Водородная установка для отопления: почему не стоит выбирать котлоагрегат на водородном топливе для отопления частного дома, обзор и сравнение эффективности и экономичности, лучшие модели и их цены

Водородный генератор своими руками – схема, конструкция установки, чертежи

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев–энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

• разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
• рассмотреть возможность применения генератора водорода для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

1. Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
2. Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
3. Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
4. Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
5. Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Раньше водородом наполняли баллоны дирижаблей, которые нередко взрывались

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H₂O → 2H₂ + O₂ — Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

• реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
• металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
• второй резервуар играет роль водяного затвора;
• трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

1. К двум электродам, погруженным в воду, подводится напряжение, желательно от регулируемого источника. Для улучшения реакции в емкость добавляется немного щелочи либо кислоты (в домашних условиях – обычной соли).
2. В результате реакции электролиза со стороны катода, подключенного к «минусовой» клемме, станет выделяться водород, а возле анода – кислород.
3. Смешиваясь, оба газа по трубке поступают в гидрозатвор, выполняющий 2 функции: отделение водяного пара и недопущение вспышки в реакторе.
4. Из второй емкости гремучий газ ННО подается на горелку, где сжигается с образованием воды.

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

1. Плоские деревянные палочки скрутите саморезами, располагая их концами в разные стороны. Спаяйте головки шурупов между собой и подсоедините провода – получите будущие электроды.
2. Проделайте отверстие в крышке, просуньте туда разрезанный корпус капельницы и провода, затем герметизируйте с 2 сторон клеевым пистолетом.
3. Поместите электроды в бутылку и завинтите крышку.
4. Во второй крышке просверлите 2 отверстия, вставьте трубки капельниц и накрутите на бутылку, заполненную обычной водой.

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

• цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
• трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
• провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Принципиальная схема включения электролизера

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

• резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
• концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
• шпильки стяжные М10—14;
• обратный клапан для газосварочного аппарата;
• фильтр водяной под гидрозатвор;
• трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
• гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Схема водородной установки мокрого типа

Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

1. На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7—15% раствор гидроокиси калия в воде.
2. В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
3. Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

• использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
• бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
• применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.
3. Газосварочный аппарат, сжигающий hydrogen, компактнее и легче баллонов с ацетиленом, пропаном и кислородом. Плюс температура пламени до 3000 °С позволяет работать с любыми металлами, стоимость получения горючего здесь особой роли не играет.

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Заключение

Гидроген в составе газа ННО, полученный из самодельного водородного генератора, пригодится для двух целей: экспериментов и газосварки. Даже если отбросить низкий КПД электролизера и затраты на его сборку вместе с потребляемым электричеством, на обогрев здания попросту не хватит производительности. Это касается и бензинового двигателя легковой машины.

Использование водородного генератора для отопления частного дома

Современные методы отопления зданий и помещений предложены на отечественном рынке в виде множества вариантов. Вполне объяснимо, что потребители выбирают те, которые обещают максимальную эффективность при минимальных затратах.

Одним из альтернативных способов обогрева помещения считается применение водородного генератора.

Немного истории

Принцип действия водородной энергии был отмечен еще в древние времена. Известный врачеватель Парацельс при проведении своих научных экспериментов заметил, что при соединении некоторых элементов образуются пузырьки, которые он в то время принял за воздух. Позже выяснилось, что это был водород, представляющий собой газ без цвета, при определенных условиях проявляющий взрывные свойства.

В настоящее время водород научились использовать в разных целях, в том числе – для отопления жилого дома или любых других сооружений. Эти технологии активно развивают и внедряют во множестве отраслей. Являясь новшеством на рынке научных разработок, обогрев водородом уже заинтересовал многих потребителей и продолжает набирать популярность среди широких масс.

Доказано, что водород считается не только довольно распространенным, но и легкодоступным веществом. Единственная сложность – его приходится добывать из химических соединений, чаще всего – воды.

Особенности водородного генератора

Исходя из требований и квадратуры частного или муниципального сооружения, необходимо выбрать водородную горелку с оптимальным уровнем мощности, адаптированным под нужды конкретного помещения. Следует заметить, что максимально возможный показатель мощности генераторов равняется 6.

Получение водорода, по праву признанного самым экономичным видом топлива, возможно в любом количестве. Обязательным условием для этого является наличие электрической энергии, а также воды.

Основная задача техники – полноценное самостоятельное отопление помещений. Однако установки, работающие на основе водорода, могут отлично дополнять уже работающие системы обогрева дома. Следует только следить за тем, чтобы все элементы теплосистемы функционировали на уровне низких температур.

Также эти агрегаты используются для обогрева помещения с помощью теплых полов, которые в настоящее время легко собрать своими руками.

Принцип действия устройства

Процесс выработки тепла основан на электролизе воды в среде, насыщенной катализатором. Главное условие нормальной работоспособности, а также безопасности генератора в том, что в таких условиях вода не распадается на кислород и водород, сочетание которых может быть взрывоопасным.

Современные генераторы работают на выработку газа Брауна. Это совершенно невзрывоопасное вещество коричневатого или зеленого оттенка, называемое также водяным газом. После выработки и нагревания до 40 градусов он сразу идет на камеры сгорания, а конкретнее – в теплообменник. Там происходит его смешивание с воздушно-топливными элементами.

Компоненты водородного генератора

Основными конструктивными составляющими простейшего водородного агрегата являются трубы и непосредственно котел. Часто никаких технических аксессуаров или дополнительных элементов и приспособлений больше не требуется.

Это касается и комплектующих, предназначенных для вывода продуктов горения. Ведь в результате функционирования генератора в атмосферу выделяется исключительно пар: водяной, чистый и совершенно безопасный.

Часто горелки такого типа имеют модульную конструкцию, в каждой части которой работает свой катализатор, что увеличивает общую эффективность работы системы.

Что касается труб для системы водородного отопления, то целесообразно применять те, диаметр которых находится в диапазоне от 1 до 1,25 дюймов. Допускаются некоторые отклонения, но чаще всего для обогрева дома используют конкретно эти. Важное правило, которым не следует пренебрегать при установке отопительных труб, – каждое предыдущее разветвление должно быть большим по диаметру, чем последующее.

