Водородная энергетика

Высокотемпературные ядерные реакторы и водородная энергетика

В настоящее время во всем мире ведутся работы по поиску альтернативных видов топлива, которые со временем придут на смену нефти и газу. В энергетике это могут быть уран и торий, уголь и биотопливо при новых, низкоотходных, методах сжигания. Но на транспорте использование силовых установок на этих видах топлива затруднительно в связи с их относительно крупными габаритами.

Наиболее перспективной заменой бензиновому и дизельному моторным топливам может стать водородное топливо, дающее в качестве выхлопа обычный водяной пар. Водород по своей "калорийности" почти в 4 раза превосходит бензин. Сейчас водород производится методом электролиза воды, в основном для нужд химической и нефтехимической промышленности. Этот метод генерации весьма затратен. Между тем, производство водорода в промышленных масштабах может осуществляться с использованием тепловой энергии ядерных высокотемпературных реакторов. Современные проекты таких реакторов обещают понизить себестоимость водородного топлива до уровня цены бензина, а может быть и ниже.

Автомобили с водородными двигателями

В ОКБМ работы по высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам (ВТГР) ведутся с 1974 г. С середины 80-х гг. проект ВГ-400 становится единственным отечественным проектом по технологии высокотемпературных реакторов.

ВТГР является принципиально новым экологически чистым универсальным атомным энергоисточником. Его уникальные свойства – способность вырабатывать тепло с температурой до 1000 ^oС и высокий уровень безопасности – определяют широкие возможности по использованию этого типа реактора для снабжения теплом технологических производств в различных энергоемких отраслях промышленности (химической, нефтеперерабатывающей, металлургической), для производства электроэнергии с высоким КПД и для экономичного производства водородного топлива.

Высокая безопасность - важнейшее свойство высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов

Инертный газ гелий, используемый в качестве теплоносителя в этом типе реактора, не вступает в химические реакции с другими материалами даже при очень высоких температурах. Жаропрочное керамическое топливо в виде небольших сферических частиц в многослойной герметичной защитной оболочке из графита и карбида кремния не разрушается под воздействием высоких температур. Поэтому никакие, даже самые маловероятные инциденты как внутреннего (ошибки оператора, неисправности оборудования), так и внешнего (тепловое или ударное воздействие на установку) происхождения не могут привести к разрушению активной зоны реактора и выходу радиации в окружающую среду.

Основные технические характеристики ядерного реактора для водородной энергетики в буклете по международному проекту ГТ-МГР:

Международный проект высокотемпературного модульного гелиевого реактора с газовой турбиной ГТ-МГР

Другие материалы сайта ОАО "ОКБМ Африкантов" по теме

Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы

Приложение: современные и перспективные области применения водорода

(в порядке увеличения масштабов его потребления)

