Зачем вода электростанциям

Вода и атом. Как складываются отношения АЭС, реки и окружающей природы

Показательные выступления на пруду-охладителе воспитанников воронежской школы парусного спорта.

На берегу великой реки Дон стоит Нововоронежская атомная электростанция (далее – НВ АЭС), питающая электричеством регионы Центрального Черноземья. Разу­меется, это соседство порождает слухи и домыслы, но правда в том, что АЭС не только не вредит, но и, напротив, помогает сохранить драгоценные водные ресурсы. Как? Давайте разберёмся вместе.

Как работает АЭС?

Конечно, НВ АЭС, как и почти любой промышленный объект, использует воду, но на здоровье реки это не сказывается. И уж точно невозможно всерьёз говорить о радиоактивном загрязнении. Чтобы раз и навсегда избавиться от страхов, стоит немного вникнуть в работу АЭС.

Водо-водяные энергетические реакторы нагревают воду, которая не переходит в состояние пара из-за высокого давления, а вращается в циркуляционных петлях. Это замкнутый первый контур, и только здесь есть радиация.

В парогенераторе вода из первого контура нагревает воду из второго. Непосредственный контакт исключён – энергия передаётся только через теплообменные трубки. Вода второго контура превращается в пар, который по пароводу поступает на турбину. Турбина вращает генератор, который вырабатывает электрический ток. После этого вода четвёртого, шестого и седьмого энергоблоков охлаждается с помощью градирен, а пятого – с помощью пруда-охладителя.

Градирни – громадные башни, над которыми неизменно висят белые клубы. Между тем это вовсе не опасный дым, как представляется некоторым обывателям, а всего лишь безобидный водяной пар. Градирни новых энергоблоков – № 6 и 7 НВ АЭС – достигают в высоту 171 метра и видны на огромном расстоянии.

Энергоблок № 5 был введён в эксплуатацию в 1980 году и более чем вдвое увеличил мощность НВ АЭС. Ещё в 1972 году было принято решение о том, что новый блок будет использовать не градирни, а пруд-охладитель. Это позволило сократить забор донской воды и заодно использовать озёра-старицы в речной пойме. Новый искусственный водоём был залит в 1978 году.

Рецепт ухи

Пруд площадью 4,9 кв. км вмещает 32 млн куб. м воды. Водоём вытянут в длину на 3,5 км, а в ширину достигает 1,9 км. Глубины колеблются от 6,5 м до 16 м. Пруд ограждает дамба высотой 10 м, протянувшаяся на 4,48 км. Естественно, охлаждая энергоблок № 5 НВ АЭС, пруд нагревается – вода в нём всегда теплее, чем в окружающих реках и озёрах. Например, зимой он не замерзает – температура воды не опускается ниже пяти градусов по Цельсию.

Искусственные водоёмы отличаются от естественных тем, что за ними нужен постоянный уход. Каждую весну во время паводка пруд продувают – сбрасывают часть содержимого в донскую старицу и восстанавливают объём водой из реки. Из-за высокой температуры в пруду даже зимой активно растут водоросли – чтобы избавляться от них, туда каждый год «подселяют» рыбу травоядных пород.

Давно замечено: чем ближе к атомной электростанции живут люди, тем меньше они страдают радиофобией. В разное время года пруд притягивает рыбаков, а в 2009 году в Нововоронеже даже проходил чемпионат России по ловле поплавочной удочкой. На соревнования приехали 70 спортсменов из разных регионов страны. Вместе участники выловили 150 кг рыбы и тут же, на берегу пруда, сварили и попробовали уху. Говорят, она получилась отменной.

Правда, купаться в пруду-охладителе не рекомендуется, но вовсе не из-за того, что он чем-то загрязнён – всё же это технический водоём и должен использоваться по назначению.

К Дону НВ АЭС тоже относится бережно – в последние годы забор воды из реки сократился в десять раз. Сточные воды очищаются самыми современными механическими и биологическими методами, обеззараживаются ультрафиолетовым излучением. Речь идёт и об очистке поверхностного стока, ливневых и талых вод.

