1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 32
Текст из файла (страница 32)
днт конверсия топлива, поэтому процесс получил назваии "электрохимическая конверсия" [1091, а устройство для е1с проведения — "электрохимический конвертор". В ячейке элект. рохимического конвертора анод работает подобно аноду ТЭ, з катод — подобно катоду злектролизной ячейки. Как следует из рис. 2.14, для метана при высоких температурах Лб < О, т.е. з этом случае реакция конверсии метана может протекать само. произвольно. Однако, из-за поляризации электродов и омичео ких потерь напряжения, процесс может проходить лишь прв подводеэлектрической энергии, Реакция сдвига (2.36) при температире 1273 К протекает лишь при подводе электрической энергии. Напряжение электрохимического конвертора СО будет апре деляться уравнением (/=Е, +/„й,ф.
При температуре 1273 К Е, = 0,04 В. Соответственно удель. 0 ный расход электрической энергии на получение водорода, кВт ° ч/мз, путем электрохимической конверсии СО при 1273 К можно рассчитать по уравнению )РУ = 2,39(бэ04 + Хгйэф)/ПР Прин, = 10 ч Ом ° мз иц = 1Йуонбудетравенб,8кВтч/м ° ,зф Удельный тепловой поток, кВт ° ч/мз, рассчитывается по уравнению мУ = 2,394(0,17+ Хгкзф)/чР. При_#_ =10 ' Ом мзиц 1 он будет равен 1,36кВтч/мз.
эф ' Р оэ Как видно, в этом случае необходимо отводить значительн количество тепла 174 Напряжение злектрохимического конвертора значительно „ныне, чем напряжение электролизера, поэтому электрохими„скую конверсию иногда называют электролизом с деполяриэцией. Снижение расхода электрической энергии компенсиуется увеличением расхода топлива. В случае, если использутся недорогое топливо или продукт неполного сгорания топлива, выбрасываемый в настоящее время в атмосферу, в электроимическом конверторе можно получить более дешевый водоод. 3.4. ТЕХНИКО-ЗКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА В связи с тем что водород производится либо из природного топлива, либо электролизом воды, проведем сравнение лишь зтих сиособов производства водорода. Прогнозные технико-экономические оценки других способов получения водорода были приведены ранее.
3.4.1. Технико-экономические показатели производства водоРода и природного топлива. Затраты на производство водорода зависят от вида и стоимости исходного топлива, способа производства, мощности установки и ее загрузки. Так, в США затраты на производство водорода из природного газа на давно работающих установках лежат в пределах 80-125 долл/т в пересчете на условное топливо (цены 1985 г.), а на новых установках мощностью 2,8 ° 10 ь мз/день — от 200 до 290 долл/т [86, с.
42-533. По расчетам Штейнберга и Ченга [175, с. 699! стоимость водоРода, получаемого газификацией угля, приведенного к массе условного топлива, в США в ценах 1987 г. лежит в пределах 31 0-440 долл/т. В Западной Европе стоимость водорода из природного газа оценивается в 235 долл/т (также в пересчете на условное топлиэо) (цены 1985 г.), а из импортного угля (2 долл/Гдж) 320 долл/т [86, с. 175-184]. Следует заметить, что цена на водород зависит от его чистоты. Так, очищенный водород в 5 раз дороже неочи1ценнага. В одород высокой степени чистоты в 13-20 раз дороже неочищен"ого водорода [86, с.
121-129!. Приведенные затраты на производство водорода были рассчитаны в [14!. Однако в связи с повышением капитальных затрат на оборудование и замыкающих затрат на топливо [110, 175 111] целесообразно провести новый расчет приведенных затра на водород. Последние, как и в [14], оценивались по уравнени Зп зк + зтп/чтз где зп -приведенные затраты на водород [на 1 т условного топ. пива); з„- капитальная составляющая приведенных затрат 3, — замыкающие затраты на топливо; йт - КПЛ преобразова. ния энергии в генераторах водорода. Капитальная составляющая рассчитывалась путем увеличе.
