Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения
Выполнен технико-экономический анализ состояния и перспектив альтернативной энергетики, основанной на долгосрочном хранении фотоэлектрической энергии в больших объемах. Определены актуальные направления научных исследований и инноваций в энергетической отрасли. Приведены примеры успешной коммерциали...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28063 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения / И.Ю. Прохоров, Г.Я. Акимов // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 11-24. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860227591449870336 |
|---|---|
| author | Прохоров, И.Ю. Акимов, Г.Я. |
| author_facet | Прохоров, И.Ю. Акимов, Г.Я. |
| citation_txt | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения / И.Ю. Прохоров, Г.Я. Акимов // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 11-24. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Выполнен технико-экономический анализ состояния и перспектив альтернативной энергетики, основанной на долгосрочном хранении фотоэлектрической энергии в больших объемах. Определены актуальные направления научных исследований и инноваций в энергетической отрасли. Приведены примеры успешной коммерциализации за рубежом новых энергетических систем, функционирующих на основе твердых катионных бета-глиноземных электролитов.
Виконано техніко-економічний аналіз стану й перспектив альтернативної енергетики, заснованої на довгостроковому зберіганні фотоелектричної енергії в більших обсягах. Визначені актуальні напрямки наукових досліджень і інновацій. Наведені приклади успішної комерціалізації за кордоном нових енергетичних джерел, функціонуючих на твердих катіонних бета-глиноземних електролітах.
Prospects and feasibility study of alternative power production based on long-term high-capacity storage of photoelectric energy are presented. Urgent research and innovation areas are determined. Foreign examples of successful commercialization of novel power systems using solid cationic electrolytes based beta aluminum oxides are provided.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:20:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
11
Наука та інновації. 2009. Т. 5. № 6. С. 11—24.
© И.Ю. ПРОХОРОВ, Г.Я. АКИМОВ, 2009
И.Ю. Прохоров, Г.Я. Акимов
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины, Донецк
ФОТОЭНЕРГЕТИКА И ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА:
ВОЗМОЖНОСТИ И ДОСТИЖЕНИЯ
Выполнен технико-экономический анализ состояния и перспектив альтернативной энергетики, основанной на
долгосрочном хранении фотоэлектрической энергии в больших объемах. Определены актуальные направления на-
учных исследований и инноваций в энергетической отрасли. Приведены примеры успешной коммерциализации за
рубежом новых энергетических систем, функционирующих на основе твердых катионных бета-глиноземных элект-
ролитов.
К л ю ч е в ы е с л о в а: водородная энергетика, бета-глинозем, натрий, твердые электролиты.
Водородная энергетика стала в последние
годы «модным» направлением научно-техни-
ческого прогресса, особенно актуальным вви-
ду надвигающегося энергетического кризиса.
Популяризации водорода как энергоносителя
немало способствовало появление водород-
ных автомобилей и водородных трасс, на ко-
торых заправка автомобилей производится
водородом, полученным электролизом воды
близлежащих водоемов за счет энергии АЭС.
Водородный транспорт не только обеспечива-
ет экологическую чистоту и снижение выбро-
сов парниковых газов, но и позволяет «привя-
зать» стоимость горючего к стоимости элект-
роэнергии. Несмотря на высокую стоимость и
несовершенство существующих систем, это
дает возможность рассчитывать на создание в
будущем вполне конкурентоспособного водо-
родного и электроводородного транспорта, не
требующего нефти и газа.
Новыми материалами, устройствами и тех-
нологиями для водородной энергетики занима-
ются многие ученые во всем мире. Однако ос-
новное их внимание сконцентрировано на «ма-
лой» энергетике для транспорта и портативных
устройств, где главным критерием оценки яв-
ляются плотность энергии и мощность, отне-
сенные к единице веса и/или объема, в то время
как стоимость учитывается только как вторич-
ный фактор. В результате некоторые направле-
ния, перспективные с точки зрения «большой»
энергетики, где стоимость энергоносителей вы-
ступает основным фактором, остаются факти-
чески вне поля зрения как исследователей, так
и общественности.
В настоящей работе сделана попытка экономи-
ческой оценки разрабатываемых в мире материа-
лов и процессов альтернативной энергетики для
Украины в ценах на декабрь 2008 г. с целью выяв-
ления перспективных направлений развития
энергетики. Приведены примеры успешной ком-
мерциализации перспективных энергосистем за
рубежом и представлены имеющиеся результаты
в области технологии бета-глиноземов.