Особенности электролитического генератора водорода

Водородный генератор, основанный на принципе электролиза, выпускают чаще всего в контейнерном исполнении. Обязательным условием приобретения такого устройства для отопления считается наличие следующих документов: разрешение от Ростехнадзора, сертификаты (соответствия ГОСТР и гигиенический).

Электролитический генератор состоит из следующих элементов:

• блока, включающего в себя трансформатор, выпрямитель, распределительные коробки и устройства, блок пополнения и деминерализации воды;
• устройства для раздельного получения водорода и кислорода – электролизера;
• системы анализа газа;
• системы охлаждения жидкости;
• системы, направленной на обнаружение возможной утечки водорода;
• панели управления и автоматической системы контроля.

Для достижения максимально эффективного процесса электропроводности применяют капли щелока. Резервуар с ним пополняется по мере необходимости, но чаще всего это происходит примерно 1 раз в год.
Любые электролитические генераторы промышленного типа производятся на основании европейских норм экологии и безопасности.

Опытным путем доказано, что покупка водородного электролитического генератора намного выгоднее регулярного приобретения газа. Так, для производства 1 кубометра газа из водорода и кислорода требуется всего порядка 3,5 кВт электрической энергии, а также пол-литра деминерализованной воды.

Преимущества использования водородного агрегата

Устройство привлекает многих по следующим причинам:

• Коэффициент полезного действия составляет порядка 90%, техника конкурирует с самыми передовыми достижениями науки и техники, связанными с отоплением любого дома.
• Для достижения тепла нет необходимости в применении пламени. Весь процесс основан на химических реакциях с катализаторами.
• Абсолютная безвредность устройства.
• Генераторы из водорода представляют собой источники чистой энергии, которую нельзя исчерпать.
• Применение водорода как основного источника тепла минимизирует необходимость в постоянной эксплуатации ископаемых ресурсов, затраты на добычу которых во много раз превышают затраты на производство тепла из водорода.
• Совершенная беззвучность работы агрегата. Монтаж устройства не требует проведения отдельных дымоходов.

Негативные стороны водородного типа обогрева зданий

Справедливости ради стоит выделить некоторые минусы такого метода отопления:

• взрывоопасность, которая может быть спровоцирована некорректной эксплуатацией агрегата;
• недостаточная распространенность водородных устройств на российском рынке, что сопровождается проблемами с монтажом или покупкой оборудования;
• нехватка специалистов и сервисных мастеров, способных сертифицировать или обслуживать отопительные приборы такого класса.

Возможно ли самостоятельное создание водородного генератора?

Лучше не рисковать, т. к. подобный процесс связан не только с необходимостью знания тонкостей техники и химии, но также требует должного соблюдения правил безопасности. Зато монтаж оборудования своими руками возможен. Для этого достаточно соблюдать инструкцию и не допускать самодеятельности.

Обогрев любого дома должен обеспечивать не только комфортное проживание человека, но и экологическую чистоту окружающей среды. Это достигается за счет того, что после сгорания водорода не образуется никаких вредных соединений.

В западных странах отопление с помощью водородных генераторов получило широкое признание и экономическое обоснование. Если подобный метод приживется и в России – это значительно повысит эффективность обогрева с минимальными затратами на ресурсы.

Водородный генератор своими руками для отопления дома

Развитие технологий привело к замене классических дровяных печек на котельные агрегаты. В качестве топлива, помимо дров и угля стали использоваться газ, масло, солярка и даже электричество. В последнее время энергию для автономных отопительных систем дополнительно получают с помощью солнечных батарей и геотермальных установок. Учитывая, что неиссякаемым источником энергии является водород, можно попробовать собрать водородный генератор своими руками для получения экологичного топлива.

Водородный генератор своими руками

Принцип работы устройства

Водородный генератор для отопления считается перспективной разработкой, поскольку получать горючее с высокой теплотворной способностью можно из обычной воды. Главная задача — получить чистый водород максимально простым и дешевым способом.

Получение водорода

Традиционно для этих целей используется метод электролиза. Его суть в следующем: в воду, недалеко друг от друга, помещают металлические пластины, которые подключены к источнику высокого напряжения. Вода проводит электрический ток, поэтому при подаче электроэнергии молекулу воды разрывает на составляющие. Высвобождение из каждой молекулы двух атомов водорода и одного атома кислорода позволяет получить так называемый газ Брауна с формулой ННО.

Теплотворная способность газа Брауна составляет 121 МДж/кг. При горении вещества не образуется вредных веществ, а для того, чтобы его использовать в качестве энергоносителя для отопления дома достаточно немного модернизировать стандартный газовый котел. Однако при создании установки для получения водорода своими руками особое внимание следует уделить мерам безопасности — при соединении водорода с кислородом образуется гремучая смесь.

Конструкция генератора

Электролизер, установка для выработки газа Брауна путем электролиза воды в больших объемах, состоит из нескольких ячеек, в которые вмонтированы металлические пластинчатые электроды. Чем больше суммарная площадь поверхности электродов, тем мощнее установка.

Ячейки находятся в герметичной емкости, которая оснащена патрубком для подключения к источнику воды, патрубком для отвода полученного газа, клеммами для подсоединения электропитания. Также генератор снабжен водяным затвором, предотвращающим контакт водорода с кислородом, и защитным клапаном для предотвращения эффекта обратного пламени — газ сгорает только в горелочном устройстве.

Принцип работы водородного генератора

Водородное отопление

Водородное отопление дома требует использования установки с большой площадью электродов, иначе отопительный котел не сможет эффективно нагревать теплоноситель. Применять обычный электролизер, нарастив его габариты, нерентабельно, поскольку на получение водорода будет тратиться больше электроэнергии, чем ушло бы на работу отопительного электрокотла для обогрева дома такой же площади.

Ведутся разработки более эффективных установок для получения водородного топлива без лишних энергозатрат. Известна история американского изобретателя Стенли Мейера, который создал «водородную ячейку», потребляющую в десятки раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционными установками. Однако ученому не удалось совершить переворот в современных технологиях — он скоропостижно скончался от отравления, а чертежи установки исчезли.

