28 апреля 2022 г. состоялось заседание Научно-технического совета ОАО «ВТИ»

Повестка дня:

1.     Водородная энергетика и получение полезных продуктов из твердых топлив:

-         Доклад «Водородная энергетика и получение полезных продуктов из твердых топлив». Докладчик: заведующий лабораторией специальных котлов Отделения парогенераторов и топочных устройств д.т.н. Г.А. Рябов.
-         Доклад «Исследование процесса газификации твёрдых топлив и перспектив получения водорода из угля». Докладчик: научный сотрудник Отделения парогенераторов и топочных устройств И.А. Рыжий.
-         Доклад «Пути снижения углеродного следа в теплоэнергетике». Докладчик: заведующий кафедрой парогенераторостроения НИУ «МЭИ», д.т.н., профессор П.В. Росляков.
-         Доклад «Водородные технологические решения». Докладчик главный технолог АНО «Водородные технологические решения» Б.А. Рыбаков.

В рамках рассмотрения вопроса были заслушаны доклады Г.А. Рябова, И.А. Рыжего, П.В. Рослякова, Б.А. Рыбакова.

В последнее десятилетие водород привлекает внимание, как перспективный энергоноситель сразу для нескольких целей: на транспорте, в промышленности и строительстве. Для производства чистого водорода необходима энергия. Водород имеет высокую плотность энергии на единицу массы, но низкую на единицу объема. В 2018-м году было произведено 73 млн. тонн чистого водорода, из них 38 млн. тонн использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Прогнозное значение потребления водорода к 2050 году по данным различных источников оценивается в диапазоне от 200 до 650 млн. тонн в год. В настоящее время 76% водорода производится из природного газа, а 23% из угля, остальная часть из электроэнергии и нефти. Это дает более чем 800 Мт выбросов CO₂. Производство низкоуглеродистого водорода из ископаемого топлива, вероятно останется самым дешёвым вариантом в регионах с дешёвым углем и природным газом.

Развитие водородной энергетики в России планируется в три этапа:

1. Создание водородных Кластеров и реализации пилотных проектов.
2. Запуск первых коммерческих проектов производства водорода.
3. Широкомасштабное развитие мирового рынка водородный энергетики.

При использовании водорода в энергетике следует иметь в виду:

• водород является врагом металлоконструкций;
• физические объемные характеристики водорода снижают эффективность электросистем по сравнению с углеводородным топливом;
• водородная экономика не имеет основы с точки зрения инфраструктуры и механизмов рыночного регулирования;
• широкое использование водорода опасно из-за его высокой горючести.

Выполненые простейшие балансы энергии и сравнение требуемых затрат при при сжигании водорода и метана показали, что использование водорода в электроэнергетике экономически не выгодно даже в условиях требований к декарботнизации.

В докладе Г.А. Рябова приведены направления исследований и разработок в области получения водорода из газообразных и твёрдых топлив.

И.А. Рыжий в своем докладе осветил разработанную в ОАО «ВТИ» перспективную технологию, обеспечивающую газификацию угля на базе горнового метода.

На ТЭЦ-3 в городе Томске сооружен экспериментальный образец горновой газогенераторной установки с расходом топлива Вт = 4,0 т/час. На этой установке были проведены продолжительные испытания (приблизительно 200 часов). В качестве топлива для газификатора использовались угли марок Д, 5, Т, А, а также шлам. В результате наладочных испытаний был получен синтез-газ с тепловой способностью
Q_h = 1500 – 1900 кКал/кг, содержанием CO = 20,8 – 30,2%, водорода Н₂ = 10 – 23,0%. Были проведены дополнительные опыты по получению жидких углеводородов, полукокса, увеличению содержания водорода в синтез-газе.

В результате проведённых исследований разработана концепция установки по получению водорода из угля.

В докладе П.В. Рослякова приводятся результаты исследований возможности использования водородо-содержащих смесей в котлах для снижения выбросов углекислого газа. Этого снижения можно достичь при сжигании природного газа с подмешиванием к нему чистого водорода. Перевод ТЭС и котельных с угля на сжигание природного газа и его с смесей с водородом заметно снижает выбросы углекислого газа и является наиболее простым с практической точки зрения мероприятием.

Для оценки взаимозаменяемости горючих газов (природного газа его смеси с водородом) при сжигании в горелочных устройствах использовалось число Воббе. Увеличение доли водорода в смеси с природным газом при сжигании в котлах приводит к изменению светимости факела, уменьшению объемного расхода продуктов сгорания, изменению тепловосприятия поверхностей нагрева.

Уже сейчас необходимо прорабатывать технические решения, которые в будущем позволят использовать в качестве топлива водородосодержащий газ (ВСГ). Однако перевод котлов на сжигание ВСГ приведёт к увеличению выбросов водяного пара. Поэтому необходимо применять конденсационные тепло утилизаторы. Необходимо отметить, что реализация «водородных проектов» связана с большими сложностями технического и экономического характера. Водородная энергетика может стать экономически обоснованной только при условии разработки безопасных, эффективных и относительно недорогих способов его получения, хранения и использования.

Б.А. Рыбаков в своем докладе сообщил, что в настоящее время проводятся экспериментальные исследования состава уходящих газов и конденсата при сжигании в котле природного газа, водорода и смеси газов. При проведении стендовых исследований измерялись концентрации NO_x и СО в дымовых газах при сжигании природного газа и его смеси с водородом (до 22% Н₂) и характеристики конденсата.

При сжигании смеси природного газа с водородом концентрации NO_x и СО в дымовых газах снизились. Испытания продолжаются.

В процессе обсуждения проблем водородной энергетики в будущем выступили С.И. Сучков, Е.Н. Епихин, А.Н. Тугов, А.Г. Тумановский.

Президент ОАО «ВТИ» Г.Г. Ольховский обратился к ведущим сотрудникам института с предложением разработать план перспективных работ по исследованиям технологий и оборудования с повышенной экономичностью и минимальными выбросами вредных веществ с учётом импортозамещения и декарбонизации энергетики в будущем.

На основании обсуждений докладов и выступлений участников НТС отмечает:

1. Спрос на водород существенно увеличится в будущем. Рассмотрены вопросы технологий и стоимости производства водорода.
2. На основе сравнений характеристик водорода и природного газа показано, что водород не может быть надёжным и экономичным источником производства электроэнергии.
3. Приведены направления исследований и разработок в области получения водорода из газообразных и твёрдых топлив.
4. Для испытаний, разработанной в ОАО «ВТИ» установки по исследованию процессов газификации горновым методом (Вт = 4 т/час) проработана концепция получения водорода из углей.
5. Перевод ТЭС и котельных на сжигание водородо-содержащего топлива заметно снижает выбросы углекислого газа, но реализация этих проектов связана с большими техническими и экономическими проблемами.