ния в 1,5 раза соответствующих величин, приведенных в [14] Замыкающие затраты на топливо принимались из справочника [110]. Значение КПД преобразования топлива принималось равным: 0,6 — для пароводяной конверсии, 0,675 - для парокис. породной конверсии и 0,57 — для газификации угля [14]. Резуль. таты расчета приведены в табл. 3.7. В связи с предстоящим увеличением оптовых цен, а соответ. отвеяно и замыкающих затрат на топливо в Х111 пятилетке, следует ожидать увеличения приведенных затрат на водород, получаемый из природного топлива.
Оценки, проведенные нз Т а б л и ц а 3.7. Расчетные приведенные затраты на производство водорода нз природного топлива Способ полу- Вид топлива чения водо- рода Газификация угля 65-90 65-90 65-90 100-125 412-515 3,7-4,6 122-147 502-605 4,5-5,4 152-177 626-729 5,6-6,5 309 379 2,8-3,4 75-92 0,13 Пароводытая конверсия 0,13 100-117 412-402 3,7-4,3 92-107 379-441 3,4-3,9 10,4 Парокисло- родная кон- версия Канско-ачинский уголь Каменный уголь Сибири Каменный уголь европейской части СССР Природный газ Сибири Природный газ евро- пейской части СССР Природный газ европейской части СССР зк, Приведенные затраты руб/т' руб/т~з руб/т- коп/ммз сионе проекта цен на топливо и индекса цен на оборудование, ,редставленного авторами работы [163], показали, что в этом лучае приведенные затраты на водород, получаемый из приодного газа европейской части СССР, возрастут до 220- 300 руб/т [в пересчете на условное топливо).
Приведенные затраты на водород, полученный газификацией каменного угля европейской части СССР, возрастут до 215 руб/т. При новых ценах на природное топливо повысится интерес к использованию угля для производства водорода. 3.4.2. Технико-экономические характеристики производства водорода методом электролиза воды. Оценка приведенных затрат производства водорода была проведена авторами работ [14; 108]. Однако, в связи с изменением удельных капитальных затрат на оборудование и тарифов на энергию, целесообразно пересчитать приведенные затраты на водород.
Кроме того, целесообразно оценить приведенные затраты на производство водорода в разрабатываемых электролизерах. Как было показано в гл. 2, нагрузка в энергетических системах колеблется во времени в течение суток, недели и по сезонам, Годовое распределение нагрузки приведено на рис.
3.7. Так как тарифы на пиковую энергию [зона 1П) очень высокие (3,0 коп/[КВт ч) и выше) [113], то можно показать, что использование пиковой энер гни для электролиза воды экономически нецелесообразно. Первоначально рассчитаем затраты на производство водорода в ,злектролизерах в режиме постоянной плотности тока, как это было сделано в [4]. В табл. 3.8 приведены исходные данные для расчета приведенных затрат на производство водорода в электролизерах. удельные капитальные затраты определялись исходя из имеющихся данных о капитальных затратах на электролизные ячейки, трансформаторы и выпрямители. Как и в [14], полные капитальные затраты на электролизную установку определялись увеличением в 1,5 раза капитальных затрат на основное оборудование. В связи с увеличением цен на металлы и приборы, полученные результаты увеличивались еще в 1,5 раза.
Приведенные затраты на производство водорода оценивались до уравнению и зк + ззл/Чалю (ЗЗ2) " В пересчете на 1 т условного топлива, *з В пересчете на 1 т водорода. "з В пересчете на 1 ма водорода. 176 где 3,„- тариф на электрическую энергию; Чал - КПД электролуь зера. 177 При дифференциальных тарифах на электроэнергию (зоны и н на рис. 3.7) уравнение (3.32) можно записать в ви)те К „лР,л ГОО П л(71 + т2) зэл111+ зэл272 Пзл(71 + т2)"с (3.33) „1Е 1(зал — УДЕЛЬНЫЕ КалнтаЛЬНЫЕ ЗатРатЫ На ЭЛЕКтРОЛИЗНУЮ становку, руб/кВт; (1„= 0, + Н„Н, = 0,12; 8,„— годовые эксплуатационные расходы как доля от капитальных затрат; 3 „и з,л2 - тарифы на электрическую энергию в зонах 1 и Н (0,7 и 1,2 коп/(кВт ч) (1121); 11 и 12 — годовое время работы электропизера в зонах 1 и Н (4000 и 3620 ч) [112); 7), — коэффициент, учитывающий затраты энергии на собственные нужды и на трансформацию и выпрямление тока; 81,42 - коэффициент пересчета от 1 коп/(кВт ч) к 1 руб/т (условного топлива).