Над созданием водородного генератора с попытками реализовать идею Мейера трудятся и в технических лабораториях, и в мастерских домашних умельцев во всем мире. Изобретение американского ученого заключалось в создании резонанса раскачивающейся молекулы воды с электрическими импульсами — в этом случае она расщепляется на атомы без использования высокого электрического напряжения.

Радужные перспективы

Водород — крайне перспективный энергоноситель по целому ряду причин:

1. Он в наличии во всей Вселенной, на Земле занимает десятое место по степени распространенности — энергоресурс можно назвать неисчерпаемым.
2. Газ не токсичен, не способен причинить вред живым организмам. Важно лишь предпринимать меры безопасности, чтобы исключить утечку с образованием «гремучей смеси» водорода с кислородом.
3. Продукт горения водорода — обычный водяной пар.
4. Энергоноситель отличается высокой теплоемкостью, температура горения составляет 3000°С.
5. При утечке газа он быстро улетучится, не причинив никакого вреда, поскольку в 14 раз легче воздуха. Но поблизости не должно быть открытого огня или искрящей проводки, иначе гремучая смесь взорвется.
6. Кубический метр водорода обладает теплотворной способностью 13000 Дж.

Преимущества водородного отопления

Водород как энергоноситель — сфера применения

Водород высоко оценивается как энергоноситель и активно используется, к примеру, в качестве топлива для космических ракет. Используются разные способы его получения в промышленных масштабах. В основном это газификация угля или нефтепродуктов, конверсия метана и его гомологов. Такой дешевый водород нельзя рассматривать как экологичное топливо, поскольку его добыча связана с вредными выбросами в атмосферу. Электролиз воды для получения водорода в больших объемах, применяется только в Норвегии, где имеется избыток дешевой электроэнергии.

Компактный электрический газогенератор нашел применение в сфере газорезки. Оборудование, производящее водород, удобнее в использовании по сравнению с баллонным газом — нет необходимости транспортировать тяжелые баллоны, зависеть от поставок сжиженного газа и т.д. Но в угоду удобству была принесена экономия — для электролитического процесса требуется достаточно много электроэнергии, в итоге стоимость энергоносителя существенно возрастает. При этом разница в стоимости купленного и произведенного водорода во многом компенсируется отсутствием затрат на его доставку.

Водородные отопительные котлы

На многих сайтах, посвященных системам отопления, можно встретить информацию о том, что водород составляет достойную конкуренцию природному газу в качестве энергоносителя для отопительного котла. Упор делается на то, что смонтировав генератор водорода, вы получаете возможность тратить на отопление не больше средств, чем на газовое, при этом не придется оформлять множество документов и платить серьезные суммы за подключение дома к центральной газовой сети.

На основании вышеизложенного в статье можно сделать выводы, что себестоимость водорода низка только при его промышленном производстве. То есть, получение топлива электролизом заведомо обойдется дороже, и ориентироваться на завлекательные цифры стоимости килограмма сжиженного водорода не имеет смысла.

Рассмотрим котельное оборудование, представленное на рынке. Выпуском водородных котлов занимается итальянская компания Giacomini, которая специализируется в сфере альтернативной энергетики. Также аналогичные агрегаты изготавливают некоторые китайские компании, успешно скопировавшие технологию.

Водородный котел на твердом топливе

Разработки компании Giacomini направлены на создание отопительного оборудования, которое было бы полностью безопасно для окружающей среды.

Водородный котел этой компании относится к указанной категории — его работа связана с выделением водяного пара, какие-либо вредные выбросы отсутствуют. В качестве энергоносителя используется водород, при этом его добывают путем электролиза.

Однако стоит обратить особое внимание на принцип действия этого котла. Полученный в системе водород не сжигается, он вступает в реакцию с кислородом в присутствии катализатора. В результате выделяется тепловая энергия, которой достаточно для нагрева отопительного контура до 40°С.

То есть, водородные котлы, которые предлагается приобрести по солидной цене, подходят лишь для использования в качестве теплогенератора для контура водяного пола, плинтусного или потолочного отопления.

Можно сделать вывод, что мировые производители котельного оборудования не нашли приемлемого технического решения, чтобы создать эффективный отопительный котел, способный использовать тепловую энергию сжигаемого водорода. Или рассчитали, что такой вариант нерентабелен.

Изготовление генератора собственными силами

В сети Интернет можно найти немало инструкций, как сделать водородный генератор. Следует отметить, что собрать такую установку для дома своими руками вполне реально — конструкция достаточно проста.

Компоненты водородного генератора своими руками для отопления в частном доме

Но что вы будете делать с полученным водородом? Еще раз обратите внимание на температуру горения этого топлива в воздухе. Она составляет 2800-3000°С. Если учесть, что при помощи горящего водорода режут металлы и другие твердые материалы, становится понятно, что установить горелку в обычный газовый, жидкотопливный или твердотопливный котел с водяной рубашкой не получится — он попросту прогорит.

Умельцы на форумах советуют выложить топку изнутри шамотным кирпичом. Но температура плавления даже лучших материалов данного типа не превышает 1600°С, долго такая топка не выдержит. Второй вариант — использование специальной горелки, которая способна понизить температуру факела до приемлемых величин. Таким образом, пока не найдете такую горелку, не стоит начинать монтировать самодельный водородный генератор.

Советы по сборке и эксплуатации генератора

Решив вопрос с котлом, выберите подходящую схему и инструкцию на тему, как сделать водородный генератор для отопления частного дома.

Самодельное устройство будет эффективным только при условии:

• достаточной площади поверхности пластинчатых электродов;
• правильного выбора материала для изготовления электродов;
• высокого качества жидкости для электролиза.

Какого размера должен быть агрегат, генерирующий водород в достаточных количествах для отопления дома, придется определять «на глазок» (на основании чужого опыта), либо собрав для начала небольшую установку. Второй вариант практичнее — он позволит понять, стоит ли тратить деньги и время на монтаж полноценного генератора.

В качестве электродов в идеале используются редкие металлы, но для домашнего агрегата это слишком дорого. Рекомендуется выбрать пластины из нержавеющей стали, желательно ферромагнитной.

