Решения для производства водорода

Решения для производства водорода

Экологически чистая генерация водорода

Одной из самых важных задач настоящего времени является декарбонизация мировой экономики. Ключом к решению этой задачи является последовательное увеличение доли источников возобновляемой энергии и их интеграция в развитые инфраструктуры промышленности, энергетики и электрических сетей. Мы вырабатываем «зеленый» водород, используя возобновляемую энергию с помощью электролиза через мембраны PEM, внося тем самым важный вклад в глобальную трансформацию энергетической отрасли. Линейка продукции SILYZER помогает интегрировать в ваш процесс такие нестабильные источники энергии, как солнце и ветер.  Мы устанавливаем стандарты в вопросах устойчивой генерации водорода для будущего. Начиная с планирования и ввода в эксплуатацию и заканчивая эксплуатацией, мы осуществляем поддержку клиентов в качестве надежного партнера, предоставляющего проверенную концепцию обслуживания, которая отвечает их требованиям.

Водород

Водород – топливо будущего

Использование водорода для декарбонизации

Роль возобновляемых источников энергии становится все более важной во всем мире. Они являются основой создания устойчивой энергетической отрасли, свободной от выбросов CO2, и, следовательно, ключевой технологией достижения декарбонизации к 2100 году. Их доля в выработке энергии в мировом масштабе постоянно растет. Но каким образом такие нестабильные источники энергии, как солнце и ветер, могут быть интегрированы в существующие сети, производственные процессы и гибкую индивидуализированную систему передачи энергии?

 

Водород является не только топливом будущего, но и настоящего!

 

Водород – самый распространенный химический элемент во вселенной. Почти все виды химического топлива имеют в своем составе водород, хоть он и представлен в связанной форме в виде углеводородов или других водородных соединений. Для того, чтобы ограничить изменения климата, вызванные глобальным увеличением выбросов CO2, необходимо найти решения для получения безуглеродного и, следовательно, устойчивого топлива. Помимо прочего, для этого требуется, чтобы водород вырабатывался с использованием возобновляемых источников энергии.

Варианты использования

Около 90% от более чем 600 миллиардов кубических метров водорода, вырабатываемого ежегодно во всем мире, потребляется промышленностью. Водород является важнейшим химическим веществом в промышленности и используется в качестве топлива, добавки или восстановителя. Водород в основном используется в качестве основного химического вещества при синтезе аммиачных и других удобрений, таких как мочевина, а также для синтеза метанола, различных полимеров и смол. Другими важными потребителями продукции современной водородной промышленности являются нефтеперерабатывающие заводы и металлообрабатывающая промышленность, а также полупроводниковая, стекольная и пищевая промышленность.

Только небольшое количество водорода используется в энергетической отрасли в настоящее время, хотя применение водорода считается одной из наиболее перспективных технологий в крупномасштабной интеграции источников возобновляемой энергии. Чем больше электроэнергии вырабатывается из нестабильных возобновляемых источников, таких как солнце и ветер, и чем сильнее снижается зависимость от традиционных энергосистем, тем важнее становится модернизация энергосистем. Кроме того, возобновляемая энергия также должна быть доступна в тех случаях, когда энергии солнца и ветра недостаточно. Это требует накопления энергии, в том числе в течение длительных периодов времени. Водород имеет важнейшее значение в качестве источника и среды хранения энергии. Одним из примеров подходящей инфраструктуры могут быть газовые сети с огромным потенциалом хранения.

 

Готовые решения «Комплексного энергоблока» также могут быть реализованы с использованием водородной инфраструктуры. Высокая оперативность работы электролизной системы PEM идеально подходит для прямого подключения к возобновляемым источникам энергии. Таким образом, пики нагрузки могут быть ограничены в обособленной сети, а энергия может быть возвращена в газовые турбины или топливные элементы по мере необходимости.

Электрификация транспортных средств является одной из самых серьезных проблем декарбонизации в мировом масштабе. Водород может способствовать декарбонизации двумя способами. Транспортные средства на топливных элементах могут напрямую использовать водород. Вместо CO2 и NOx они производят лишь воду. Вместе с аккумуляторными батареями они не только позволяют сократить выбросы городского транспорта, но также легкового и грузового локального и междугородного транспорта, поскольку эти транспортные средства имеют значительно большую дальность, чем автомобили с исключительно батарейным питанием. Кроме того, для их заправки требуется всего три минуты.

 

Второй способ использования водорода заключается в синтезе углеводородов из устойчивого водорода и углерода, получаемого из отходов сельского и лесного хозяйства. Таким образом, даже отрасли с высокими требованиями к топливу, такие как авиация и морские перевозки, могут быть декарбонизированы.