РОЛЬ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
«Водородная энергетика» — сравнительно
новое понятие. Оно отсутствует в Большой со-
12 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
горючего и теплоносителей существенно усту-
пает в актуальности другим энергетическим
направлениям.
Несколько затрудняет понимание актуаль-
ности и новизны исследований в данной об-
ласти также широкий спектр результатов, по-
лученных в 50—70-е годы прошлого века в
рамках программ, направленных на изучение
свойств водорода и его изотопов как компо-
нентов термоядерного оружия. Эти результа-
ты включают в себя такие аспекты, как спосо-
бы массового производства водорода; взаимо-
действие водорода с металлами, приводящее к
образованию гидридов и водородному охруп-
чиванию; использование водорода для восста-
новления металлов из оксидов и сварки тугоп-
лавких металлов и др. Многие из указанных
аспектов пересекаются с сегодняшними разде-
лами водородных программ, и потому вторым
часто приводимым аргументом необходимос-
ти развития водородной энергетики стало ис-
пользование водорода как топлива для низко-
температурных топливных ячеек. К сожале-
нию, все подобные аргументы не дают ответа на
простой вопрос потенциальных потребителей:
зачем нужно тратить энергию различных ис-
точников на производство и хранение водоро-
да, чтобы потом получать из него электричест-
во, если эту энергию можно либо просто ис-
пользовать на месте, либо передавать предпри-
ятиям электрических сетей (ПЭС) в счет буду-
щего потребления, либо, наконец, запасать в
аккумуляторах?
Таким образом, с точки зрения конечного
потребителя водородная энергетика представ-
ляет собой просто гигантский аккумулятор.
Следовательно, для демонстрации актуальнос-
ти и необходимости развития водородной энер-
гетики необходимо оценить перспективы сов-
ременной энергетики, потребность ее в новых
способах хранения энергии и, наконец, срав-
нить возможности водородной энергетики с су-
ществующими и разрабатываемыми моделями
аккумуляторов, суперконденсаторов и топлив-
ных ячеек. Такой совместный анализ позволил
ветской энциклопедии выпуска 1978 г., хотя
термин (в английском оригинале “hydrogen eco-
nomy”) был введен английским химиком, про-
фессором Пенсильванского университета Джо-
ном Бокрисом в лекции, прочитанной в Техни-
ческом центре компании «Дженерал Моторс»
еще в 1970 г. Автор предлагал под этим названи-
ем проект «альтернативной солнечно-водород-
ной энергетики» будущего. Широкую извест-
ность водородная энергетика получила лишь в
2003 г. после объявления президентом США Бу-
шем водородного топлива национа льным при-
оритетом (Hydrogen Fuel Initiative) [1].
В настоящее время водородные проекты и
программы развернуты практически всеми раз-
витыми странами мира как на национальном,
так и на международном уровнях. Уровень фи-
нансирования этих программ, однако, сравни-
тельно невысок по сравнению с финансирова-
нием других крупных энергетичес ких или ма-
териаловедческих проектов. Общее финанси-
рование специальной энергетической прог-
раммы 7-й Европейской Рамочной программы
на 2007—2013 гг. составляет 2,35 из 53,2 млрд.
евро. Из них на 2007—2008 гг. предусмотрено
109,3 млн. евро (проект FP7-ENERGY-2007-1-
RTD), а на развитие водородной энергетики —
лишь 28,1 млн. евро (FCH-JU-2008-1).
Недостаток внимания со стороны общества
к этой важной тематике обусловлен, с одной
стороны, более актуальными и реальными за-
дачами получения энергии из возобновляе-
мых источников (биотопливо + высокотемпе-
ратурные топливные ячейки), а с другой — не-
достаточным пониманием сути и необходи-
мости водородной энергетики. Искусственный
разрыв фото- и водородной энергетики при-
вел к тому, что последняя перестала иметь
прямое отношение к производству электро-
энергии и к альтернативной энергетике в це-
лом. В результате основным аргументом в
пользу необходимости водородной энергети-
ки стала экологическая чистота и снижение
«парникового эффекта», что в условиях ост-
рой нехватки и удорожания автомобильного
13Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
бы обоснованно сформулировать конкретные
цели и задачи, подлежащие решению.
ПЕРСПЕКТИВЫ ТРАДИЦИОННОЙ
И АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
В развитых странах энергетика редко рас-
сматривалась в целом, поскольку историчес-
ки, до начала промышленной революции, ос-
новывалась на возобновляемых источниках.
