Рішення для виробництва водню

Рішення для виробництва водню

Екологічно чиста генерація водню

Одним з найважливіших завдань теперішнього часу є декарбонізація світової економіки. Ключем до вирішення цього завдання є послідовне збільшення частки джерел відновлюваної енергії та їх інтеграція в розвинені інфраструктури промисловості, енергетики та електричних мереж. Ми виробляємо "зелений" водень, використовуючи відновлювану енергію за допомогою електролізу через мембрани PEM, роблячи тим самим важливий внесок у глобальну трансформацію енергетичної галузі. Лінійка продукції SILYZER допомагає інтегрувати на Вашому об'єкті такі нестабільні джерела енергії, як сонце і вітер.  Ми встановлюємо стандарти в питаннях стійкої генерації водню заради майбутнього. Починаючи з планування і введення в експлуатацію, ми здійснюємо підтримку клієнтів в якості надійного партнера, що гарантує надійну підтримку, яка відповідає їх вимогам.

Водень

Водень – паливо майбутнього

Використання водню з метою декарбонізації

Роль відновлюваних джерел енергії стає все більш важливою у всьому світі. Вони є основою створення стійкої енергетичної галузі, вільної від викидів CO2, і, отже, ключовою технологією досягнення декарбонізації до 2100 року. Їх частка у виробництві енергії в світовому масштабі постійно зростає. Але яким чином такі нестабільні джерела енергії, як сонце і вітер, можуть бути інтегровані в існуючі мережі, виробничі процеси і гнучку індивідуалізовану систему передачі енергії?

 

Водень є не тільки паливом майбутнього, але і сьогодення!

 

Водень – найпоширеніший хімічний елемент у Всесвіті. Майже всі види хімічного палива мають в своєму складі водень, хоч він і представлений в зв'язаній формі у вигляді вуглеводнів або інших водневих сполуках. Для того, щоб обмежити зміни клімату, викликані глобальним збільшенням викидів CO2, необхідно знайти рішення для отримання безвуглецевого і, отже, стійкого палива. Для цього потрібно, щоб водень вироблявся з використанням відновлюваних джерел енергії.

Варіанти застосування

Близько 90% з більш ніж 600 мільярдів кубічних метрів водню, що виробляється щорічно в усьому світі, споживається промисловістю. Водень є найважливішою хімічною речовиною в промисловості і використовується в якості палива або добавки. Водень в основному використовується в якості основної хімічної речовини при синтезі аміачних та інших добрив, а також для синтезу метанолу, різних полімерів і смол. Іншими важливими споживачами продукції сучасної водневої промисловості є нафтопереробні заводи і металообробна промисловість, а також напівпровідникова, скляна і харчова промисловість.

Тільки невелика кількість водню використовується в енергетичній галузі в даний час, хоча застосування водню вважається однією з найбільш перспективних технологій у великомасштабній інтеграції джерел відновлюваної енергії. Чим більше електроенергії виробляється з нестабільних відновлюваних джерел, таких як сонце і вітер, і чим сильніше знижується залежність від традиційних енергосистем, тим важливіше стає модернізація енергосистем. Крім того, відновлювана енергія також повинна бути доступна в тих випадках, коли енергії сонця і вітру недостатньо. Це вимагає накопичення енергії, в тому числі протягом тривалих періодів часу. Водень має важливе значення в якості джерела і середовища зберігання енергії. Одним із прикладів відповідної інфраструктури можуть бути газові мережі з величезним потенціалом зберігання.

 

Готові рішення «Комплексного енергоблоку» також можуть бути реалізовані з використанням водневої інфраструктури. Висока оперативність роботи електролізної системи PEM ідеально підходить для прямого підключення до відновлюваних джерел енергії. 

Електрифікація транспортних засобів є однією з найсерйозніших проблем декарбонізації в світовому масштабі. Водень може сприяти декарбонізації двома способами. Транспортні засоби на паливних елементах можуть безпосередньо використовувати водень. Замість CO2 і NOx вони вироблятимуть лише воду. Разом з акумуляторними батареями вони не тільки дозволяють скоротити викиди міського транспорту, але також легкового і вантажного локального і міжміського транспорту, оскільки ці транспортні засоби мають значно більшу дальність слідування, ніж автомобілі з виключно батарейним живленням. Крім того, для їх заправки потрібно всього три хвилини.

 

Другий спосіб використання водню полягає в синтезі вуглеводнів зі стійкого водню і вуглецю, одержаного з відходів сільського та лісового господарства. Таким чином, навіть галузі з високими вимогами до палива, такі як авіація та морські перевезення, можуть бути декарбонізовані.