Электролиз для устойчивой генерации водорода

В 1800 году два англичанина, Уильям Николсон и Энтони Карлайл, открыли процесс электролиза, заключающийся в разложении воды на водород и кислород. Для этого использовался постоянный ток. Таким образом, эти два исследователя основали новую область химии – электрохимию.

 

В течение многих десятилетий электролиз воды был стандартным методом получения водорода и вдохновившись им французский писатель Жюль Верн в своем романе 1874 года «Таинственный остров» написал следующее: «Вода станет углем будущего». На протяжении многих лет благодаря развитию инфраструктуры использования природного газа в качестве основного источника водорода преобладали риформинг газа и газификация угля.

Электролиз с использованием протонно-обменных мембран (PEM) – быстрый, эффективный, экологичный

Дж. Х. Рассел и его коллеги впервые осознали огромный потенциал электролиза с использованием технологии PEM для энергетической промышленности в 1973 году.

 

Аббревиатура «PEM» обозначает протонно-обменную мембрану (proton exchange membrane). Особенностью мембраны PEM является то, что она проницаема для протонов, но не для газов, таких как водород или кислород. Благодаря этому в электролитическом процессе мембрана выполняет, помимо прочего, функцию разделителя, который предотвращает смешивание газообразных продуктов.

 

На передней и задней сторонах мембраны расположены электроды, которые подключены к положительному и отрицательному полюсам источника питания. Именно здесь расщепляются молекулы воды. В отличие от традиционного щелочного электролиза, технология PEM идеально подходит для сбора энергии ветра и солнца, которая вырабатывается нерегулярно, за счет того, что ее можно быстро включать и выключать без необходимости предварительного нагрева. Электролиз PEM также имеет следующие особенности:

  • Высокая эффективность при высокой удельной мощности
  • Высокое качество получаемого газа даже при частичной нагрузке 
  • Низкие расходы на обслуживание и надежная работа
  • Отсутствие выделения вредных химических веществ
Портфель продукции

Наш портфель SILYZER: решение, оптимизированное для ваших потребностей

Выработка достаточных количеств водорода требует инновационных решений, таких как семейство продуктов SILYZER компании «Сименс», представляющее инновационную систему PEM-электролиза, которая использует энергию ветра и солнца для выработки водорода, исключая выбросы CO2. Это делает SILYZER вдвойне полезным и вдвойне чистым решением.

Новый эталон в PEM-электролизе


SILYZER 300 является новейшей и самой мощной линейкой продуктов в диапазоне десятков мегаватт в линейке продукции для PEM-электролиза компании «Сименс». Модульная конструкция SILYZER 300 позволяет использовать уникальные свойства масштабирования для минимизации инвестиционных затрат для крупных промышленных электролизных установок. Оптимизированное решение обеспечивает очень низкие затраты на выработку водорода благодаря высокого КПД и эксплуатационной готовности установки.


Осуществляйте декарбонизацию своей отрасли с использованием системы, которая:

  • Предлагает максимальный КПД и превосходную оперативность по конкурентоспособной цене и при низких расходах на обслуживание
  • Работает без выделения вредных веществ
  • Обеспечивает только чистый водород наивысшего качества

Эффективность при работе под высоким давлением в диапазоне нескольких мегаватт

Решение SILYZER 200 может быть адаптировано для выполнения ваших конкретных задач. Благодаря своей конструкции и практическим возможностям расширения оно обеспечивает максимальную гибкость. Базовая система состоит минимум из одного блока на 1,25 МВт. Несколько базовых систем могут быть объединены в сеть PEM-электролиза более высокого класса производительности. В зависимости от ваших потребностей, в пакет входит целый ряд технических опций, включая систему обратного охлаждения, систему очистки воды, подключение к электросети и многое другое. И, разумеется, все компоненты идеально совместимы. Решение также обеспечивает производство водорода при работе под высоким давлением до 35 бар.

Мы подбираем идеальный пакет услуг для ваших индивидуальных потребностей. Наши сервисные предложения варьируются от базовых работ по техническому обслуживанию до комплексного обслуживания с использованием самых современных систем анализа данных. Таким образом мы обеспечиваем бесперебойную работу.

 

Наши сервисные предложения разрабатываются с учетом индивидуальных требований клиентов:

  • Базовые: поддержка и устранение неполадок по запросу
  • Расширенные: профилактическое обслуживание, дистанционное обслуживание, контроль состояния, круглосуточная горячая линия и многое другое
  • Интегрированные: заключение договоров о техническом обслуживании на основе производительности
Компания «Сименс» в качестве партнера

170 лет опыта и инноваций

Ваш компетентный, надежный и опытный партнер.