Первые электрические сети также основыва-
лись на возобновляемой энергии гидроэлект-
ростанций (ГЭС). Рост потребностей привел к
созданию все большего количества источни-
ков энергии, основанных на разных видах ис-
копаемого топлива. В настоящее время лишь
5 % электроэнергии в Украине вырабатыва-
ется ГЭС. В то же время достижения техноло-
гии позволяют сегодня без особого труда пере-
ходить с одного вида топлива на другое. Так,
обогревать помещения можно не только горя-
чей водой из газовых котлов, но и электрона-
гревателями; автомобили заправляются не
только бензином, но и газом и т.д. Поэтому
проблемы и перспективы современной энерге-
тики должны рассматриваться в комплексе, с
учетом всех основных видов потребления и
природных ресурсов.
Существующая структура энергетики Укра-
ины приведена в табл. 1. Как видно из табли-
цы, в Украине наиболее быстрыми темпами
потребляются продукты нефтепереработки.
На втором месте находится природный газ.
Учитывая, что аналогичное потребление
энер гии происходит во всех технологически
развитых странах и что ресурсы углеводород-
ных энергоносителей, которые можно добывать
при существующем уровне цен, практически
исчерпаны, следует ожидать уже в ближай шие
десятилетия глобальной реструктури зации ми-
ровой энергетики в сторону элек т рификации.
Однако ресурсы угля и урана, необходимые для
выработки все возрастающего количества элек-
троэнергии, также ограничены [3]. Кроме того,
повышение нагрузки на атомные и угольные
электростанции в связи с уже начавшимся пе-
реводом транспорта на водород и постепенным
переводом отопления на электрическое вызо-
вет в ближайшем будущем многократное уско-
рение потребления и этих ресурсов.
Таким образом, для устойчивого развития
цивилизации должна быть создана альтерна-
тивная энергетика, способная не только пок-
рыть все текущие потребности в электроэнер-
гии, но и обеспечить население, промышлен-
ность и сельское хозяйство теплом и транс-
портом, а также иметь перспективы дальней-
шего расширения. Такой альтернативой может
быть только фотоэнергетика.
Таблица 1
Потребление различных видов энергии в Украине по данным Минтопэнерго [2] за 2007 г.,
приведенное к общим единицам
Вид энергии Основное топливо
Потребление
млн. кВт ⋅ час %
Электроэнергия,
в т.ч.:
195 131 35,1
ГЭС Возобновляемое 9 757 1,8
ТЭЦ Природный газ 7 805 1,4
ТЭС Уголь, природный газ 85 857 15,4
АЭС Уран 91 711 16,5
Тепловая энергия* Природный газ 30 880 5,6
Горючее для транспорта Нефть 134 444 24,2
В с е г о 555 585 100
* только централизованное отопление.
14 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Действительно, если разделить общее энер-
гопотребление (см. табл. 1) на число жителей
Украины, то общая потребность на одного че-
ловека составит около 13 200 кВт⋅час в год
или чуть более 1 000 кВт ⋅ час в месяц. Учиты-
вая, что среднее солнечное время на террито-
рии Украины колеблется от 1 700 час/год на
востоке страны до 2 400 час/год в Крыму (в
среднем 2 000 час/год) и что реальная мощ-
ность имеющихся в продаже кремниевых фо-
тоэлементов составляет около 120 Вт/м2, для
покрытия всех потребностей (включая авто-
мобиль, отопление и бытовую технику) каж-
дый житель должен иметь освещаемую пло-
щадь всего лишь 55 м2.
В масштабах всей страны, площадь кото-
рой составляет 608 тыс. км2, для достижения
той же цели требуется всего лишь 2,3 тыс. км2
или 0,37 %. Для сравнения: площадь самой
маленькой Черновецкой области составляет
8,1 тыс. км2, площадь пахотных земель Украи-
ны — 365 тыс. км2, а площадь т.н. земель общего
назначения (необрабатываемых) — 182 тыс. км2.
Следует отметить, что приведенные оценки вов-
се не являются чисто теоретическими. В Укра-
ине можно приобрести «под ключ» фотоэлек-
трические установки различного назначения
мощностью от 75 Вт до 12 кВт и более по цене
от 1 100 до 20 000 дол. США [4].
