаться. Но надо заметить, что и здесь, казалось бы в безоблачном «применении» существует множество проблем.

Среди некоторых стоит отметить:

Стоимость. Топливные элементы в настоящее время не так дешевы.
Срок службы. Есть топливные элементы, которые могут работать несколько тысяч часов без проблем. Но этот факт еще достаточно не изучен.
Надежность. Как топливные элементы, так и некоторое сопутствующее оборудование обязаны сначала продемонстрировать свою надежность.

Новизна. Не смотря на свою новизну, эта «категория» требует поддержки на государственном уровне, чтобы стать более конкурентноспособным.
Технологический прорыв. Как в любом другом научном проекте необходимо изучать и внедрить новые параметры топливных элементов, путем повышения надежности и существенного понижения их стоимости.
Инфраструктура. Заправки, крупные производства и непосредственно поддержка этой крупной инфраструктуры. Плюс к этому – подготовка персонала. Пока что это недостижимо на современном этапе развития на топливных элементах.

2.2. Научные организации производству водородной энергетики и производственные предприятия.

Национальная ассоциация водородной энергетики

Некоммерческое партнерство "Национальная ассоциация водородной энергетики" была учреждена в 2003 году в целях консолидации различных общественных сил, уже участвующих либо потенциально заинтересованных в формировании в России водородной экономики. В числе этих сил научное сообщество, бизнес, ориентированный на высокие технологии, политики и чиновники, убежденные в том, что долгосрочные перспективы страны и мира прямо связаны с водородными технологиями. В состав президиума Ассоциации вошли наиболее авторитетные ученые – руководители научных центров, представители крупного бизнеса, государственные деятели: член-корреспондент РАН А.Г. Забродский (директор ФТИ им. Иоффе РАН), академик А.С.Коротеев (директор Центра М.В. Келдыша), А.А.Кузьмин (вице-президент НАВЭ), С.Н.Мазуренко (заместитель министра Министерства образования и науки), С.П.Малышенко (заведующий лабораторией ОИВТ РАН), академик Г.А.Месяц (вице-президент РАН), В.А.Пивнюк (действительный член Академии космонавтики), академик Н.Н.Пономарев-Степной, А.Ю.Раменский (исполнительный вице-президент НАВЭ, гендиректор ИТЦ «Водородные технологии»), академик РАН А.С.Сигов (ректор МИРЭА), А.Я.Столяревский (директор Центра «КОРТЭС»), П.Б.Шелищ (президент НАВЭ).

Россия имеет большой опыт в области освоения водородных энергетических технологий. В 80-е годы 20-ого века был создан не имеющий аналогов ракетно-космический комплекс Буран-Энергия. В летающую лабораторию ЛЛ Ту-154 (позже Ту-155) был переоборудован серийный Ту-154 СССР-85035 (доработанный до стандарта Ту-154Б). Для обслуживания самолёта был разработан авиационный криогенный комплекс, позволяющий проводить различные виды испытаний с использованием больших количеств криогенной жидкости. 15 апреля 1988 года экипаж лётчика-испытателя В.А.Севанькаева впервые поднял его в небо. Выполнены испытания автотранспорта на водороде и бензоводородных топливных композициях.

По первой приоритетной задаче к настоящему времени НАВЭ подготовлены:

проект федерального закона «Технический регламент по безопасности устройств и систем, предназначенных для производства, хранения, транспортировки и использования водорода», внесенный в ноябре 2007 г. в Государственную Думу депутатами Шаккумом, Шелищем и Язевым;
проект федерального закона «Технический регламент по безопасности энергоустановок на топливных элементах" ;
программа работ созданного в марте 2008 года Технического комитета по стандартизации ТК 29 «Водородные технологии» и проекты 10 национальных стандартов;
концепция законодательства о стимулировании использования технологий экологически чистого энергообеспечения коммунальных объектов и транспортных средств;
проект федерального закона "О государственной политике в области создания и использования водородных энергетических технологий" .