Конструкция водородного генератора

К качеству воды предъявляются определенные требования. Она не должна содержать механические загрязнения и тяжелые металлы. Максимально эффективно генератор работает на дистиллированной воде, но для удешевления конструкции можно ограничиться фильтрами для очистки воды от ненужных примесей. Чтобы электрическая реакция протекала интенсивнее, в воду добавляют гидроксид натрия в соотношении 1 столовая ложка на 10 л воды.

Экономический вопрос

Прежде чем начать подробно разбираться, как сделать водородный генератор, желательно вспомнить школьный курс физики. Все преобразования происходят с потерей энергии, то есть, затраты электроэнергии на получение водорода не окупятся тепловой мощностью при сжигании полученного топлива.

Если учесть, что сжигать водород с максимальной температурой и теплоотдачей в домашних условиях попросту невозможно, становится понятным, что реальные потери будут даже выше тех, что рассчитаны для идеальных условий.

Итак, использовать водородный генератор, сделанный для отопления своими руками, не имеет никакого смысла, если у вас нет доступа к бесплатной электроэнергии. Установить для отопления дома электрический котел и тратить электроэнергию напрямую, без сложных преобразований, обойдется вам в 2-3 раза дешевле. Кроме того, электрокотел полностью безопасен, а эксплуатация кустарной установки грозит взрывом при несоблюдении правил монтажа и эксплуатации.

Очевидно, что получение дешевого водорода экологически чистым способом, к которым относится электролиз, — это вопрос будущего, над которым сегодня работают ученые в передовых странах мира.

как собрать своими руками для обогрева?

В настоящее время для обустройства альтернативного отопления дома используются самые разные источники энергии, в том числе и водородные котлы, о которых мы расскажем в данной статье. Скажем сразу, что такое топливо в нашей стране пока используется мало, ввиду определенных проблем с получением сырья.

Однако не упомянуть о нем мы не можем, поскольку этот метод является одним из самых экологически чистых, и позволяет обогревать большие помещения. При этом обходится такой обогрев, хоть и дороже систем отопление на газу, но дешевле электрического отопления, и уж тем более твердого топлива. Что же представляет собой водородное отопление?

Читайте в статье:

Особенности отопления водородом

Данный вид обогрева был разработан итальянскими инженерами. Результатом их работы стал прибор, которые не только не выделял вредные вещества в атмосферу, но и практически не создавал шума. И для изготовления котла не требовалась жаропрочная стали или чугун, поскольку температура внутри агрегата была невысокой.

Как правило, основной технологией получения тепла в таких котлах является реакция образования воды при соединении молекул водорода и кислорода. Однако иногда берется и обратный процесс – расщепление молекулы воды, при котором также выделяется много тепла.

Как уже было сказано выше, в результате таких химических реакций вредные вещества в атмосферу не выделяются, а потому не требуется и сложная система их отвода. Да и получение сырья в настоящее время не представляет собой такой серьезной проблемы, как раньше. Что же касается расходов, то, помимо самого топлива, это обычно еще и электроэнергия для бесперебойной работы водородного котла.

Плюсы и минусы водородного отопления дома

Подобные системы отопления в последнее время становятся все более и более популярными, благодаря таким достоинствам, как:

• Отсутствие вредных выбросов в атмосферу.
• В низкотемпературных системах нет огня, так как тепло является результатом химической реакции. При соединении кислорода и водорода получается вода и тепло, которое и передается теплообменнику. В результате чего теплоноситель не нагревается выше сорока градусов по Цельсию, что является идеальной температурой для системы «теплый пол».
• Экономичность – больше сэкономить вам позволит только использование газовых котлов, но такой вид отопления далеко не всегда доступен в сельской местности даже сейчас.
• Кроме того, это позволяет в перспективе снизить расход таких не возобновляемых ресурсов, как газ или нефть.

Но минусы у водородного отопления тоже есть:

1. Лучше всего использовать только низкотемпературные варианты таких приборов, поскольку топливо является взрывоопасным веществом.
2. Непросто пока найти высококвалифицированного специалиста для грамотной установки и обслуживания таких устройств.

Устройство и принцип работы водородной установки для отопления дома

В результате реакции водорода и кислорода получается воды и выделяется значительное количество теплоты. Для такого процесса, характеризующегося высоким КПД (более 80 процентов), требуются большие емкости. Кроме того, нужно постоянно подключение к источнику воды, роль которого обычно играет водопроводная система дома; электричество для электрохимической реакции электролиза, наличия и постоянного обновления специальных катализаторов.

Данный процесс должен сопровождаться контролем со стороны человека и соблюдением все требований безопасности. Хотя таковых и гораздо меньше, чем в случае с газовым отоплением. Обычно требуется лишь периодический визуальный контроль процесса.

Однако своими руками качественную низкотемпературную установку создать вряд ли получиться, а потому многие выбирают альтернативный вариант, в котором в качестве энергоносителя используется водород. Такие системы позволяют разогреть теплоноситель до температур, сравнимых с газовым отоплением. Кроме того, данный энергоноситель вполне доступен по цене.

Если вы хотите создать подобную систему своими руками, то вам для этого, как минимум, понадобиться:

1. водородный генератор;
2. горелка;
3. котел.

Первое устройство необходимо для электролиза – разложения воды на компоненты, с использованием электричества и катализаторов. При помощи горелки создается открытое пламя. Котел же используется как теплообменное устройство. Все эти составляющие можно приобрести в магазинах, и собрать систему самостоятельно.

Генератор водорода также можно собрать самостоятельно. Для этого потребуется источник питания, обеспечивающий силу тока от 30А, бак для расположения всех конструкций, стальные трубки, тара для дистиллированной воды. Внутрь герметичной конструкции устанавливают платины из нержавеющей стали – причем чем их больше, тем больше водорода установка будет вырабатывать (но и электроэнергии на это будет расходоваться больше).

Поступающая в емкость вода под действием электрического тока расщепляется на водород и кислород, первый и направляется в котел с горелкой. Добавим, что если использовать ШИМ-генератор (вместо сети 220В), то эффективность прибора увеличивается.

Не забывайте о том, что в системе применяется только дистиллированная вода с примесью гидроксида натрия (раствор для приготовления которого берется 1 столовая ложка вещества на 10 литров жидкости). Если дистиллят достать проблематично, то можно использовать воду из-под крана. Главное убедится, что в такой жидкости не растворены тяжелые металлы.