На уровне фона

С 1962 года существует лаборатория внешнего радиационного контроля (далее – ЛВРК), которая ведёт непрерывный радиационный контроль за объектами окружающей среды вблизи НВ АЭС. За более чем полвека в ЛВРК накоплена огромная база данных. Контролируется вода из крана – та, которую каждый день пьют нововоронежцы, – и из наблюдательных скважин на самой АЭС.

Исследуется сельскохозяйственная продукция, выращенная в пределах 20-километровой зоны АЭС, наиболее популярная в рационе местного населения: картошка, морковь и капуста, купленные у местных бабушек, мясо с рынка, надоенное неподалёку молоко и собранное в ближайших хозяйствах зерно. Только за один год в лаборатории проводится более 50 тыс. процедур радиационного контроля.

Раз в год проводится контроль рыбы, выловленной в пруду-охладителе, реке Дон и выращенной в нововоронежском рыбхозе. Сразу в нескольких местах реки Дон исследуются водоросли и донные отложения. Контроль показывает, что состояние окружающей среды рядом с Нововоронежской АЭС такое же, как и в тех регионах страны, где отсутствует атомная энергетика.

Данные, собранные вблизи НВ АЭС, сравниваются: с показателями, полученными на контрольном посту в Лисках (50 км от АЭС), с данными прошлых лет, с нулевым фоном, который был измерен до начала строительства первых энергоблоков АЭС. Такой подход позволяет отследить малейшие колебания в изменении радиоактивности.

За 55 лет эксплуатации НВ АЭС превышений допустимых сбросов в реку Дон, пруд-охладитель и другие водные объекты не было.

Экологически образцовая

Нужно сказать, что АЭС находится под постоянным контролем государственных органов, международных экспертных агентств, экологических и общественных организаций. Все они проводят исследования, посещают АЭС, опрашивают жителей Нововоронежа. Система экологического менеджмента (далее – СЭМ) на НВ АЭС получает высокие оценки. Так, по итогам внешней проверки в 2018 году аудиторы немецкого сертификационного органа DQS в очередной раз подтвердили соответствие СЭМ Нововоронежской АЭС требованиям международного и национального стандартов.

Только в 2018 году Нововоронежская АЭС направила на природоохранные мероприятия 63 млн рублей. Например, чтобы возместить водные биологические ресурсы, в реки было выпущено 47,2 тонны белого амура и толстолобика, а в пруд-охладитель энергоблока № 5 НВ АЭС – 10 тонн молоди толстолобика.

НВ АЭС победила в конкурсе «Экологически образцовая организация атомной отрасли» – заняла первое место среди 48 организаций. Награду за большой вклад в охрану окружающей среды и обеспечение экологической безопасности директору НВ АЭС Владимиру Поварову вручил генеральный директор Государственной корпорации «Росатом» Алексей Лихачёв.

«Обеспечение экологической безопасности является высшим приоритетом Нововоронежской АЭС, – отмечает начальник отдела охраны окружающей среды Нововоронежской АЭС Ольга Романова. – Результаты производственного экологического контроля и мониторинга показали, что за 2018 год не было зарегистрировано никаких превышений нормативных значений по сбросам, выбросам, отходам. На данный момент Нововоронежская АЭС обладает всей необходимой природоохранной разрешительной документацией, предписания от надзорных органов отсутствуют».

В тему. От детсадовцев до студентов

Разумеется, об окружающей среде должны заботиться не только промышленные предприятия – это задача всего общества. И Нововоронежская атомная электростанция активно старается распространять экологические знания – прежде всего, среди подрастающего поколения.

Например, каждый год во Всемирный день воды представители отдела охраны окружающей среды и Совета ветеранов НВ АЭС проводят с дошкольниками деловую игру – рассказывают, как АЭС использует и очищает воду, учат бережно относиться к прудам, озёрам, рекам и знакомят с их обитателями.

В августе прошлого года в санатории-профилактории «Энергетик» прошёл детский экологический форум, собравший победителей III Международного конкурса фотографий «В объятиях природы» – ребят из России, Белоруссии и Венгрии. За десять дней участники побывали в самых красивых уголках нашего региона – Дивногорье, Борщёво, Сторожевом, Архангельском, Воронежском заповеднике им. В. М. Пескова, зоопитомнике «Червлёный Яр и т. д. При этом с ними делился мастерством известный венгерский фотохудожник Винце Балинт – автор удивительных пейзажей, сделанных рядом с атомными станциями.