Електроліз для стійкої генерації водню

У 1800 році два англійця, Вільям Ніколсон і Ентоні Карлайл, відкрили процес електролізу, що полягає в розкладанні води на водень і кисень. Для цього використовувався постійний струм. Таким чином, ці два дослідники заснували нову область хімії – електрохімію.

 

Протягом багатьох десятиліть електроліз води був стандартним методом отримання водню і надихнувшись ним французький письменник Жюль Верн у своєму романі 1874 року "Таємничий острів" написав наступне: "Вода стане вугіллям майбутнього". Протягом багатьох років завдяки розвитку інфраструктури використання природного газу в якості основного джерела водню переважали риформінг газу і газифікації вугілля.

Електроліз з використанням протонно-обмінних мембран PEM) – швидкий, ефективний, екологічний

Дж. Х. Рассел і його колеги вперше усвідомили величезний потенціал електролізу з використанням технології PEM для енергетичної промисловості в 1973 році.

 

Абревіатура "PEM " позначає протонно-обмінну мембрану (proton exchange membrane). Особливістю мембрани PEM є те, що вона проникна для протонів, але не для газів, таких як водень або кисень. Завдяки цьому в електролітичному процесі мембрана виконує, крім іншого, функцію роздільника, який запобігає змішуванню газоподібних продуктів.

 

На передній і задній сторонах мембрани розташовані електроди, які підключені до позитивного і негативного полюсів Джерела живлення. Саме тут розщеплюються молекули води. На відміну від традиційного лужного електролізу, технологія PEM ідеально підходить для збору енергії вітру і сонця, яка виробляється нерегулярно, за рахунок того, що її можна швидко вмикати і вимикати без необхідності попереднього нагрівання. Електроліз PEM також має такі особливості:

  • Висока ефективність при високій питомій потужності
  • Висока якість одержуваного газу навіть при частковому навантаженні
  • Низькі витрати на обслуговування та надійна робота
  • Відсутність виділення шкідливих хімічних речовин
Портфель продукції

Наш портфель SILYZER: рішення, оптимізоване до Ваших потреб

Виробництво достатньої кількості водню вимагає інноваційних рішень, таких як сімейство продуктів SILYZER компанії Сіменс, що представляє інноваційну систему PEM-електролізу, яка використовує енергію вітру і сонця для виробництва водню, виключаючи викиди CO2. Це робить SILYZER подвійно корисним і подвійно чистим рішенням.

Новий еталон в PEM-електролізі


SILYZER 300 є новітньою і найпотужнішою лінійкою продуктів в діапазоні десятків мегават в лінійці продукції для PEM-електролізу компанії Сіменс. Модульна конструкція SILYZER 300 дозволяє використовувати унікальні властивості масштабування для мінімізації інвестиційних витрат для великих промислових електролізних установок. Оптимізоване рішення забезпечує дуже низькі витрати на вироблення водню завдяки високого ККД і експлуатаційної готовності установки.


Здійснюйте декарбонізацію своєї галузі з використанням системи, яка:

  • Пропонує максимальний ККД і чудову оперативність за конкурентоспроможною ціною при низьких витратах на обслуговування
  • Працює без виділення шкідливих речовин
  • Забезпечує тільки чистий водень найвищої якості

Ефективність при роботі під високим тиском в діапазоні декількох мегават

Рішення SILYZER 200 може бути адаптоване для виконання ваших конкретних завдань. Завдяки своїй конструкції і практичним можливостям розширення воно забезпечує максимальну гнучкість. Базова система складається мінімум з одного блоку на 1,25 МВт. Кілька базових систем можуть бути об'єднані в мережу PEM-електролізу більш високого класу продуктивності. Залежно від Ваших потреб, в пакет входить цілий ряд технічних опцій, включаючи систему зворотного охолодження, систему очищення води, підключення до електромережі та багато іншого. І, зрозуміло, всі компоненти ідеально сумісні. Рішення також забезпечує виробництво водню при роботі під високим тиском до 35 бар.

Ми підбираємо ідеальний пакет послуг для Ваших індивідуальних потреб. Наші сервісні пропозиції варіюються від базових робіт з технічного обслуговування до комплексного обслуговування з використанням найсучасніших систем аналізу даних. Таким чином ми забезпечуємо безперебійну роботу.

 

Наші сервісні пропозиції розробляються з урахуванням індивідуальних вимог клієнтів:

  • Базові: підтримка та усунення неполадок за запитом
  • Розширені: профілактичне обслуговування, дистанційне обслуговування, контроль стану, цілодобова Гаряча лінія і багато іншого
  • Інтегровані: укладання договорів про технічне обслуговування на основі продуктивності
Компанія Сіменс в якості партнера

Більше 170 років досвіду та інновацій

Ваш компетентний, надійний і досвідчений партнер.