Для изготовления водородных котлов целесообразно использовать нержавеющую стать, а еще лучше – сталь ферримагнитную, такой материал обладает способностью не притягивать к себе лишние частицы. Однако главный критерий при выборе материала – это все равно антикоррозийные свойства.

Как видите, если грамотно подойти к проектированию и выбору материалов, то изготовить водородный котел самостоятельно – вполне возможно.

Заключение

Чаще всего хозяева частных домов останавливают свой выбор на водородном отоплении, когда им недоступен газ или электричество. Что касается последнего, то полностью обойтись без электрического тока вряд ли удастся. Но даже в случае использования автономных источников электроэнергии для процесса электролиза, расходы на тепло, получаемой при помощи водородных котлов, окажется меньше.

Большим плюсом при выборе таких систем является еще и то, что нет необходимость в монтаже дымоходов для отвода продуктов сгорания или вредных веществ. Вывод: водородное отопление является отличным вариантом альтернативного отопления загородного дома. Причем как в качестве основного, так и дополнительного обогрева.

Как сделать водородный котел для отопления своими руками

Еще несколько лет назад использование альтернативных источников энергии считалось почти фантастикой. Автомобильные водородные двигатели были изобретены давно, но безопасность их была недостаточной для массового производства, а сегодня Тойота уже выпускает седаны на водороде. Проблема отопления жилья установками на водороде не могла не возникнуть, поскольку по выделению тепла водород втрое опережает природный газ. Новые технологии в отоплении частных домов развиваются быстро, и водородные системы отопления занимают здесь не последнее место. Запасы водорода неисчерпаемы, продуктом горения его является вода, поэтому генератор для отопления считается перспективным оборудованием для обогрева жилья. В статье мы расскажем, как сделать водородный генератор для отопления частного дома своими руками, какие материалы для этого понадобятся и с какими сложностями сталкивается при этом изготовитель.

Плюсы и минусы водородного генератора для отопления

Принцип получения водорода из воды прост: при воздействии электрического тока вода расцепляется на водород и кислород. Водород, как энергоноситель, используется для отопления. Процесс, конечно, сложнее, но здесь описан упрощенно для самого общего понимания.

Преимущества отопления дома водородом:

• исходный материал (вода) неисчерпаем;
• экономически водород получать дешевле, чем добывать горючие энергоносители;
• водород получается без вредных экологических выбросов с выделением водяного пара;
• установка не использует открытого огня, выделение происходит на основе химических реакций;
• КПД водородного котла максимальный;
• работа котла бесшумная;
• нет необходимости в дымоходе;
• водородные установки безопаснее газовых.

К недостаткам водородных котлов отнесем:

• требуется постоянно пополнять катализатор;
• высокая взрывоопасность при несоблюдении требований эксплуатации;
• неудобная перевозка газа;
• недостаток специалистов по монтажу и обслуживанию водородных котлов;
• недостаток запчастей на водородные котлы из-за неразвитого рынка в России.

На фото водородный котел серийного производства — выглядит опасно

Принцип действия водородного котла

Купить водородный котел для отопления частного дома сложно: серийного производства в России нет, в мире также массовое производство пока не налажено. К выпуску водородных отопительных установок приступили недавно в Италии, поэтому индивидуальный заказ на оборудование сделать можно, но обойдется это очень дорого.

Принцип действия водородного генератора следующий:

1. Расщепление воды с образованием водорода происходит внутри электролизера после попадания туда электролитического раствора.
2. Продукты, полученные в результате реакции, возвращаются в емкость из нержавеющей (легированной) стали с предохранительным клапаном от избыточного давления.
3. Водород через защитный блок попадает далее в камеру сгорания, где, в результате реакции его с кислородом, образуется тепло.
4. Через теплообменник тепло попадает в систему отопления. Температуры 40 градусов достаточно для нагрева «теплого пола».
5. Вода, полученная в результате реакции, подается в емкость с электролитом. Часть раствора, таким образом, используется для воспламенения повторно за счет рециркуляции.

На фото схема и принцип действия водородного генератора

Как собрать водородный котел своими руками

Целесообразность изготовления водородного отопительного котла собственными руками следует тщательно выяснить и принять окончательное решение в каждом отдельном случае, определив следующее:

• Экономическую эффективность производства установки. Главным ресурсом при производстве водорода является электроэнергия. Себестоимость генерации тепла при помощи водорода должна быть экономически оправданной.
• Технический уровень сборки оборудования должен быть высоким. Выделение водорода должно происходить в специально отведенной емкости, утечка газа из которой может привести к взрыву.

Принципиально водородный генератор для отопления частного дома состоит из:

1. теплообменника;
2. электролизера;
3. камеры сгорания;
4. двухступенчатого предохранительного блока;
5. емкости с электролитом для водорода из легированной или нержавеющей стали.

Материалы для изготовления продаются в розничной сети. Для сборки установки понадобится:

1. блок питания 12 вольт;
2. ШИМ регулятор на 30 Ампер;
3. трубки из нержавейки разных диаметров;
4. емкость из нержавейки.

Сборку водородного генератора отопления дома нужно начинать только после изучения процесса образования газа. Это необходимо для обеспечения правильной настройки и эффективной эксплуатации оборудования.

Подробную инструкцию по сборке водородного котла смотрите на видео ниже.

Выводы

1. Водородные установки для отопления дома только недавно появились в серийном производстве в Европе.
2. Перспективы использования водорода для отопления жилья огромны, но производство котлов требует совершенствования технологии выделения водорода и удешевления оборудования.

Водородный котел отопления, построение устройства в частном доме своими руками

Научно-технический прогресс не стоит на месте, постоянно удивляя потребителей различными новшествами и полезными достижениями. Они касаются всех сфер, в том числе – комфортного проживания и отопления домов. С этой целью не так давно на российский рынок была выведена уникальная продукция – водородные котлы отопления.

Уникальные особенности котлов на водороде

Котлы такого типа мало востребованы в России по причине недостаточной информированности о них широких масс потребителей. В западных странах этот альтернативный вид отопления уже довольно распространен благодаря доказанной экологической чистоте, а также получению заметной экономии при оплате за коммунальные услуги.