А в декабре студенты из Нововоронежа и венгерского города Пакш, где тоже есть АЭС, познакомились на научно-практической конференции «Взгляд молодёжи: экологическая безопасность АЭС в международном пространстве».

Перспективы и недостатки водородной энергетики

Для хранения и выработки энергии от водорода используются топливные элементы. Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах 19 века. Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

В 1959 году Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовались правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

В отличие от кислорода водород практически не встречается на земле в чистом виде и поэтому извлекается из других соединений с помощью различных химических методов.

По этим способам его разделяют на цветовые градации.

Зеленый — производится из возобновляемых источников энергии методом электролиза воды. Все, что необходимо для этого: вода, электролизер и большое снабжение электроэнергией.

Голубой — производится из природного газа, а вредные отходы улавливаются для вторичного использования. Тем не менее идеально чистым этот метод не назовешь.

Розовый или красный — произведенный при помощи атомной энергии.

Серый — водород получают путем конверсии метана. При его производстве вредные отходы выбрасываются в атмосферу.

Коричневый — водород получают в результате газификации угля. Этот метод также после себя оставляет парниковые газы.

Еще существуют технологии получения биоводорода из мусора и этанола, но их доля чрезвычайно мала.

Себестоимость производства по видам водорода, доллар за килограмм

Зеленый 10
Голубой 2 $
Красный 2 $
Серый 2—2,5 $
Коричневый 2—2,5 $

Водородная энергетика

На переработку угля приходится 18% производства водорода, 4% обеспечивается за счет зеленого водорода и 78% — переработкой природного газа и нефти. Методы производства, основанные на ископаемом топливе, приводят к образованию 830 млн тонн выбросов CO2 каждый год, что равно выбросам Великобритании и Индонезии, вместе взятым. И тем не менее водород — это более чистая альтернатива традиционному топливу.

Читайте также  Какую плитку выбрать для лестницы в доме виды облицовочного материала

В мире три основных источника выбросов, способствующих потеплению климата: транспорт, производство электроэнергии и промышленность. Водород может использоваться во всех трех областях. При использовании в топливных элементах водородная энергия оставляет минимальные потери, а после использования в качестве побочного продукта остается только вода, из которой снова можно добывать водород.

Перспективы отрасли

Согласно докладу МЭА, к 2050 году мировой спрос на водород должен достичь 528 млн тонн — против 87 млн в 2020, — а его доля в мировом потреблении составит 18%, из них 10% будет приходиться на зеленый водород.

К 2050 году МЭА планирует снизить затраты на производство этого экологически чистого вида топлива до 2 $ за килограмм, что существенно ниже нынешних 10 $. Это произойдет благодаря развитию технологий ВИЭ и удешевлению производства энергии ветра и солнца.

В июне 2020 года Германия объявила о реализации национальной водородной стратегии с инвестициями в 7 млрд евро, чтобы стать лидером в этой области.

Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, а Япония сделала это раньше всех — в декабре 2017 года.

В июле 2020 года Минэнерго подготовило план развития в РФ водородной энергетики на период 2020—2024 годов. Производить водород собираются «Росатом», «Газпром» и «Новатэк». В дорожной карте предусмотрены следующие меры:

  • поддержка пилотных проектов по производству водорода;
  • стимулы для экспортеров и покупателей на внутреннем рынке;
  • первые водородные установки запустят в 2024 году на атомных электростанциях, объектах добычи газа и переработки ископаемых.

В 2021 году HydrogenOne Capital — первый в мире инвестиционный фонд, ориентированный на зеленый водород, заявил о листинге на Лондонской бирже. Фонд инвестирует в проекты мощностью 20—100 МВт с возможностью их расширения до 500 МВт.