Расчетные затраты на производство водорода при постоянной плотности тока в электролизерах по вариантам 1-4 табл. 3.8 приведены в табл. 3.9. Сравнение данных табл, 3.9 и 3.7 показывает, что приведенные затраты на производство водорода при постоянной плотности тока в низкотемпературных .электролизерах в 1,3-2,0 раза а) Вари- электролизер внт 17з. руб/кВт т, ч/г Плотность О л эл тока, кА/мэ Та б лиц а 3.
9. Расчетные приведензгые затраты на производство водорода методом электролиза 0,55 0,72 168 300 7620 7620 Приведенные затраты при реализации О2 0,74 0,79 руб/тзз коп/мэм руб/т*' 7620 7620 210 1 2 3 4 5 6 7 8 9 и 960 927 910 750 535 380-453 919 882 795 713 233 225 221 182 142 80 110 223 214 193 173 79 1Ог 114 75 56 42 75 ПО 81 60 0,96 7620 7620 Э 2,2 6 3,2 9,5 6 9,5 6 0,55 0,6 0,74 0,85 0,72 0,74 0,72 0,79 168 350 190 140 4000 3620 4000 3620 4000 3620 4000 3620 Твердополимерный То ие .10 Разрабатываемый щелочной *' Приведенные к затратам на 1 т условного топлива. "Приведенные к затратам на 1 т водорода. 'з Приведенные к затратам на 1 мз водорода. 179 сг е ч ег е,ч Рис.
3.7. Годовое распределение нагрузки в энергосистеме в изобраиении непрс. рывиыми (а ) и дискретными (6) кривыми: а( -п 1 — ночная; Б — полупиковая; Ш вЂ” пиковая зоны нагрузок; И1 — базиси 2-полупиковая;КЗ -пиковая мошностиьа -область постоянной мощности; Б е область переменной мощности; В = область неиспользуемой мощности Т а б л иц а 3.8. Параметры электролизеров и уыншня эп рабозвг Щелочной ФВ.500 Щелочной улучшенный Твердополимерный Разрабатываемый щелочной Высокотемпературный Электрохимический конвертор Щелочной ФВ.500 В рублях на квадратный метр площади электродов. В . з, руб/т Приведенные затраты зп эит 8,6 223 8,Э 215 32 211 6,7 172 5,2 132 3,4-4,0 82 213 7,8 204 7,1 183 6,4 8,2 7,9 7,8 6,3 4,8 7,8 7,5 6,7 6,0 выше затрат на водород, получаемый газификацией угля, и э 2,0-2,5 раза выше затрат на водород, получаемый конверсией природного газа.
Приведенные затраты на водород во вноэ РазРабатываемых электРолизеРах соизмеРимы с затРатами, водород (вариант 4), получаемый газификацией угля, и приме но в 1,5-1,9 раза выше затрат на водород, получаемый из пр родного газа. Реализация кислорода позволяет снизить приве денные затраты на водород на 5-7%. Аналогичное соотношен» между затратами на электролизный водород и водород из при. родного топлива сложилось за рубежом. Так, затраты на водо. род, получаемый в электролизерах с капитальными затратамв 500-900 долл/кВт и тарифамг на энергию 0,01-0,05 долл/(кВт ч) составляют 500-800 долл/т у.т. (в ценах 1985-87 гг.) [86, с. 121 129; 175, с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