«Порождающий воду» – именно так звучит перевод термина «водород» с латыни. Этот элемент считается самым распространенным веществом в мире, из него наполовину состоит солнце, он широко применяется в промышленности, а также обладает массой уникальных свойств, которые и были использованы при разработке водородного отопительного котла. Главное уникальное свойство элемента – его неисчерпаемость в недрах и окружающем мире.

Процесс получения водорода прост и понятен. Для него требуется обязательное наличие электрической энергии и воды. Электроток способствует расщеплению молекул воды на кислород и водород, который впоследствии можно использовать с целью обогрева помещений.

Водород как энергоноситель считается самым безопасным и чистым элементом, а отопление на его основе получается полноценным и эффективным.

Котлы такого типа можно гармонично встроить своими руками в уже существующую отопительную систему без ущерба для нее.

Основные нюансы водородных котлов

Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.

С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).

Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.

Плюсы обогрева водородом

Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:

1. Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
2. Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
3. Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
4. Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
5. Котел обладает максимально высоким КПД.
6. Устройство работает совершенно бесшумно.
7. Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
8. Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.

Недостатки водородных котлов

Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:

• необходимость постоянного пополнения катализатора;
• взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
• неудобная транспортировка водорода;
• недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
• недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.

Самостоятельное сооружение

Ввиду того что массовое производство подобных агрегатов на сегодняшний день отсутствует, их покупка является нелегким процессом. Скорее всего, придется оформлять индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где впервые разработали и запустили в работу такие устройства.

Но подобное решение вопроса по карману далеко не всем потребителям. В этом случае стоит рассмотреть возможность сооружения котла своими руками.

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

Точной и гарантирующей успех инструкции по сооружению водородного котла на сегодняшний момент не может дать ни один источник. Но согласно навыкам и опыту практикующих химиков и техников такой агрегат должен состоять из следующих компонентов:

1. Теплообменник.
2. Электролизер.
3. Камера сгорания.
4. Предохранительный блок, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
5. Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена клапаном, с помощью которого можно сбрасывать давление в системе.

Принцип действия котла

Водород начинает вырабатываться после попадания электролитического раствора внутрь электролизера. Под воздействием катализатора с О2 элемент делится на тепло и воду. Полученное тепло, имеющее температуру порядка 40 градусов, идет в отопительную систему, проходя предварительно через теплообменник.
Очень часто такой температуры хватает для полноценного обогрева дома с помощью теплых полов.

Выделившаяся в результате химической реакции вода поступает в бак (с электролитом), а затем определенная часть раствора подвергается самовоспламенению за счет процесса рециркуляции.

Монтаж водородного котла

Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:

• 12-Вольтный блок питания;
• 30-Амперный ШИМ регулятор;
• трубки разных диаметров, изготовленные из нержавеющей стали;
• емкость.

Вода в идеально герметичных условиях подается внутрь емкости с диалектиком. Там расположены пластины из нержавеющей стали, примыкание которых друг к другу обеспечивается изолятором. Пластины получают 12-Вольтное напряжение. Результатом будет разложение воды на газы.

Использование ШИМ регулятора позволяет преобразовывать постоянный ток в импульсный или переменный, что увеличивает общую эффективность системы.

Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?

Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.

Соорудив агрегат из вышеперечисленных элементов и дополнив его стандартными автоматическими и механическими комплектующими, можно получить опытный экземпляр водородного агрегата. Чтобы он полноценно заработал, следует провести немало испытаний и проб.

Производство водорода — Управление энергетической информации США (EIA)

Как производится водород?

Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, где он находится. Атомы водорода можно отделить от воды; из углеводородов в угле, нефти и природном газе; и из биомассы.

Процессы производства водорода

Источник: U.S. Министерство энергетики, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, производство водорода (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Двумя наиболее распространенными способами получения водорода являются паровой риформинг метана и электролиз (разделение воды).

Паровой риформинг метана — широко используемый метод получения водорода

Паровой риформинг метана в настоящее время является наименее дорогим способом производства водорода, и на его долю приходится почти весь водород, производимый промышленностью в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.

Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.

Электролиз использует электричество

Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Этот процесс можно использовать в большом или малом масштабе. В широком масштабе процесс может упоминаться как power-to-gas , где power, — электричество, а gas, — водород.Электролиз не производит никаких выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия, используемая при электролизе, может поступать из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра или солнца. Если электричество, используемое в электролизе, производится из ископаемого топлива, то загрязнение и выбросы углекислого газа, производимые этим топливом, косвенно связаны с электролизом.

Другие способы получения водорода

• Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
• Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
• Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды

Последнее обновление: 21 января 2020 г.

,

Завод по производству водородного обогрева, Изготовитель OEM / ODM по индивидуальному заказу

Всего найдено 285 заводов и компаний по водородному отоплению с 855 продуктами. Получите высококачественное водородное отопление от нашего большого выбора надежных заводов по производству водородного отопления.

Бриллиантовый член

Золотой член

Бриллиантовый член

Золотой член

Золотой член

Бриллиантовый член

,

водорода в зданиях | Водород

Стационарные топливные элементы — это блоки, которые вырабатывают электричество (а иногда и тепло), но не предназначены для перемещения. К ним относятся комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), системы бесперебойного питания (ИБП) и первичные энергоблоки.

Производство электроэнергии

Стационарные топливные элементы могут использоваться для децентрализованного электроснабжения в внесетевых зонах. Рынок приложений резервного питания (BUP) становится все более важным. Приложения резервного копирования включают, во-первых, аварийный источник питания и, во-вторых, источник бесперебойного питания (ИБП).
Аварийные генераторные установки используются для поддержания работы в случае длительных отключений электроэнергии. В таких случаях переключение с электросети обычно (ненадолго) прерывается. Источники бесперебойного питания
, с другой стороны, используются для защиты высокочувствительных технических систем от колебаний напряжения в электросети и кратковременных отключений, чтобы гарантировать непрерывную работу. Области использования включают, в частности, телекоммуникационные и ИТ-системы, такие как радиомачты или центры обработки данных.
По сравнению с обычными тепловыми электростанциями, топливные элементы имеют гораздо более высокий электрический КПД, до 60%, даже для небольших станций. Это выгодно с эксергетической точки зрения, поскольку вырабатывается много ценной электроэнергии и мало тепла.
При непрерывной эксплуатации резервные топливные элементы характеризуются следующими преимуществами: длительная автономная работа и срок службы, низкие затраты на техническое обслуживание из-за отсутствия движущихся частей и тихая (локальная) выработка электроэнергии без выбросов.
Резервная мощность стационарных топливных элементов варьируется от нескольких кВт до более 1 ГВт. Топливные элементы с малой выходной мощностью часто представляют собой переносные топливные элементы, которые имеют преимущество в весе по сравнению с аккумуляторными батареями и генераторами. В стационарном секторе используются различные типы топливных элементов, в некоторых случаях также для охлаждения. Помимо водорода, в качестве топлива используются метанол, природный газ и сжиженный нефтяной газ.