Как сделать ремонт и не сойти с ума

Преимущества водородной энергетики

Высокая применимость. Электрификация транспорта поможет снизить выбросы в атмосферу, но авиацию, морские и грузовые перевозки на дальние расстояния трудно перевести на использование электроэнергии, потому что для этих секторов требуется топливо с высокой плотностью энергии. Зеленый водород может удовлетворить эти потребности. Например, Airbus представил концепции самолетов с водородным двигателем и надеется ввести его в эксплуатацию к 2035 году.

Nikola строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторных батареях, так и на водороде. Компания заявляет, что ее топливные элементы могут работать при более низких температурах, чем батареи. И они легче, что делает их более практичными для грузовиков и другой тяжелой техники. Nikola также утверждает, что дальность хода такого грузовика составит 900 миль на баке с водородом. Для сравнения: у Tesla Semi с батарейным питанием, который может быть запущен в производство в конце этого года или в 2022 году, заявленная дальность — 200—300 миль.

Также свои аналогичные модели транспорта представили компании Toyota, Honda и BMW.

Время заправки электромобиля на топливных элементах в среднем составляет менее четырех минут. При этом в отличие от батарей они не нуждаются в перезарядке. Поскольку они могут работать независимо от сети, то могут использоваться как запасные генераторы электричества или тепла.

Важный элемент перехода на водород — его применение в ЖКХ. Кроме пилотных проектов в Великобритании Лидс станет первым городом, энергоснабжение которого будет полностью водородным. Согласно плану, все газовые сети и транспортное оборудование переведут на него.

Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится. В отличие от батарей, которые не могут хранить большое количество электроэнергии в течение продолжительного времени, водород можно производить из избыточной возобновляемой энергии и хранить в больших количествах.

Энергоэффективность. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65%. Для примера, у солнечных элементов КПД — 20%, а у ветряных — 40%.

Весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней размещены солнечные батареи общей мощностью 20 МВт. Всего станция вырабатывает 1,2 тысячи кубических метров водорода в час.

В автомобилях топливные элементы используют 40—60% энергии топлива, а также обеспечивают сокращение его расхода на 50%.

Зеленый водород — отличная среда для хранения энергии. Например, у Германии существует проблема с энергосистемой. В ясные и ветреные дни солнечные экраны и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить эта часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Избыток электроэнергии из ВИЭ можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.

Недостатки водородной энергетики

Стоимость зеленого водорода. Как уже говорилось выше, именно стоимость добычи самого чистого вида водорода ставит наиболее сильные препятствия в его развитии. По словам и прогнозам Минэнерго РФ, перспективы водородной энергетики связаны с удешевлением стоимости водорода, производимого электролизом воды. В качестве основных факторов обеспечения конкурентоспособности зеленого водорода рассматривается перспективное снижение капитальных затрат на электролизеры, а также стоимости электроэнергии из ВИЭ.

При масштабировании производства электролизеров их стоимость может снизиться с текущих 1000 до 200 $/кВт к 2050 году, по оценке J. P. Morgan — даже до 100 $/кВт. При реализации такого сценария к 2050 году стоимость электролизеров может снизиться до уровня менее 2 $/кг. Но с учетом применения различных программ государственного субсидирования водородной энергетики эти сроки могут быть сокращены.

Как работает гидроэлектростанция? Просто как дважды два

При этом этот ресурс возобновляемый. Развитием гидроэнергетики в стране в основном занимается компания «РусГидро» — ей принадлежат более 90 объектов возобновляемой энергетики. РусГидро управляет самой мощной в России Саяно-Шушенской ГЭС, девятью станциями Волжско-Камского каскада. Кроме того, у РусГидро несколько мощных ГЭС на Дальнем Востоке (Бурейская, Зейская, Колымская), а также несколько десятков гидростанций на Северном Кавказе и др.

.

Шаг 1. Создать напор.

Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят там, где много воды и есть перепад высот. Мог бы подойти водопад, где вода стремительно летит вниз и создает большой напор. Но не везде, где нужны гидростанции, есть водопады. Поэтому люди придумали, как использовать более спокойную воду для выработки энергии. Они сами создают перепады уровней воды с помощью плотин.

