Энергетика будущего: ученым удалось радикально повысить КПД технологии преобразования электричества в газ

Технология «Энергия-Газ» (Power-to-gas) рассматривается в качестве важного инструмента мировой энергетической трансформации. Рост стохастической выработки электроэнергии на основе ветра и солнца, требует новых решений по масштабному и сезонному хранению энергии, которое может быть обеспечено с помощью преобразования «избыточной» электроэнергии в водород методом электролиза.

В рамках европейского проекта HELMETH (акроним “Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion“), который координировался немецким Технологическим институтом Карлсруэ, удалось существенно увеличить эффективность преобразования электричества в метан – до 76%. При этом ученые надеются, что на крупных промышленных установках можно получить и 80% (технически возможны КПД > 85%).

Водород может храниться для дальнейшего использования в качестве источника электроэнергии и тепла, а может преобразовываться в метан и направляться в обычные, существующие газовые сети и хранилища.

Второй метод привлекателен тем, что он не требует создания дополнительной «водородной инфраструктуры» для масштабного хранения H₂.

Современные эффективные Power-to-gas установки с метанизацией имеют эффективность 54% (в метан преобразуется 54% исходной электрической энергии, остальная – теряется).

Описание процесса метанизации в рамках проекта HELMETH можно прочитать здесь.

В данном случае речь идет об объединении высокотемпературного электролиза и метанизации в «совмещенный» Power-to-gas-процесс. «Впервые мы последовательно использовали синергию между электролизом и метанизацией и достигли эффективности, которая примерно на 20 процентных пунктов выше, чем у стандартных технологий», — объясняетДимостенис Тримис, координатор проекта HELMETH из Технологического института Карлсруэ.

Одним из основных преимуществ является оптимальное использование технологического тепла процесса метанизации для удовлетворения потребностей в тепле используемой технологии электролиза. В частности, высокотемпературный электролиз при температуре около 800 градусов Цельсия и высокое давление имеют термодинамические преимущества, которые повышают эффективность.

Сравнение эффективности технологий «Power-to-gas-метан» с применением низкотемпературного и высокотемпературного электролиза показано на рисунке (увы, только на немецком):

Как мы видим, в результате использования нового процесса, КПД всего процесса, заканчивающегося комбинированной генерацией (тепла и электроэнергии) на основе синтетического газа, может достигать 68,4%, что является очень хорошим результатам (потери энергии во всей технологической цепочке менее 35%).

Производимый в рамках проекта HELMETH «аналог» природного газа содержит всего 2% водорода, поэтому может без ограничений закачиваться в существующие газотранспортные сети и хранилища.

Напомню, что в энергосистемах с большой долей генерации на основе ВИЭ (солнца и ветра), технологиям Power-to-gas отводится видное место.