Внутренняя энергия

Если, помимо вырабатываемой электроэнергии, также используется производимое тепло, процесс называется комбинированным производством тепла и электроэнергии (ТЭЦ).Если такие установки используются в секторе отопления жилых помещений, их также называют микро-ТЭЦ или мини-ТЭЦ из-за их меньшей мощности.
ТЭЦ могут эксплуатироваться по двум стратегиям: Станция покрывает большую часть потребности в электроэнергии или тепла. Если цены на электроэнергию высоки, уместен режим работы на электричестве. Таким образом, покупка электроэнергии из сети может быть сведена к минимуму, или выработанная электроэнергия ТЭЦ может подаваться в электрическую сеть и возмещаться.
Тепло, производимое как побочный продукт комбинированного производства тепла и электроэнергии, используется для покрытия части потребности здания в тепле. Режим работы в основном с использованием электричества приводит к низкой тепловой мощности систем обогрева топливных элементов. Оставшаяся потребность здания в тепле покрывается дополнительной системой отопления, например конденсационный котел. По этой причине топливные элементы особенно подходят для зданий с низким потреблением тепла, таких как здания с низким или почти нулевым потреблением энергии.В зданиях с повышенными требованиями к обогреву используются гибридные системы отопления на топливных элементах, включающие топливный элемент и конденсационный котел для покрытия пиковых потребностей в отоплении.
Стационарные топливные элементы в диапазоне мощности до 10 кВтэ обычно представляют собой топливные элементы PEM или SO. Типичный диапазон мощности ТЭЦ для домов и многоквартирных домов составляет от 0,7 до 5 кВтэ. Если системы топливных элементов работают с природным газом в качестве топлива, можно использовать существующую газовую инфраструктуру. Однако сначала необходимо произвести реформу топлива.В случае топливных элементов PEM реформирование происходит извне. Из-за более высоких температур в топливных элементах SO возможен внутренний риформинг.
Вероятно, самым большим преимуществом топливных элементов перед тепловыми процессами является прямое электрохимическое преобразование во время выработки электричества и тепла и связанный с этим более высокий электрический КПД. В комбинированном режиме, т.е. электрическом и тепловом, топливные элементы могут достигать КПД до 95%. Электрический КПД до 45%. Кроме того, системы топливных элементов характеризуются высокой эффективностью во всех точках нагрузки, они бесшумны, имеют низкие затраты на обслуживание и работают (локально) без выбросов.

,

Хранение водорода | Водород

Батареи не подходят для накопления большого количества электроэнергии с течением времени. Основным преимуществом водорода является то, что его можно производить из (избыточных) возобновляемых источников энергии, и, в отличие от электричества, он также может храниться в больших количествах в течение длительных периодов времени. По этой причине водород, производимый в промышленных масштабах, может сыграть важную роль в энергетическом переходе.

Однако водород может дополнять аккумуляторные батареи в транспортном секторе.Оптимальная система хранения энергии для автомобилей — это водород и аккумуляторные батареи. Водородная система обеспечит накопление большой энергии, в то время как батарея с относительно небольшой энергоемкостью обеспечит рекуперативное торможение, удовлетворит потребности в пиковой мощности и, как правило, защитит топливный элемент от изменений нагрузки, чтобы продлить срок его службы. Такое дополнительное использование водорода и аккумуляторов — это именно та схема, которую Honda использует в своем водородном автомобиле FCX Clarity, который сейчас коммерчески доступен в ограниченном количестве.

Наряду с другими мерами спроса и предложения, хранение энергии может сыграть важную роль в улучшении системной интеграции. Кратковременное хранение электроэнергии в батареях для малых заводов динамично развивается, однако для более длительного хранения больших избыточных объемов электроэнергии требуются новые типы хранения, такие как химическое хранение в виде водорода.

Водород можно получить электролизом из электроэнергии, произведенной с использованием избыточных возобновляемых источников энергии.Если есть соответствующая потребность в энергии, водород может ее удовлетворить напрямую. Однако его также можно хранить в баллонах в виде сжатого газа и извлекать при низком уровне запасов.

Водород можно использовать в качестве энергоносителя несколькими способами, например, подавать его в небольших количествах в сеть природного газа, преобразовывать в Ch5 и вводить полученный метан в сеть природного газа, или же накопленный водород можно напрямую преобразовать обратно в электричество через топливные элементы.

Водород как энергоноситель имеет самую высокую гравиметрическую плотность энергии.Таким образом, массовая плотность энергии водорода почти в три раза выше, чем у жидких углеводородов, однако объемная плотность энергии водорода сравнительно мала. Следовательно, для практических целей при хранении плотность водорода должна быть значительно увеличена.

Наиболее важные методы хранения водорода, которые были опробованы и проверены в течение длительных периодов времени, включают методы физического хранения, основанные либо на сжатии, либо на охлаждении, либо на их комбинации (гибридное хранение).Кроме того, большое количество других новых технологий хранения водорода изучается или исследуется. Эти технологии можно сгруппировать под названием технологии хранения на основе материалов. Они могут включать твердые тела, жидкости или поверхности.

Водород сжиженный

Помимо хранения газообразного водорода под давлением, можно также хранить криогенный водород в жидком состоянии. Жидкий водород (Lh3) сегодня востребован в приложениях, требующих высокого уровня чистоты, например, в производстве микросхем.В качестве энергоносителя Lh3 имеет более высокую удельную энергию, чем газообразный водород, но требует сжижения при –253 ° C, что требует сложной технической установки и дополнительных экономических затрат. При хранении жидкого водорода резервуары и хранилища должны быть изолированы, чтобы контролировать испарение, которое происходит, если тепло переносится в хранимое содержимое из-за проводимости, излучения или конвекции. Танки для Lh3 сегодня используются в основном в космических путешествиях.