Отрасли примышленности - потребители водорода	Технологическое назначение водорода	Перспективные масштабы потребления водорода (типовые диапазоны)	Способы снабжения водородом соответствующих установок, оборудования и т.п.
Электроника, производство полупроводников, компьютеров	Очистка материалов от примесей	Малые и сверхмалые, до 2,4 - 2,5 тыс. нм³/сут (до 200 - 220 кг/сут)	Электролиз воды на месте потребления, поставка со специализированных производств в баллонах под давлением или в сжиженном виде, разложение метанола или аммиака на месте, поставки водорода в гидридных аккумуляторах
Связь	Производство оптических волокон
Фармацевтика	Производство большого количества медицинских препаратов, очистка сырья
Научные исследования	Создание сверхнизких температур до 14 - 150К путем испарения жидкого водорода (в т.ч. в вакууме)
Учреждения, офисы, население	Энергоснабжение компьютеров, мобильных телефонов и т.п.
Малая и средняя энергетика	В качестве топлива на водородных топливно - элементных пиковых или маневренных электростанциях	Малые и средние, до 12 тыс.нм³/сут (до 1000 кг/сут)	Электролиз воды на месте потребления (в т.ч. с использованием возобновляемых видов энергии), поставка со специализированных производств в сжатом или сжиженном виде; малые установки риформинга углеводородов
	В качестве топлива в автономных (распределенных системах малой энергетики)
	Охлаждение мощных эл. генераторов в качестве теплоносителя
	Как консервант энергии: генерирование водорода в часы недогрузок с обратным производством эл. энергии для покрытия пиковых нагрузок энергопотребления
	В качестве топлива в газотурбинных установках на водороде
Транспорт (гл. образом автомобили, автобусы)	В качестве топлива на водородных топливно-элементных транспортных средствах
Транспорт (гл. образом автомобили, автобусы)	В качестве моторного топлива в водородных ДВС транспортных средств
Пищевая промышленность	Гидрогенизация жидких пищевых жиров и масел с целью повышения их стойкости к окислительному и термическому воздействию, получение твердых жиров для маргаринов
	Гидрогенизация непищевых жиров для производства мыла, а так же кормов для животноводства
	Производство заменителей сахара
	Создание водородной среды для синтеза пищевых (кормовых) белков (протеинов) микробиологическими организмами
Стекольная промышленность	Создание восстановительной атмосферы при производстве стекла и кварца	Средние, до 70 - 72 тыс.нм³/сут (до 6.0 т/сут)	Паровой и автотермический риформинг, парциальное окисление углеводородного сырья
Металлообработка и машиностроение	Создание восстановительной атмосферы против окисления при термообработке металлов (безокислительный нагрев), а так же при прокате и т.п.
Металлообработка и машиностроение	Качественная резка и сварка металлов благодаря некоптящемуся высокотемпературному (3100^oС пламени)
Черная и цветная металлургия	Бездоменное производство губчатого железа	Крупные, до 250 тыс.нм³/сут (до 6.0 т/сут)	Паровой и автотермический риформинг, парциальное окисление углеводородного сырья
	Процессы прямого восстановления металлов из окислов (например, из железных руд)
	Технологии порошковой металлургии (получение порошковых Fe, Ti, Ni, Co, Cu)
	Отжиг нержавеющей стали в атмосфере водорода
	Получение редких и цветных металлов из окислов или кислых растворов (молибдена, вольфрама, кобальта, никеля, германия и т.п.)
	Повышение производительности доменных печей заменой части кокса водородосодержащим восстановительным газом (Н₂ + СО
Переработка угля и сланцев	Производство синтетических жидких топлив, технологии Фишера - Тропша
Переработка угля и сланцев	Производство газообразных синтетических топлив
Вторичные химические и нефтехимические производства	Производство перекиси водорода	Крупные, до 250 тыс.нм³/сут (до 20 т/сут)	Паровой и автотермический риформинг, парциальное окисление углеводородного сырья
	Производство уксусного ангидрида
	Производство этиленгликоля
	Производство изоцианатов (исходных для получения полиуретанов)
	Производство ароматиков
	Производство пластмасс (полиэтилен, полипропилен и т.п.)
	Производство олефинов
	Гидрирование альдегидов в спирты
	Производство капролактама, альдегидов, кетонов, нафталина
Нефтепереработка	Гидроочистка от сернистых соединений нефтепродуктов (газойля, мазута, средних дистиллятов, бензина и т.п.)	Крупные, до 250 тыс.нм³/сут (до 20 т/сут)	Паровой и автотермический риформинг, парциальное окисление углеводородного сырья
	Гидрокрекинг газойлей, тяжелых бензинов, мазутов, гудронов и т.п.
	Стабилизация нефтепродуктов путем гидрирования олефинов в бензинах и дизтопливах вторичного происхождения
	Гидродеароматизация газойлей, дизтоплив, нафты
	Гидродеалкилирование толуола, ксилола и др.
	Гидрирование бензола
	Производство масел
Базовая химия, производство удобрений	Производство аммиака
Базовая химия, производство удобрений	Производство метанола

Таблица дана по: "Производство и использование водорода. Технико-инвестиционные показатели установок и перспективные направления развития на мировом рынке". Отчет-справочник. ООО "Прима - Химмаш". Спб, 2005.