На протяжении более 170 лет мы и наша продукция соответствуем самым высоким стандартам качества. Благодаря обширным знаниям в области промышленности, транспортных средств и энергетики, мы можем разрабатывать межотраслевые решения, предназначенные для повышения эффективности работы наших клиентов. Начиная с подключения к сети и заканчивая инновационными технологиями управления, вы получаете возможность использовать многолетний опыт и инновационный потенциал «Сименс». У нас также есть доступ к обширной сети специальных партнеров, которые оптимально дополняют наши предложения. Эти знания и опыт позволяют нам создавать индивидуальные решения, основанные на специальных требованиях клиентов и раскрывающие весь ваш потенциал.

 

Решение SILYZER основано на характерных для «Сименс» высоких технологиях и опыте, включая нашу систему управления SIMATIC PCS 7 и преобразователи серии SINAMICS DCM. Мы гарантируем надежную и оптимальную совместную работу компонентов, обеспечивая максимальную эксплуатационную готовность, надежность и безопасность. Вы можете быть уверены в том, что мы используем весь наш опыт и знания для создания высококачественной системы и обеспечим вам круглосуточную поддержку.

Дополнительная информация

Информация для наших клиентов

Брошюры

Ссылки

Единая служба для обращений клиентов в России

Вопросы и ответы

Вопросы и ответы – часто задаваемые вопросы относительно водорода

Водород (химический символ Н) является газом. В качестве свободных молекул (H2) данный элемент встречается в природе только в небольших количествах, а в основном он химически связан, например в виде H2O.

Водород – самый распространенный химический элемент во вселенной. 90% всех атомов являются атомами водорода. Они составляют до трех четвертей общей массы вселенной.

Водород превращается в жидкость при температуре минус 253 ºC.

Водород имеет самую высокую удельную энергоемкость по массе среди всех традиционных видов топлива: она почти в три раза выше, чем у бензина или дизельного топлива. Это одна из причин, по которой водород используется в качестве топлива для космических аппаратов.

 

Высшая теплотворная способность H2: 39,4 кВт ч/кг, низшая теплотворная способность H2: 33,3 кВт ч/кг

При сжигании водорода выделяется тепло. Используемый в топливных элементах водород электрохимически преобразуется в электрическую энергию.

Водород производится и используется уже более 200 лет. Опыт показывает, что водород можно безопасно хранить, транспортировать и преобразовывать. Еще в 1808 году водород впервые был широко использован для системы уличного освещения Лондона.

Водород (H2) можно получать различными способами. На данный момент более 95% водорода во всем мире производится из углеводородов, при этом побочным продуктом является вредный CO2. Электролиз воды предлагает более современную и экологичную технологию получения водорода, без выбросов CO2.

Водород может получаться из углеводородов путем парового риформинга природного газа, зачастую называемого паровым риформингом метана (SMR), газификации угля, а также электролиза воды (H2O).

Водород можно хранить в резервуарах в виде сжатого газа или в виде жидкости. Водород также может храниться в подземных природных резервуарах или в сети природного газа для различных применений при условии, что такая сеть удовлетворяет всем технологическим требованиям.

Объемная удельная энергоемкость водорода при атмосферном давлении составляет примерно одну треть от энергоемкости традиционных видов топлива. Объемная удельная энергоемкость может быть увеличена путем сжатия или сжижения газообразного водорода для хранения и транспортировки большего его количества.

Для автомобилей на водородном топливе установлен промышленный стандарт от 300 до 700 бар. Транспортные средства для перевозки сжатого водорода (автоцистерны) как правило работают с максимальным давлением 200 бар.

Водород можно перевозить в виде сжатого газа или в виде низкотемпературной жидкости. В настоящее время два основных способа транспортировки водорода (главным образом в газообразном состоянии) подразумевают использование автоцистерн, например, трейлеров для перевозки баллонов, а также газопроводов (на малые расстояния).

Водород является нетоксичным чистым газом. Он не ядовит, не имеет вкуса и запаха. При его использовании в топливных элементах водород не создает паров, не загрязняет атмосферу углекислым газом и не выделяет оксидов азота.

По своей природе он не более опасен, чем другие виды топлива.  Водород легковоспламеняем, поэтому с ним следует обращаться с осторожностью, как и с другими легковоспламеняющимися видами топлива. Для воспламенения водорода должны присутствовать дополнительный окислитель (воздух, чистый кислород, хлор и т. д.) определенной концентрации и источник возгорания (искра). В худшем случае, если водород воспламеняется, то он сгорает очень быстро. Он не создает опасного теплового излучения над местом происшествия, в отличие от бензина или керосина.

Оборудование проектируется так, чтобы обеспечивать постоянную герметичность. Фланцевые соединения проектируются специально для водорода, а количество разъемных соединений сводится к минимуму. Кроме того, в зданиях обеспечивается стабильный воздухообмен, а объекты оборудуются предохранительными клапанами и клапанами сброса давления. Также определяются зоны взрывобезопасности. В этих зонах электрическое и прочее оборудование должно соответствовать требованиям 2014/34/EU (директива ATEX).