Водород холодного и криогенного сжатия

В дополнение к раздельному сжатию или охлаждению, два метода хранения могут быть объединены.Затем охлажденный водород сжимается, что приводит к дальнейшему развитию хранилищ водорода для целей мобильности. Первые полевые установки уже работают. Преимущество холодного или криогенного сжатия заключается в более высокой плотности энергии по сравнению со сжатым водородом. Однако охлаждение требует дополнительных затрат энергии.

В настоящее время для сжатия водорода от 1 до 350 или 700 бар требуется от 9 до 12% конечной энергии, доступной в форме h3.Напротив, затраты энергии на сжижение (охлаждение) намного выше, в настоящее время около 30%. Ввод энергии может быть большим в зависимости от метода, количества и внешних условий. В настоящее время ведется работа по поиску более экономичных методов со значительно меньшим потреблением энергии.

Хранение h3 на основе материалов

Альтернативой физическим методам хранения является хранение водорода в твердых и жидких телах и на поверхностях. Однако большинство этих методов хранения все еще находятся в разработке.Более того, достигнутые плотности хранения все еще недостаточны, затраты и время, затрачиваемые на зарядку и выпуск водорода, слишком высоки и / или технологические затраты слишком высоки. Носители водорода на основе материалов можно разделить на три класса: во-первых, системы хранения гидридов; во-вторых, жидкие водородные носители; и в-третьих, поверхностные системы хранения, которые поглощают водород путем адсорбции, то есть прикрепления к поверхности.

Системы хранения гидрида

В системах хранения гидридов металлов водород образует межузельные соединения с металлами.Здесь молекулярный водород сначала адсорбируется на поверхности металла, а затем включается в элементарной форме (H) в металлическую решетку с тепловыделением и снова выделяется с подводом тепла. Гидриды металлов основаны на элементарных металлах, таких как палладий, магний и лантан, интерметаллических соединениях, легких металлах, таких как алюминий, или некоторых сплавах. Палладий, например, может поглощать объем газообразного водорода, который в 900 раз превышает его собственный объем.

Носители жидкого органического водорода

Жидкие органические водородные носители представляют собой еще один вариант химического связывания водорода.Это химические соединения с высокой способностью абсорбировать водород. В настоящее время они включают, в частности, производное карбазола N-этилкарбазол, а также толуол

Поверхностные накопители (сорбенты)

Наконец, водород можно хранить в виде сорбата путем присоединения (адсорбции) к материалам с высокой удельной поверхностью. Такие сорбционные материалы включают, среди прочего, микропористые металлоорганические каркасные соединения (металлоорганические каркасы (MOF)), микропористые кристаллические алюмосиликаты (цеолиты) или микроскопически маленькие углеродные нанотрубки.Адсорбционные материалы в виде порошка могут обеспечивать высокую объемную плотность хранения.

Подземное хранилище

Когда дело доходит до промышленного хранения водорода, соляные пещеры, истощенные нефтяные и газовые месторождения или водоносные горизонты могут использоваться в качестве подземных хранилищ. Хотя кавернозные хранилища более дорогие, они наиболее подходят для хранения водорода. Подземные хранилища в течение многих лет использовались для хранения природного газа и сырой нефти / нефтепродуктов, которые хранятся навалом, чтобы сбалансировать сезонные колебания спроса / предложения или для обеспечения готовности к кризисам.

На сегодняшний день опыт эксплуатации каверн для хранения водорода существует только в нескольких местах в США и Европе. В частности, подземные хранилища природного газа в Европе и Северной Америке могут потенциально использоваться в качестве крупных резервуаров для водорода, генерируемого из избыточных возобновляемых источников энергии. Однако лишь относительно небольшая часть из них — пещеры для хранения; Самая известная и распространенная форма подземных хранилищ состоит из истощенных газовых резервуаров. Кроме того, запасы природного газа на региональном уровне распределены неравномерно.

Газовая сеть

Еще одна возможность для хранения излишков возобновляемой энергии в форме водорода — подача ее в общественную сеть природного газа (природный газ, обогащенный водородом или HENG).

Вплоть до начала ХХ века городской газ, богатый водородом, или коксовый газ с содержанием водорода более 50 об.% Распределялся среди домашних хозяйств в Германии, США и Англии, например, по газопроводам, хотя и не на большие расстояния. , по которым пока нет опыта.

Элементы инфраструктуры, которые были установлены в то время, такие как трубопроводы, газовые установки, уплотнения, газовые приборы и т. Д., Были разработаны для газа, богатого водородом, и позже были модифицированы с переходом на природный газ. Многие страны рассматривают возможность добавления водорода в существующие сети природного газа. В США можно было бы вводить количество водорода от 5 до 15 об.% Без существенного негативного воздействия на конечных пользователей или инфраструктуру трубопроводов. В то же время, добавление большего количества водорода в некоторых случаях потребует дорогостоящего переоборудования приборов.В Германии этот предел установлен несколько ниже — до 10 об.%. В принципе, газ с концентрацией до 10 об.% Водорода может транспортироваться по существующей газовой сети без риска повреждения газовых установок, распределительной инфраструктуры и т. Д. Тем не менее, был перечислен ряд компонентов, которые все еще считаются быть критическим и в целом непригодным для работы с такими концентрациями водорода. Для транспортных средств, работающих на КПГ, в настоящее время разрешенное предельное значение доли используемого водорода составляет всего 2 об.%, В зависимости от используемых материалов (ЕЭК ООН 2013).

Можно предположить, что многие из газотранспортных сетей, линий распределения и хранилищ, которые эксплуатировались в прошлом, все еще используются сегодня. В Лидсе (Великобритания), например, изучалась возможность полностью перевести существующую сеть природного газа в регионе (используемую в основном для городского отопления) на водород. Учитывая их протяженность, большие газовые сети во многих индустриальных странах могут хранить значительные количества водорода.

,