Для этого реку перегораживают, то есть поперек реки возводят высокую стенку – плотину, которая подпирает воду. За счет нее вода с одной стороны (энергетики называют ее верхним бьефом) копится и поднимается, с другой (в нижнем бьефе) – сохраняется на низком уровне. Разницу между уровнями называют напором.

Уровень верхнего бьефа для каждой плотины разный и колеблется в течение года. К началу половодья гидроэнергетики опустошают водохранилища своих ГЭС, чтобы встретить «большую воду». В период половодья и паводков уровень воды повышается, чтобы к осени достигнуть максимально возможных значений. А зимой, когда естественный приток реки снижается, вода, накопленная в водохранилище, используется для различных нужд, в том числе и выработки электроэнергии. Иногда к ГЭС притекает слишком много воды, излишки которой надо сливать. Для этого на каждом гидроузле есть специальное сооружение, называемое водосбросом. Когда он открыт еще говорят, что на ГЭС холостые сбросы.

Шаг 2. Найти энергию.

Вода, находящаяся в верхнем бьефе, обладает потенциальной энергией, которую человечество научилось превращать в электрическую. Для этого нужно воду из верхнего бьефа по специальным водоводам подать к гидроагрегатам, которые, пропустив через себя воду, сделают всю работу за вас.

Гидроагрегат – это такое устройство, состоящее из турбины, генератора и вала их соединяющего. Чем больше напор, тем больше гидроагрегат может выработать энергии.

Шаг 3. Превратить потенциальную энергию в электрическую.

Гидротурбины располагаются в здании ГЭС. Они бывают разные по конструкции, но принцип действия у них похож. Вода, под напором, созданным плотиной давит на лопасти и раскручивает турбину. Вращение с помощью вала передается на гидрогенератор – устройство, которое вырабатывает электроэнергию.

А как же вода? А с ней ничего не случается! Раскрутив турбину, она целая и невредимая поступает в нижний бьеф.

Шаг 4. Преобразовать энергию.

С генератора по специальным токопроводам энергия поступает на трансформаторы для повышения напряжения и уменьшения силы тока. Это необходимо для уменьшения потерь при передаче электроэнергии. Оттуда энергия поступает на распределительное устройство, после чего передается по проводам в энергосистему . Все вместе это называется схемой выдачи мощности.

Шаг 5. Передать энергию.

В нашей стране существуют разные энергосистемы. Есть Единая энергосистема России (ЕЭС), которая объединяет 79 регионов. И энергия большинства ГЭС и других электростанций этих регионов поступает именно в ЕЭС. Но на Дальнем Востоке и Севере есть изолированные энергосистемы, где электростанция питает энрегосистему региона, не связанную с ЕЭС. Например, Колымская и Усть-Среднеканская ГЭС в Магаданской области обеспечивают до 95% потребностей региона в электроэнергии.

Внутри энергосистем энергия передается по линиям электропередач (ЛЭП), еще их называют высоковольтными линиями (ВЛ). Они позволяют передать электроэнергию на большие нрасстояния. Чем больше напряжение — тем дальше расстояние на которое может быть передана электроэнергия

Шаг 6. Подготовить энергию для конкретного потребителя.

По высоковольтным линиям течет ток очень высокого напряжения (до 500 киловольт), которое подходит не всем. Поэтому, прежде чем попасть в каждую квартиру, энергия вновь проходит преобразование на специальных подстанциях и трансформаторных пунктах, где напряжение преобразуется в относительно безопасные 380В и затем раздается по квартирам в виде однофазного напряжения 220 В.

Читайте также  Какой стороной класть утеплитель с фольгой на пол

Читайте также

Возрастная категория сайта 18 +

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г. Главный редактор — Сунгоркин Владимир Николаевич. Шеф-редактор сайта — Носова Олеся Вячеславовна.

Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой массовой информации или нарушением иных требований закона.

АО "ИД "Комсомольская правда". ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781 127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.

Для чего нужна вода электростанциям?