Консорциум "Водород"

Консорциум “Водород” создан 9 февраля 2007 года. В настоящее время консорциум “Водород” объединяет два предприятия: Институт Водородной Экономики и Научно-технический центр «ТАТА». В консорциум “Водород” принимаются все заинтересованные предприятия. Консорциум “Водород” создан с целью объединения усилий предприятий Российской Федерации, работающих в области водородной и альтернативной энергетики.

Задачами Консорциума “Водород” являются:

совместные разработки и реализация крупных энергетических проектов в области водородной и альтернативной энергетики;
работы в общем информационном поле;
совместное создание энергетических объектов;
совместное проведение и организация конгрессов, симпозиумов, конференций, а также других научных мероприятий, содействующих развитию водородной энергетики в РФ;
выполнение совместных научно-исследовательских и научно-организационных работ в рамках открытых конкурсов на право заключения государственных контрактов на выполнение научно-исследовательских работ для государственных нужд в рамках государственных программ;
совместная патентная деятельность;
поддержание Международной научно- информационной системы «Водород», в которую входят: Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», Письма в Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», Международный научный журнал на английском языке “HYDROGEN”, Международный научный журнал на английском языке “International Journal for Hydrogen Economy”, Международный информационный научный портал «Водород»;

Консорциум «Водород» — это первая российская альтернативная энергетическая компания. Компания разрабатывает и реализует комплексные решения независимого энергообеспечения промышленных и гражданских объектов. Приоритетные регионы деятельности: Россия, США, Европа, Казахстан, Средняя Азия, Африка.

ИПРОВЭН (Институт промышленной водородной энергетики)

Институт промышленной водородной энергетики (ИПРОВЭН) - дочернее предприятие РКК "Энергия". Производство и проектирование водородных энергоустановок (ЭУ) на основе топливных элементов (ТЭ).

2.3. Инновационный потенциал развития водородной энергетики

1. Мировая экономика достигла предела развития на базе применения углеводородного топлива. Принявший затяжной характер кризис выражает исчерпание возможностей существующей энергетики. Она не позволяет добиться удешевления товаров и экономического роста. Дороговизна топлива обнаруживается всякий раз, как только правительствам удается добиться на время оживления в экономике.

2. Рост добычи сланцевого газа, поиск северных месторождений и попытки создать аналоговые виды топлива (биотопливо) выражают кризис энергетики, а не открывают путей к его смягчению. Вне высоких цен на нефть, эти направления не могли бы получить развитие. Удешевления генерации электроэнергии они обеспечить не в состоянии.

3. Мировой экономический кризис в силу корреляции будет способствовать снижению цен на углеводородное топливо, что станет отражением депрессии. Обострение глобального экономического кризиса остро поставит вопрос о необходимости его преодоления, а не снятия некоторых признаков кризиса в результате денежный вливаний.

4. Следующий экономический подъем на планете будет связан с революционными переменами в энергетике. Удешевление электроэнергии обеспечит снижение себестоимости товаров, рост применения робототехники, появление новых материалов и видов товаров. С другой стороны, кризис, через социально-политические преобразования, приведет к распространению долговременной политики поддержания спроса.

5. Дороговизна углеводородов и широкое применение дешевой рабочей силы низкой квалификации («энергии мускулов») взаимосвязаны. Попытки неолиберальных правительств, за счет девальвации и мер «жесткой экономии», еще более снизить цену рабочих рук разрушают потребительский спрос и расширяют материальную базу кризиса.

6. Атомная энергетика не обеспечила за последние десятилетия удешевления электроэнергии. Было продемонстрировано, что она сосуществует с нефтегазовой энергетикой как ее дополнение. Разнообразные планы постепенного вытеснению углеводородов альтернативными источниками не состоятельны с точки зрения стоящих перед экономикой задач. Биотопливо, геотермальная энергетика, гелиоэнергетика, ветроэнергетика и водородная энергетика не могут дать общего принципиального решения проблемы, а управляемый термоядерный синтез остается на базе научных исследований. Альтернативная энергетика выступает как дополнение к углеводородной энергетике, но не как ее замена.