Протягом більше 170 років ми і наша продукція відповідаємо найвищим стандартам якості. Завдяки великим знанням в галузі промисловості, транспортних засобів та енергетики, ми можемо розробляти міжгалузеві рішення, призначені для підвищення ефективності роботи наших клієнтів. Починаючи з підключення до мережі і закінчуючи інноваційними технологіями управління, Ви отримуєте можливість використовувати багаторічний досвід та інноваційний потенціал Сіменс. У нас також є доступ до великої мережі спеціальних партнерів, які оптимально доповнюють наші пропозиції. Ці знання і досвід дозволяють нам створювати індивідуальні рішення, засновані на спеціальних вимогах клієнтів і розкривають весь ваш потенціал.

 

Рішення SILYZER засноване на характерних для Сіменс високих технологіях і досвіді, включаючи нашу систему управління SIMATIC PCS 7 і перетворювачі серії SINAMICS DCM. Ми гарантуємо надійну і оптимальну спільну роботу компонентів, забезпечуючи максимальну експлуатаційну готовність, надійність і безпеку. Ви можете бути впевнені в тому, що ми використовуємо весь наш досвід і знання для створення високоякісної системи і забезпечимо Вам цілодобову підтримку.

Додаткова інформація

Інформація для наших клієнтів

Питання та відповіді

Питання та відповіді-часті питання щодо водню

Водень (хімічний символ Н) є газом. В якості вільних молекул (H2) даний елемент зустрічається в природі тільки в невеликих кількостях, а в основному він хімічно пов'язаний, наприклад у вигляді H2O.

Водень – найпоширеніший хімічний елемент у Всесвіті. 90% всіх атомів є атомами водню. Вони складають до трьох чвертей загальної маси Всесвіту.

Водень перетворюється в рідину при температурі мінус 253 ºC.

Водень має найвищу питому енергоємність по масі серед всіх традиційних видів палива: вона майже в три рази вище, ніж у бензину або дизельного палива. Це одна з причин, чому водень використовується як паливо для космічних апаратів.

 

Вища теплотворна здатність H2: 39,4 кВт год/кг, нижча теплотворна здатність H2: 33,3 кВт год / кг

При спалюванні водню виділяється тепло. Використовуваний в паливних елементах водень електрохімічно перетворюється в електричну енергію.

Водень виробляється і використовується вже більше 200 років. Досвід показує, що водень можна безпечно зберігати, транспортувати і перетворювати. Ще в 1808 році водень вперше був широко використаний для системи вуличного освітлення Лондона.

Водень (H2) можна отримувати різними способами. На даний момент більше 95% водню в усьому світі виробляється з вуглеводнів, при цьому побічним продуктом є шкідливий CO2. Електроліз води пропонує більш сучасну і екологічну технологію отримання водню, без викидів CO2.

Водень може виходити з вуглеводнів шляхом парового риформінгу природного газу, часто званого паровим риформінгом метану (SMR), газифікації вугілля, а також електролізу води (H2O).

Водень можна зберігати в резервуарах у вигляді стисненого газу або у вигляді рідини. Водень також може зберігатися в підземних природних резервуарах або в мережі природного газу для різних застосувань за умови, що така мережа задовольняє всім технологічним вимогам.

Об'ємна питома енергоємність водню при атмосферному тиску становить приблизно одну третину від енергоємності традиційних видів палива. Об'ємна питома енергоємність може бути збільшена шляхом стиснення або зрідження газоподібного водню для зберігання і транспортування більшої його кількості.

Для автомобілів на водневому паливі встановлений промисловий стандарт від 300 до 700 бар. Транспортні засоби для перевезення стисненого водню (автоцистерни) як правило працюють з максимальним тиском 200 бар.

Водень можна перевозити у вигляді стисненого газу або у вигляді низькотемпературної рідини. В даний час два основних способи транспортування водню (головним чином в газоподібному стані) мають на увазі використання автоцистерн, наприклад, трейлерів для перевезення балонів, а також газопроводів (на малі відстані).

Водень є нетоксичним чистим газом. Він не отруйний, не має смаку і запаху. При його використанні в паливних елементах водень не створює парів, не забруднює атмосферу вуглекислим газом і не виділяє оксидів азоту.