Любая электростанция для выработки электрического тока должна использовать какую-то энергию. Пока вечного двигателя ещё не изобрели, энергия должна порождать энергию. В атомных электростанциях- это распад атома. В теплоэлектроцентраля­ х- это пар. В дизельных электростанциях- это солярка. Ну, а в гидроэлектростанциях- это вода. Поток воды, проходящий через турбины, вращает их и возникает электрический ток. Вкратце так происходит выработка электроэнергии. Есть ещё солнечные батареи и ветрогенераторы, очень похожие по принципу на ГРЭС, но только вместо воды используют ветер. Есть ещё станции, основанные на силе прилива и отлива.

Существуют различные электростанции. Гидроэлектростанции. Обозначаются ГЭС. Устанавливаются на реках. С помощью платин поднимают уровень воды в реке. Через специальные шлюзы вода устремляется на лопасти турбины. Турбина вращается и вырабатывает электрический ток.

Теплоэлектростанции. ТЭЦ. Строятся в районе промышленных центров. На такой станции вода разогревается до состояния пара, который под давление подаётся на турбину, которая вырабатывает электрический ток.

На атомных электростанциях — АЭС вода служит для охлаждения генератора. .

Если вода в бассейне с химикатами, а она с химикатами скорее всего, раз бассейн не детский, а достаточно большой и объемный, то такой водой поливать не желательно. Там как минимум есть хлор, и всякие противомикробные и противогрибковые средства.

Объем воды такой большой, что иногда ее просто некуда больше деть, кроме как в огород, так как чаще всего, такие бассейны, каркасные, либо надувные, по типу Интекс, устанавливают именно на дачах. Но лучше этого не делать, пустить шланг с водой, максимально мимо растений, не для полива, либо в яму, если она есть.

В самом крайнем случае, можно чуть-чуть полить цветы, но и то, не всякие такой полив перенесут.

Лучше всего выполаскивает мыло тёплая вода. Холодная может сбить мыло, горячая усиливает пенообразование и замедляет выпласкивание. Это касается как натуарльного мыла, так и синтетических моющих средств.

Стихийные духи это первичная полевая форма жизни возникшая на земле. Их задача помочь природе в создании более плотной жизни в том числе и нас с вами. Они до сих пор выполняют свою задачу, но люди от них отделились под влиянием религии, образования и всей прочей псевдодуховности. Они остались так же дружествены к человеку, но человек от них закрывается, что идёт людям во вред. Сейчас под влиянием веры их называют чертями или нечистыми, что означает не в чести или не уважаемые.

Бегущая вода у меня вызывает расслабление, психологическое и физическое. Она ассоциируется у меня с потоком сознания, бытия, который не мотается из стороны в сторону в постоянном поиске, а плавно и верно устремляется в верном направлении.

К сожалению человек забывает,что способен хорошо держаться на воде просто расслабившись,дыша и "лежа" на воде и впадает в состояние паники.Вы можете ему помочь соблюдая правила безопасности:подплывать к человеку только со спины,не давая ему вас схватить.Поддерживаете его под мышки,стараясь чтобы его голова была над водой.Если человеку удалось вас схватить опуститесь под воду — человек инстинктивно вас отпустит.Перехватите его так чтобы это было удобно.В состоянии истерики и паники до сих пор самым действенным методом прекращения оных остается хорошая оплеуха.Иногда даже приходится человека лишить сознания.Для прекращения судороги очень хорошим методом является сильно ущипнуть место судороги,хороший укол булавкой,т.е. сделать больно,что очень часто прекращает судороги.Примите за правило иметь для себя и, если понадобится окружающим, булавку в плавках.ЗАПОМНИТЕ,буксировка пострадавшего это на самом деле тяжелый труд.Оценивайте свои силы реально и если чувствуете,что для вас это тяжело,то просто держитесь на месте,поддерживая пострадавшего,ожидая помощи.Можно поддерживая себя и пострадавшего на плаву просто сплавляться по течению,постепенно подгребая к берегу

Водородная энергетика: прекрасное далёко

Если «зеленую» энергетику и электромобили можно считать актуальным трендом последнего десятилетия, то электростанции и автомобили, работающие на чистом водороде — это совершенно футуристичные проекты, становящиеся реальностью сегодня. Автомобили на водородных топливных элементах, такие как Toyota Mirai, уже колесят по мировым дорогам, а из их выхлопных труб выходит лишь дистиллированная вода. Мобильные автономные водородные электростанции Toshiba H2One с помощью энергии Солнца сами производят из воды водород и затем превращают его в электричество. Казалось бы, вот оно, решение всех проблем: человечество подчинило себе самый распространенный во Вселенной элемент и сделало из него абсолютно экологичный энергоноситель. Но не всё так просто, и судьба водородной энергетики очень сложна и неоднозначна.