7. Сырьевые и финансовые корпорации не заинтересованы в коренном энергетическом перевороте, грозящем обесценить многие инвестиции. Правительства, как политические агенты крупного бизнеса, не хотят вытеснения старой энергетики и субсидируют аналоговые проекты, но не исследования, ориентированные на качественное преобразование энергетики. Монополии и власть образуют консервативный блок, сознавая, что любые серьезные изменения в энергетике ставят под удар господство существующих сырьевых и энергетических монополий.

8. Главные черты новых решений в энергетике должны состоять в значительном снижении стоимости генерации, возможности получения значительно большего количества энергии, автономности генерации и снятии географических ограничений для работы устройств. Значение также имеет потребность в способах беспроводной передачи электричества в большом количестве на значительные расстояния с минимальными потерями. Для повышения производительности труда обилие дешевой энергии имеет решающее значение.

9. Революция в энергетике может произойти только после перехода экономического кризиса в фазу депрессии. Важным условием является ослабление или уничтожение политической власти западных финансовых корпораций, а также корпораций нефтегазовой сферы.

10. Российская электроэнергетика находится в состоянии упадка, а генерирующие мощности физически разрушаются. Качество кадров падает. Плачевное состояние отрасли отражает системный кризис отечественной науки, образования и промышленности. Сырьевые монополии стремятся обеспечивать себя недорогим электричеством через контроль над генерирующими компаниями, а население, малый и средний бизнес вынуждены все больше платить за энергию. При этом средства из электроэнергетического сектора выводятся.

11. Согласно планам правящего класса, Россия должна остаться периферийной по характеру экономики страной. Глобальный экономический кризис и начавшийся в России политический кризис нарушат эти расчеты и откроют путь для возрождения электроэнергетики уже на новой — революционной базе.

12. Подлинная инновационная энергетика сформировалась как научно-технологическое направление практически независимо от официальных структур. Среди ее векторов выделяются: «холодный ядерный синтез», атмосферная электроэнергетика, вихревые теплогенераторы, магнитомеханический усилитель мощности, индукционные нагреватели, двигатели без выброса массы, плазменные генераторы электроэнергии, напряженные замкнутые контуры, энергоустановки на основе динамической сверхпроводимости.

13. В различных областях инновационного энергетического поиска уже получены определённые практически значимые результаты, в других исследования ведутся на уровне лабораторных или полупромышленных моделей. Государство и корпоративный сектор в России игнорирует практически все подобные работы.

14. Создание группой итальянских ученых во главе с Андреа Росси «катализатора энергии», генератора E-Cat пробивает брешь в обороне консерваторов. К представленному в конце октября 2011 года изобретению в мире приковано большое внимание. Вместе с «холодным синтезом» значительным потенциалом развития, вероятно, обладают исследовательские работы по получению накапливаемого в атмосфере планеты электричества (США, Бразилия) и КОРТЭЖ – технология российских ученых.

15. Учитывая имеющиеся наработки, общество может приступить к осуществлению крупных проектов в инновационной энергетике, чтобы создать и развить принципиально новые технологии генерирования энергии. Благодаря этому будет создано крайне важное условие выхода из тупика, как энергетической отрасли, так и всей экономики. Дальнейшая блокировка процесса в России лишь осложнит судьбу господствующих сырьевых монополий.

17. Объективно поставленной задачей революционной энергетики является вытеснение, замена старой энергетики. Стоит ожидать обесценивания значительных инвестиций, сделанных ранее. Консервативный финансово-сырьевой блок потерпит поражение. Перемены станут частью развития глобального кризиса, включая порождение им острых политических кризисов. Их разрешение обернется изменением государственной модели многих стран, социальной и экономической политики. Новая энергетика должна будет стать базовым звеном новой модели экономики.

2. Мировой кризис и энергетика

Запасы нефти конечны. Эксперты констатируют, что она закончится на планете при сохраняющемся уровне потребления через 20-30 лет. Существуют и более оптимистические прогнозы, указывающие на существование большого количество неразведанных запасов и возможность повышения эффективности добычи (при нынешних технологиях значительная часть ценного сырья остается в земле). Однако пределы «нефтяной экономики» определяются не угрозой исчерпания углеводородов, а тем, позволяет ли «черное золото» развиваться производству на достигнутой технологической базе. Годы глобального кризиса показывают, что существующая энергетика не способна обеспечить удешевления товаров, а, следовательно, расширения их сбыта и достижения экономического роста. Учитывая экологический аспект, нельзя сбрасывать со счетов негативных последствий использования углеводородного топлива.

Начавшийся в 2008 году мировой экономический кризис и проблема нефти взаимосвязаны. Сырьевые спекуляции подняли цену нефти марки Brent с 55 долларов за баррель в начале 2007 года почти до 143 долларов в конце июля 2008 года. Усилия по оживлению мирового хозяйства снова подняли цену «черного золота» до 125 долларов в конце апреля 2011 года. По мере того как возрастали оптимистические ожидания относительно будущего глобальной экономики нефть дорожала, способствуя возврату кризиса в острое состояние. В 2011 году период стабильного кризиса сменился «второй волной», биржевой паникой, обострением бюджетно-долговых проблем Евросоюза, Японии и США, крахом оптимистических оценок. Мировой кризис оказался кризисом не только неолиберальной модели капитализма, но и энергетики. Без качественных изменений в этой области кризис можно стабилизировать, но не преодолеть, выведя экономику на подъем.

Нефть – это не только один из самых популярных видов топлива, но и важнейшее химическое сырьё. Ее вздорожание приблизило начало кризиса в глобальном хозяйстве. Не имея физического дефицита нефти, мировая экономика испытывает потребность в дешёвых углеводородах. Запасов природного газа, по расчетам специалистов, хватит на большее время, чем нефти. Но цена этого топлива связана с ценой нефти. Дороговизна природного газа и нефти в последние годы способствовала развитию добычи сланцевого газа. Его получение обходится значительно дороже, чем заявляют добывающие компании. По мнению экспертов, реальные затраты на получение сланцевого газа составляют 212—283 долларов США за 1 тысячу кубометров. Кроме того, сама технология добычи сланцевого газа, посредством подрыва пласта, может вызвать непрогнозируемые сейсмические последствия.

Рост добычи сланцевого газа в США позволяет рассчитывать на начало его экспорта. Однако усиление этого направления не означает, что мировая экономика получает новый источник дешёвых энергоресурсов. Такие же выводы можно сделать из разработки северных месторождений нефти и природного газа. Инвестиции в этих областях являются ответом на рост мировых цен, но они не могут обеспечить удешевления энергоносителей. Более того чередующиеся падения и ценовые взлеты на сырьевом рынке в 2007-2012 годах (во многом обусловленные спекулятивными операциями на бирже) меняли следом отношение корпораций к освоению Севера. Оптимизм сменялся отрезвлением, а осторожность вытеснялась желанием получать максимальную прибыль.

Стремление расширить вывоз газа в Европу подвигло компанию «Газпром» на дорогостоящее строительство подводного трубопровода «Северный поток». Окупаемость и рентабельность проекта остаются под большим вопросом из-за развивающегося в Европе экономического кризиса. В феврале 2012 года «Газпром» вынужден был согласиться на среднее снижение цены для европейских потребителей на 10%, что нельзя рассматривать как финальное снижение. Первую большую уступку корпорация сделала в 2009 году, одобрив перевод 15% контрактов в ЕС на расчеты по спотовым ценам, являющимися более низкими. В 2011 году трубопровод «Северный поток» работал не в полную мощь, имелись сбои связанные с недогрузкой линии. Положение грозит стать еще более сложным по мере того, как уровень сырьевых цен на планете будет снижаться из-за кризиса. «Газпром», вероятно, будет вынужден зафиксировать крупные убытки.