За своєю природою він не більш небезпечний, ніж інші види палива. Водень легкозаймистий, тому з ним слід поводитися з обережністю, як і з іншими легкозаймистими видами палива. Для займання водню повинні бути присутніми додатковий окислювач (повітря, чистий кисень, хлор і т.д.) певної концентрації і джерело загоряння (іскра). У гіршому випадку, якщо водень запалюється, то він згорає дуже швидко. Він не створює небезпечного теплового випромінювання над місцем події, на відміну від бензину або гасу.

Обладнання проектується так, щоб забезпечувати постійну герметичність. Фланцеві з'єднання проектуються спеціально для водню, а кількість рознімних з'єднань зводиться до мінімуму. Крім того, в будівлях забезпечується стабільний повітрообмін, а об'єкти обладнуються запобіжними клапанами і клапанами скидання тиску. Також визначаються зони вибухобезпеки. У цих зонах електричне та інше обладнання повинно відповідати вимогам 2014/34 / EU (директива ATEX).

Ні. Водень можна безпечно зберігати і обробляти, а також транспортувати. У промисловості це здійснюється вже більше ста років.

На відміну від бензину і природного газу, газоподібний водень володіє значною підйомною силою в атмосфері внаслідок своєї низької щільності. Будь-який неконтрольовано газоподібний водень, який надходить, негайно піднімається вгору і розсіюється, що знижує ризик загоряння на відкритому повітрі.

Вода розділяється на складові: водень і кисень за допомогою електричного струму.

Процеси електролізу можна розділити на наступні категорії: лужний електроліз з використанням рідких лужних електролітів, кислотний електроліз з використанням твердих полімерних електролітів (наприклад PEM) і високотемпературний електроліз з використанням твердих оксидів в якості електроліту.

 

У промисловому масштабі доступні системи PEM-електролізу і лужного електролізу. Технологія електролізу з використанням твердих оксидів знаходиться на ранній стадії розробки.

PEM позначає протонно-обмінну мембрану (proton exchange membrane). Ця мембрана є важливою частиною електролітичної комірки в PEM-електролізері. Ця мембрана розділяє анод, де збирається кисень, і катод, де генерується газоподібний водень.

Вони розрізняються типом іонів, які замикають електричний ланцюг

 

  • PEM-електроліз: H+
  • Лужний електроліз: OH-
  • < sub>електроліз з використанням твердих оксидів: O2-
  • Висока чистота газу >99,999%
  • Висока оперативність
  • Високий ККД (> 70%)
  • Висока питома потужність
  • Тривалий термін служби
  • Екологічність (відсутність хімічних речовин, тільки вода і Електрика)

Для генерації 1 кг водню потрібно 10 літрів демінералізованої води.

В середньому для виробництва 1 кг водню потрібно 50 кВт год енергії, в залежності від ефективності електролізера і режиму його роботи.

Ринок водню має три основні сегменти. Транспортні засоби, Енергетика та промисловість, причому промисловість в даний час є найбільшим споживачем (~90%). У майбутньому очікується зміщення цього балансу в бік транспортних засобів та енергетики.

В даний час водень є важливим промисловим газом, використовуваним, наприклад, для очищення палива, виробництва добрив і метанолу, гідрогенізації жирів, виробництва сталі, обробки металів, а також для виробництва листового скла.

На 100 км пробігу потрібно менше 1 кг водню.

Заправка легкового автомобіля або малотоннажної вантажівки займає від 3 до 5 хвилин.

Водень забезпечує тривале зберігання великої кількості зайвої відновлюваної енергії. Це дозволяє по-новому використовувати таку електроенергію, наприклад, використовувати водень в якості замінника природного газу, подаючи його в існуючі трубопроводи, в якості палива для транспортних засобів на паливних елементах або електростанцій, або в якості сировини для переробки водню. При цьому виникає можливість пов'язати виробництво енергії з промисловістю і транспортною галуззю, створивши так зване «злиття галузей».

Ні. Водень стане важливим і постійним елементом стійкої енергетики.

У майбутньому водень буде більшою мірою вироблятися з використанням електроенергії з відновлюваних джерел. Крім того, біогаз і різні види палива, такі як тверда біомаса, допоможуть виробляти «зелений» водень в майбутньому.

"Зелений" водень на 100% виходить з відновлюваних джерел енергії. Це означає, що енергія, необхідна для виробництва водню шляхом електролізу, пов'язана з нульовими викидами. Водень, одержуваний з викопного палива з такими викидами, як CO2, може називатися «сірим» або «коричневим» воднем. Якщо викидається вуглекислий газ вловлюється, зберігається (в сховище уловлювання вуглекислого газу) і використовується повторно, то водень часто називають «синім».

Референтні проекти

Наші системи, що працюють на підприємствах

Важливі посилання