В условиях нашей планеты водород является крайне неоднозначным энергоносителем. В отличие от нефти, угля или дерева, залежей чистого водорода на Земле нет. Его добыча — это относительно дорогой, ресурсоемкий и часто крайне «грязный» процесс.

Цветовая классификация способов добычи водорода включает пять видов добычи: черный, коричневый, серый, синий и зеленый. К цвету самого газа эта градация не имеет никакого отношения. «Черный» водород производится методом окисления нефти и черного угля, побочным эффектом чего является выброс существенных объемов CO2 — экологичным такой способ получения водорода не назовешь. Для «коричневого» водорода производится окисление редкого и дорогого бурого угля. «Серый» водород получают каталитической конверсией метана в присутствии водяного пара при температуре 1000 °C. На выходе образуются водород и углекислый газ. «Синий» водород является усовершенствованной версией добычи из природного газа, при которой побочный CO2 улавливают, не давая ему попасть в атмосферу.

Цена полученного водорода может варьироваться в зависимости от страны-производителя и цен на ископаемое топливо в ней. Водород из метана в России стоит около $1,1-1,6/кг. В странах Ближнего Востока стоимость килограмма опускается до $0,9/кг, а в Европе доходит до $2,3/кг. Энергетическая ценность 1 кг водорода равна примерно 3,7 л бензина. Выходит, что водород дешевле бензина практически втрое.

Все перечисленные выше способы добычи водорода включают в себя добычу ископаемого топлива и сопутствующие выбросы углекислого газа. Единственным по-настоящему «зеленым» видом промышленной добычи водорода является электролиз воды. Если тут вы вспомнили апокалиптичный отрывок из фильма «Кин-дза-дза!» о превращении всех морей планеты в луц (топливо), то имейте в виду, что для получения количества водорода, соответствующего современной выработке, достаточно всего 1,3% от того объема воды, который сейчас используется в мировой энергетике. И хотя для электролиза предпочтительней пресная вода, опреснение соленой воды добавит к конечной цене водорода не более 1%.

При всей привлекательности «зеленого» водорода на него приходятся смешные 0,1% (100 тыс. тонн) глобального производства, тогда как около 75% добываются из природного газа. Причина, к сожалению, прозаична: для получения текущего годового объема водорода методом электролиза электроэнергии потребуется больше, чем производится всеми электростанциями Евросоюза. Из-за высоких энергозатрат цена «зеленого» водорода находится в среднем на уровне $3,0-7,5/кг, что делает его неконкурентоспособным.

В прошлом году Volkswagen прямо заявил, что когда речь заходит о современных, экологичных и эффективных автомобилях, у компании находится немало аргументов за литий-ионные аккумуляторы и ни одного за водородные топливные ячейки, которые окисляют водород и вырабатывают электричество. И хотя эксплуатация авто на топливных ячейках приводит к выбросу на порядок меньшего объема CO2, чем у электромобилей (2,7 г против 20,9 г), экологичность, в которую входит в том числе экономная трата ресурсов, перечеркивается крайне низким КПД полного цикла эксплуатации водорода в топливных ячейках.

Проведём несложную калькуляцию: допустим, при помощи солнечной электростанции или ветряков было выработано 100 Вт — обычному электромобилю достаточно подключиться кабелем к энергосети, чтобы потребить эту энергию, а затем с небольшими потерями пустить ее на работу электромоторов. 5% мы потеряем на передаче электричества от электростанции к авто, еще 10% от изначального объема придутся на потери при зарядке и разрядке аккумулятора, и еще 5% исчезнут в электромоторе (КПД двигателя электромобиля — около 95%).

В результате из 100 Вт, выработанных электростанцией, мы получаем 80 Вт на электромоторе автомобиля.