Нет. Водород можно безопасно хранить и обрабатывать, а также транспортировать. В промышленности это осуществляется уже более ста лет.

В отличие от бензина и природного газа, газообразный водород обладает значительной подъемной силой в атмосфере вследствие своей низкой плотности. Любой неконтролируемо поступающий газообразный водород немедленно поднимается вверх и рассеивается, что снижает риск возгорания на открытом воздухе.

Вода разделяется на составляющие: водород и кислород с помощью электрического тока.

Процессы электролиза можно разделить на следующие категории: щелочной электролиз с использованием жидких щелочных электролитов, кислотный электролиз с использованием твердых полимерных электролитов (например PEM) и высокотемпературный электролиз с использованием твердых оксидов в качестве электролита.

 

В промышленном масштабе доступны системы PEM-электролиза и щелочного электролиза. Технология электролиза с использованием твердых оксидов находится на ранней стадии разработки.

PEM обозначает протонно-обменную мембрану (proton exchange membrane). Эта мембрана является важной частью электролитической ячейки в PEM-электролизере. Эта мембрана разделяет анод, где собирается кислород, и катод, где генерируется газообразный водород.

Они различаются типом ионов, которые замыкают электрическую цепь

 

  • PEM-электролиз: H+
  • Щелочной электролиз: OH-
  • Электролиз с использованием твердых оксидов: O2-
  • Высокая чистота газа >99,999%
  • Высокая оперативность
  • Высокий КПД (>70%)
  • Высокая удельная мощность
  • Продолжительный срок службы
  • Экологичность (отсутствие химических веществ, только вода и электричество)

Для генерации 1 кг водорода требуется 10 литров деминерализованной воды.

В среднем для производства 1 кг водорода требуется 50 кВт ч энергии, в зависимости от эффективности электролизера и режима его работы.

Рынок водорода имеет три основных сегмента. Транспортные средства, энергетика и промышленность, причем промышленность в настоящее время является крупнейшим потребителем (~90%). В будущем ожидается смещение этого баланса в сторону транспортных средств и энергетики.

В настоящее время водород является важным промышленным газом, используемым, например, для очистки топлива, производства удобрений и метанола, гидрогенизации жиров, производства стали, обработки металлов, а также для производства листового стекла.

На 100 км пробега требуется менее 1 кг водорода.

Заправка легкового автомобиля или малотоннажного грузовика занимает от 3 до 5 минут.

Водород обеспечивает длительное хранение большого количества излишней возобновляемой энергии. Это позволяет по-новому использовать такую электроэнергию, например, использовать водород в качестве заменителя природного газа, подавая его в существующие трубопроводы, в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах или электростанций, или в качестве сырья для переработки водорода. При этом возникает возможность связать производство энергии с промышленностью и транспортной отраслью, создав так называемое «слияние отраслей».

Нет. Водород станет важным и постоянным элементом устойчивой энергетики.

В будущем водород будет в большей степени производиться с использованием электроэнергии из возобновляемых источников. Кроме того, биогаз и различные виды топлива, такие как твердая биомасса, помогут производить «зеленый» водород в будущем.

«Зеленый» водород на 100% получается из возобновляемых источников энергии. Это означает, что энергия, необходимая для производства водорода путем электролиза, связана с нулевыми выбросами. Водород, получаемый из ископаемого топлива с такими выбросами, как CO2, может называться «серым» или «коричневым» водородом. Если выбрасываемый углекислый газ улавливается, сохраняется (в хранилище улавливания углекислого газа) и используется повторно, то водород часто называют «синим».

Референтные проекты

Наши системы, работающие на предприятиях

Крупнейшее в мире предприятие PEM-электролиза в 2015 году
Energiepark Mainz | Майнц
Mainz

Крупнейшее в мире предприятие PEM-электролиза в 2015 году

  • Обеспечение соседних промышленных компаний с предоставлением «зеленой» сертификации по запросу

  • Предоставление водорода самого высокого качества для региональных водородных заправочных станций.

  • Подача «зеленого» водорода в местную сеть природного газа

Подробнее (англ. язык)
Первая в Германии установка по преобразованию энергии в газ в 2016 году
Windgas Haßfurt | Хасфурт
Haßfurt

Первая в Германии установка по преобразованию энергии в газ в 2016 году

  • Водород вводится в природный газ для солодовенного завода, который использует его в качестве топлива для своей блочной централизованной когенерационной электростанции

  • «Зеленый» водород подается в местную газовую сеть

  • Передовая технология управления технологическим процессом на базе SIMATIC PCS 7

Подробнее (англ. язык)