Сокращение потребления нефти и природного газа под влиянием экономического кризиса, не создаст основания для его преодоления, хотя и несколько облегчит положение индустрии благодаря снижению цен. Современный кризис — это кризис спроса, кризис конечного потребителя. Для преодоления его требуется, с одной стороны, политика стимулирования потребления, а, с другой стороны, необходимо создание условий снижения себестоимости промышленной продукции. Сделать это на старой технологической базе невозможно: достигнут предел возможностей использования дешёвой рабочей силы, а сырье является дорогостоящим. Для устойчивого оживления необходимы стабильно-низкие цены, что тоже невозможно достичь. Попытки компаний и правительств ещё больше удешевить рабочую силу разрушают спрос (сужают потребительский рынок).

Кризис необычайно остро ставит вопрос о новых источниках энергии. Существует версия, что сделанные в западных странах вложения в развитие альтернативных источников энергии на основе возобновляемых ресурсов могут обеспечить постепенную замену старых источников.

Достаточно продолжительное время считалось, что идеальная замена сжиганию нефти и газа – атомная энергия. Даже Чернобыль не заставил западное сообщество отказаться от излишнего оптимизма. Но когда в марте 2011 году произошла авария на АЭС Фукусима-1, некоторые промышленно-развитые страны, начиная с Германии, принялись спешно отказываться от атомной энергетики. Очевидно, что полностью от АЭС, по крайней мере, в обозримом будущем, не откажутся, но общая тенденция уже вырисовывается. Крайне важно, что атомная энергетика существовала вместе с нефтегазовой энергетикой многие десятилетия. Однако она не смогла экономически вытеснить сжигание углеводородного топлива.

Вывод

Если приравнивать количество энергии водорода и бензина, то получается, что стоимость производства водорода будет в четыре раза превышать стоимость получения бензина.

Сейчас наиболее эффективным источником водорода служит метан. Организация такого производства минимальна с точки зрения финансов. Сегодняшние методы получения водорода из воды очень дорогие.

Внедрение водородной энергетики очень серьезная с инженерной точки зрения тема. Помимо увеличения числа производств водорода необходимо построить сеть водородных заправок, проработать вопросы логистики. Аргоннская национальна лаборатория провела исследования в этой области и вердикт её трудов таков: понадобится около 600 млрд $ для покрытия сетью водородных заправок территории лишь одних только Соединенных Штатов.

Помимо многочисленных плюсов и минусов внедрения водорода в повседневную жизнь есть одни нюанс – повышенная взрывоопасность этого вещества. Многие лаборатории, например, National Hydrogen Association, практически доказали то, что опасность водорода не намного превышает показатели бензина в этом вопросе.

На данном этапе развития человечества и технологий полноценный переход на водородную энергетику экономически неоправдан. Возможно, что за то время, пока человечество активно использует нефть, ученые и исследователи предложат дешевые методы получения водорода, упрощение строительства заправочных сетей и производств, хранения и транспортировки.

Список использованной литературы

Т.Н.Везироглу «Водородная энергетика, как надежное решение глобальных проблем окружающей среды»;
http://energycraft.ru/Vodorod/neft-ili-vodorod.html;
http://h2org.ru/;
С.В.Новоселов «Аналитическая система управления инновационным развитием организаций и предприятий в региональных условиях на основе гибридных технологий»;
http://www.abitura.com/modern_physics/hydro_energy/hydro_energy5.html
http://foraenergy.ru/vodorodnaya-energetika/;
http://www.hydrogen.ru/index.php?module=ContentExpress&file=index&func=display&ceid=134&meid=179;