В случае с водородными топливными ячейками ситуация пока что не в пример хуже: после выработки 100 Вт на электростанции сперва нужно потратить часть энергии на добычу водорода. При эффективности экологичного электролиза воды до 75%, 25 Вт энергии расходуются на первом этапе.

Полученный водород нужно охладить, сжать, транспортировать до АЗС и закачать в баллоны автомобиля, на что уйдет еще 10 Вт.

Теоретический КПД топливных ячеек в сферически-вакуумных лабораторных условиях достигает 83%, на деле же при преобразовании водорода в электричество в никуда уйдут заметрные 25 Вт. На этом фоне потери в электродвигателе кажутся несущественными. В конечном итоге получается, что от изначальных 100 Вт электромотору достанется менее 40 Вт — 60% выработанной энергии будут потеряны для автомобиля, но оплачены потребителем. Таким образом можно считать, что КПД полного цикла аккумуляторного электромобиля составляет порядка 80%, а КПД авто на водороде — менее 40%. В свете таких результатов скептицизм Volkswagen относительно топливных ячеек более чем понятен.

В случае с водородной энергетикой получается схожая картина, из цепочки лишь исчезает электромотор — вырабатываемое топливной ячейкой электричество отправляется либо в сеть, либо запасается в аккумуляторах. Вырабатывать электроэнергию, чтобы добыть водород и снова преобразовать его в электричество на электростанции выглядит неразумным.

Читайте также  Лестница на мансарду какой вариант выбрать и как установить

Может сложиться впечатление, что водород как массовый энергоноситель обречен. Однако есть маленький, но очень важный нюанс — водороду есть куда «расти». Задавшись целью, стоимость электролиза можно значительно снизить, как и снизить цены на водород, добываемый из ископаемого топлива, при учете крупных инвестиций в отрасль. Эффективность топливных ячеек также далека от теоретических пределов. Водородная энергетика находится в самом начале своего пути, впереди ее ждет долгое развитие и совершенствование.

Прогресс в области аккумуляторов замедлился практически до стагнации — реальных, а не лабораторных успехов в области автомобильных батарей не было уже очень давно, и даже предвкушение прошлогоднего Tesla Battery Day, на котором Илон Маск обещал представить нечто прорывное, обернулось разочарованием из-за обычного перехода аккумуляторов Tesla на ячейки нового типоразмера. К тому же, цена кобальта, обязательного элемента литий-ионных батарей, весьма высока и очень волатильна: за два первых месяца 2021 года она выросла с $32 тыс. до $52 тыс. за тонну.

Как только цена водорода для конечных потребителей опустится до $4,0/кг, его применение станет экономически целесообразным на грузовом и пассажирском общественном транспорте. Легковые водородные автомобили смогут составить конкуренцию электромобилям только при стоимости водорода не выше $1,5/кг (сейчас на немецких АЗС он продается по $9,0/кг). При стоимости $3,0/кг водород становится неплохим энергоносителем для отопления в странах с дорогой электроэнергией. Да и само электричество будет выгодно получать с помощью топливных ячеек, когда водород будет обходиться в $1,9/кг. В эти ценовые рамки более-менее вписывается водород из ископаемого топлива, но смысла в его использовании на транспорте и в энергетике нет, так как исчезает экологическая привлекательность.

По оценкам объединения Hydrogen Council килограмм «зеленого» водорода можно удешевить до $1,0/кг, но для этого нужно увеличить его производство со 100 тыс. до 12 млн тонн в год к 2030 году. К сожалению, эти смелые планы выглядят утопично.

В Японии при поддержке Toshiba была построен экспериментальный электролитический завод по выработке водорода Fukushima Hydrogen Energy Research Field, работающий от собственной солнечной электростанции. Его производительность составит 900 т в год.

Водородная энергетика: начало большого пути

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.


Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.


Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba H2One.

Мобильная электростанция Toshiba H2One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию H2One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер H2One генерирует до 2 м 3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м 3 водорода станции требуется до 2,5 м 3 воды.

Пока станция H2One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.

Сейчас Toshiba H2One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы H2One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: