журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
рубрики
ГЛАВНЫЕ СОБЫТИЯ МЕСЯЦА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Ядерная энергетика

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Собственность

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Регулирование

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Тенденции

ТЕМА НОМЕРА. Итоги и перспективы

ГАЗ И НЕФТЬ. Нефтерынок

ГАЗ И НЕФТЬ. Сектор газа

ГАЗ И НЕФТЬ. Конфликты

ГАЗ И НЕФТЬ. Проекты

ГАЗ И НЕФТЬ. Тенденции

УГОЛЬ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"ТЭК" – №1, 2002
Приложения к статье
Таблица 1

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА. Тенденции

Топливные элементы как шаг к устойчивому развитию энергетики

Реализация модели устойчивого развития энергетики открывает путь к разрешению все более растущих противоречий между увеличением потребностей в энергопотреблении и возможностями их удовлетворения с учетом ограничений, накладываемых необходимостью защиты окружающей среды, а также социально-экономическими проблемами, порождаемыми глобализацией. В этой связи возобновляемые источники энергии уже не могут рассматриваться в качестве экстравагантного аутсайдера, этакого "гадкого утенка", в сравнении с иными источниками энергии, как это было 10-20 лет назад. Безусловно, существующая структура энергообеспечения, в которой возобновляемые источники занимают весьма скромное место, не будет перевернута вверх дном в кратко- и даже среднесрочной перспективе. Сегодня, как и 10 лет назад, справедливо утверждение о том, что не следует ожидать радикальных изменений в сложившихся тенденциях энергообеспечения на период как минимум до 2020 года.

Однако в последнее время в данном вопросе появился существенный нюанс. Это – необходимость распространить в ближайшие десятилетия существующий в развитых странах коммерческий подход к энергетическому обеспечению (обусловленный наличием больших энергогенерирующих мощностей тепловых и атомных электростанций и сложной разветвленной инфраструктуры энергоснабжения) c учетом экологических требований на развивающиеся страны, большинство населения которых такую "роскошь" позволить себе не могут. С учетом этого существенно вырастает значимость автономных, не обязательно связанных в единую централизованную электросеть, источников энергообеспечения, таких, например, как возобновляемые источники энергии или другие формы децентрализованной распределенной генерации.

Настоятельная потребность в новых источниках энергии проистекает из осознания грустной реальности: на земном шаре все еще живут 1,6 млрд. человек (к которым до 2020 года присоединятся еще 400-500 млн. человек), не имеющих доступа к современным коммерческим источникам энергии. Большая часть этих людей живут либо в сельской местности, либо в трущобах на территории крупных городов в развивающихся странах и не пользуются благами централизованного электроснабжения.

Национальные программы

Топливные элементы представляют собой стратегически важную технологию, способную внести весомый вклад в решение глобальных социально-экономических и энергетических проблем, среди которых стоит выделить:

- обеспечение надежности энергоснабжения и диверсификации первичных источников энергии;

- удовлетворение растущего спроса на энергию путем устойчивого развития энергетики, обеспечивающего сокращение выбросов загрязняющих веществ и "парниковых" газов;

- создание конкурентоспособных по стоимости источников "чистой" энергии и обеспечение полной либерализации энергетического рынка;

- создание новых рабочих мест.

К сожалению, в современном мире все еще существуют барьеры, препятствующие коммерциализации топливных элементов, среди которых наиболее значимы стоимость топливноэлементных систем и выбор топлива (особенно для применения их на транспортных средствах). Определение наиболее рационального пути перехода от экономики, основанной на сжигании ископаемого топлива, к экономике, основанной на "смешанной" энергетике, объединяющей ископаемые и неископаемые первичные энергоносители, представляет собой исключительно сложную проблему, требующую для своего решения комплексного подхода с использованием достижений многих отраслей науки и технологии, а также интенсивной кооперации на межгосударственном уровне.

Именно поэтому в последнее время исследования по данной тематике активно проводятся в рамках структур Европейского Союза. Топливноэлементные технологии открывают широкие возможности использования "чистых" и эффективных в эксплуатации альтернативных источников энергии. Путем целенаправленных исследований и создания демонстрационных образцов европейские ученые и разработчики хотят добиться существенного снижения себестоимости топливных элементов. В данной ситуации одним из главных направлений деятельности ЕС становится обеспечение тесного взаимодействия и согласованности программ, финансируемых Европейской Комиссией, и программ исследований, разработок и создания демонстрационных образцов стран-участниц Евросоюза. Обзор национальных программ по топливноэлементной тематике представлен в таблице и показывает возможности для объединения усилий в сфере взаимодополняющих (то есть неконкурирующих между собой и недублирующих друг друга) направлений исследований и достижения благодаря этому синергетического эффекта.

Европейский

топливноэлементный форум

Одновременно с проведением научно-технологических исследований, Европейской Комиссии приходится работать над созданием устойчивой и надежной коммерческой инфраструктуры, которая обеспечит эффективное и массовое применение топливных элементов уже не в столь отдаленном будущем. В указанном контексте просматривается постепенное сближение взглядов стран Евросоюза по таким вопросам как:

1. Рациональный выбор топлива, основанный на всестороннем тщательном аудите проблем экологии и безопасности альтернативных путей снабжения топливом, а также на связанных с этими проблемами оценках "внешней" стоимости топливных элементов (включающей не только прямые затраты непосредственных участников процесса, но и непрямые издержки, которые лягут на "плечи" национальных бюджетов, то есть всех налогоплательщиков) – это позволит установить ту "цену", которую (в широком смысле этого слова) придется заплатить всему обществу в связи с внедрением и массовой эксплуатацией новых топливноэлементных технологий;

2. Социально-экономические последствия массового распространения новых топливноэлементных технологий, в том числе и структурные изменения сложившихся снабженческих цепочек;

3. Идентификация новых возможностей комплексного использования стационарных и мобильных топливноэнергетических установок с интегрированием их в общую систему возобновляемых источников энергии;

4. Преодоление потенциальных препятствий на пути достижения целей коммерциализации топливных элементов, включая разработку соответствующих гармонизированных регуляторных нормативов и стандартов;

5. Конкретизация направлений подготовки персонала, который потребуется для "запуска" и функционирования всех звеньев технологической цепочки разработки, производства и эксплуатации топливных элементов;

6. Привлечение инвестиционного и венчурного (рискового) капитала в развитие инфраструктуры и производственных мощностей топливных элементов.

Все перечисленные вопросы имеют как национальное, так и общеевропейское значение. В данном случае цель Европейской Комиссии состоит в том, чтобы посредством выполнения программ научно-технологических исследований и опытно-конструкторских разработок создать взаимосвязанное и сплоченное так называемое "Европейское пространство исследований и разработок в области топливных элементов" в виде Европейского топливноэлементного форума, главная цель функционирования которого – подготовка общей основы и соответствующих структур, ориентированных на решение перечисленных выше вопросов через эффективные подходы к овладению топливноэлементными технологиями и их использованию. В рамках такого форума будут реализовываться взаимосвязанные мероприятия:

1. Включение в единую компьютерную сеть существующих и создаваемых "виртуальных центров превосходства" с целью усиления взаимосвязей и стимулирования процессов передачи знаний;

2. Разработка общего согласованного подхода к финансированию больших европейских проектов создания научно-исследовательского и опытно-конструкторского оборудования;

3. Развитие исследований по обоснованию и принятию политических решений, связанных с разработкой, растущим производством и широким распространением топливных элементов;

4, Установление более тесного сотрудничества между научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими учреждениями, выполняющими общеевропейские и национальные программы по топливным элементам;

5. Стимулирование инвестиций в научно-технологические исследования и работы по патентованию посредством приемлемой косвенной поддержки и прямого привлечения венчурного (рискового) капитала;

6. Использование зарекомендовавших себя испытательных систем, методик определения эффективности и представления результатов;

7. Стимулирование роста и мобильности кадровых ресурсов, особенно научно-исследовательских.

Обзор программ ЕС

по топливным элементам

Суммарный объем финансирования топливноэлементной тематики в рамках так называемой Четвертой рамочной программы (1993 – 1997 годы) составил EURO54 млн. Причем EURO41,3 млн. было направлено на финансирование контрактов по исследованиям и разработкам, а EURO10,4 млн. – на демонстрационные проекты. В каждом проекте участвовали представители по крайней мере двух стран-членов Европейского Союза или стран – ассоциированных членов ЕС.

Около EURO30 млн. (свыше 55% суммарного объема финансирования) было инвестировано в проблематику PEMFC (топливный элемент на полимерной обменной мембране) и родственных технологий. Она включает исследования материалов, компонентов модуля, устройств переработки топлива (в том числе вариантов компоновки деталей, узлов и блоков), а также разработку демонстрационных прототипов технологических процессов. Исследования и разработки были сфокусированы на достижение существенного уменьшения стоимости посредством удешевления используемых материалов и сокращения материалоемкости топливных элементов, а также на повышение температуры протекающих в них процессов с целью интенсификации преобразования оксида углерода.

Три проекта были посвящены совершенствованию DMFC (прямой метаноловый топливный элемент), а именно: сокращению количества используемой платины и разработке совместимых с метанолом катализаторов. Совершенствование процесса переработки топлива сконцентрировано на проблематике преобразования метанола, в том числе на разработке устройства, интегрирующего функции преобразователя и газоочистителя (в частности, компактного преобразователя метанола мощностью 25 кВт), и на создании конкурентоспособных по стоимости мембранных сепараторов для газоочистителей. Указанные работы осуществлялись путем координации усилий таких крупных европейских фирм как Ciemat, ECN, Haldar Topsoe, Siemens, SRTI System и Wellman CJB.

Программой была предусмотрена также финансовая поддержка в сумме EURO3,3 млн. трех проектов создания демонстрационных образцов стационарных топливноэлементных энергогенерирующих установок на основе PEMFC (топливный элемент на полимерной обменной мембране), в том числе установки когенерации (то есть совместного производства тепло- и электроэнергии), которая использует в качестве топлива водород, образующийся в процессе сжижения воздуха. Мощность последней составляет 250 кВт по электроэнергии и 237 кВт по теплу. Установка была смонтирована на промышленной площадке компании Air Liquide (в переводе – сжиженный воздух) в Берлине. Цель этого проекта – демонстрация пригодности разработанного фирмой De Nora топливного элемента на полимерной обменной мембране для производства электроэнергии с использованием отходящих газов завода по производству водорода. Надежность, безопасность и экономическая целесообразность разработанного демонстрационного проекта стали весомыми аргументами в пользу того, что аналогичная система промышленного масштаба будет отличаться низкой стоимостью и незначительными эксплуатационными расходами.

Еще пять проектов в рамках Четвертой рамочной программы были посвящены разработке автомобилей на топливных элементах:

1. Фирма PSA занималась разработкой проекта HYDROGEN (в переводе – водород) – небольшого автомобиля на топливном элементе De Nora с дальностью пробега на одной заправке 300 км, использующего в качестве топлива сжатый водород под давлением 600 бар;

2. Volkswagen занимался координацией проекта CAPRI – автомобиля с гибридным двигателем (топливный элемент/аккумулятор) на основе грузо-пассажирского автомобиля Volkswagen;

3. Под эгидой фирмы Air Liquid разрабатывался проект FCBUS (автобус на платформе Scania с трансмиссией типа ZF и комбинированным источником питания – топливный элемент De Nora, работающий на сжатом водороде, и аккумулятор);

4. Создан автобус фирмы M.A.N. длиной 12 м, который работает на топливных элементах, использующих в качестве топлива гидрид лития (LiH2);

5. Фирма CNIM разработала многоцелевую платформу на топливных элементах.

Суммарный объем финансовой поддержки указанных демонстрационных проектов автомобилей на топливных элементах составил EURO11,4 млн., а общая стоимость их реализации оценивается в EURO24,4 млн.

В рамках Пятой рамочной программы (1998 – 2002 годы) самым актуальным с точки зрения исследований, разработок и демонстрационных проектов является направление под названием "Энергия, окружающая среда и устойчивое развитие" и, в частности, темы "Чистые энергетические системы, в том числе возобновляемые источники энергии" и "Экономичная и эффективная энергетика для конкурентоспособной Европы".

Финансовую поддержку Европейского Союза в объеме EURO27,8 млн., из которых EURO12,4 млн. предназначены для финансирования проектов транспортных средств, получили 10 новых проектов, в том числе проекты создания автомобилей на топливных элементах. На эту группу проектов ЕС выделил средства в сумме EURO10 млн. В нее входят: проект, нацеленный на координацию работ по разработке требований к альтернативным системам топливных элементов, по моделированию этих систем и измерению их эффективности, а также три взаимодополняющих проекта по разработке соответствующих узлов, деталей и компонентов, в том числе по разработке коммерчески целесообразного бортового топливного элемента, использующего в качестве топлива газолин и биоэтанол.

Финансирование в объеме EURO15,4 млн. предусмотрено для пяти проектов, нацеленных на исследование, разработку и создание демонстрационных образцов стационарных топливноэлементных устройств генерации электрической энергии. В числе этих проектов разработка устройства на основе MCFC (топливный элемент на жидком карбонате), использующего в качестве топлива биогаз; повышение мощности (до десятков киловатт по электрической мощности) многофункциональных топливноэлементных устройств на основе SOFC (топливный элемент на твердом оксиде); разработка передвижного комбинированного электрогенератора на PEMFC (топливный элемент на полимерной обменной мембране) и солнечных батареях.

Результатом выполнения координируемого фирмой Ansaldo проекта по созданию демонстрационного образца MCFC (топливный элемент на жидком карбонате) станет выпуск опытной серии электростанций мощностью 500 кВт каждая, построенных полностью на технологиях стран-членов Европейского Союза. Второй проект (1MWSOFC), реализуемый совместно фирмами Европейского Союза и США, призван продемонстрировать возможность создания коммерчески целесообразных энергогенерирующих систем на основе SOFC (топливный элемент на твердом оксиде) мощностью свыше 1МВт. Данный проект базируется на созданых фирмами Siemens и Westinghouse "трубчатых" технологиях, а также на разработанной в Европе технологии "баланса оборудования" (Balance of Plant – BoP).

Лидия Шейн, по материалам Fuel Cells Powering the Future

 
© агенство "Стандарт"