Однако подобного рода энергетические ус-
тановки мало распространены и пользуются
сравнительно небольшим спросом, поскольку
позиционируются как источники автономно-
го и резервного питания. Причина состоит не
в малой мощности и даже не в отсутствии (как
нетрудно подсчитать) окупаемости, несмотря
на срок службы свыше 20 лет. Просто подоб-
ные установки пока не решают ни одной из на-
сущных проблем энергоснабжения из-за не-
возможности сохранения достаточно большо-
го количества энергии в течение достаточно
большого срока. Емкость встроенных аккуму-
ляторов позволяет обеспечивать питанием
фиксированный набор бытовой техники в те-
чение лишь 2—5 суток.
ФОТОЭНЕРГЕТИКА
И ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Как показывают подробные расчеты и изме-
рения [5], на большинстве густонаселенных
территорий планеты солнечной энергии до-
статочно для полного обеспечения потребнос-
тей в отоплении и электроэнергии даже без
выделения дополнительных площадей. Дейс-
твительно, мощность излучения Солнца во
всех диапазонах, приходящаяся на угловой
сектор Земли, составляет около 1,7⋅1014 кВт, а
площадь сечения Земли — около 1,1⋅1014 м2.
Отсюда следует, что за пределами атмосферы
постоянный энергетический поток составляет
1 500 Вт/м2. Только 47 % этой энергии в сред-
нем достигает поверхности Земли. При макси-
мально благоприятных погодных условиях в
полдень в экологически чистой местности на
горизонтальной площадке может наблюдаться
энергетический поток 1 000 Вт/м2 и выше.
Однако средние значения солнечной энер-
гии, которые можно получить на конкретной
местности в течение года, намного ниже из-за
изменения времени суток, углового положе-
ния Солнца, облачности, осадков, загрязнения
атмосферы и многих других факторов (рис. 1).
В результате вместо 8 760 кВт⋅час/м2 в год,
которые можно было бы ожидать, умножив
1 кВт/м2 на число часов в году, реально наблю-
дается от 1 000 кВт⋅ч/м2 в Европе, Средней
Азии и Канаде до 2 200 кВт⋅ч/м2 в эквато-
риальных областях [5]. Основная доля этого
энер гетического потока уходит на нагрев. Но
даже та доля энергии, которую способны пре-
образовать в электричество самые простые и
дешевые фотоэлектрические модули на осно-
ве кристаллического кремния с КПД 12 % сто-
имостью около 4,5 дол. США за 1 Вт пиковой
мощности на широте Северной Европы (рав-
ная 1 200 кВт⋅ч/м2 в год), достаточна для обес-
печения основных потребностей. Именно по
существующим стандартам на обогрев отап-
ливаемой площади 1 м2 требуется 0,1 кВт, что
при продолжительности отопительного сезо-
на 4 400 ч составит 440 кВт⋅ч/м2. Прочая бы-
15Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
товая техника потребляет обычно 10—20 %
это го количества. Таким образом, установлен-
ных на крыше фотоэлементов в принципе до-
статочно для покрытия нужд двухэтажного
дома в Северной Европе, а при использова нии
еще и боковых стен и соответствующей архи-
тектуры здания — также и многоэтажных кор-
пусов. Следует отметить, что указанная энерго-
независимость достигается без использо вания
каких-либо дополнительных площа дей, ветро-
вых генераторов, солнечных коллекторов и пр.
Удорожание стоимости жилья на 600 дол. США
за 1 м2 сравнительно невелико и частично ком-
пенсируется отсутствием необходимости про-
кладки коммуникаций и подключения к ком-
мунальным службам.
К сожалению, описанная схема на сегод-
ня ш ний день не может быть реализована по
единственной причине: сезонное распределе-
ние сол нечной энергии не соответствует ус-
ловиям пот ребления. Энергонезависимость
и пол ное альтернативное энергообеспечение
могут быть достигнуты только при осущест-
влении возмож ности сохранения энергии по-
рядка 440 кВт⋅ч/м2 (что для многоэтажного
здания с отапливаемой площадью, например,
9 000 м2, составит 4 млн. кВт⋅ч) в течение не-
скольких месяцев.
Сохранение же как тепловой, так и электри-
ческой энергии в промышленных масштабах
хотя бы на протяжении суток было и остается
большой и до сих пор не решенной проблемой.
Такое резервирование позволило бы сгладить
пиковые нагрузки в суточном профиле пот-
ребления.
В последние десятилетия предпринималось
немало попыток найти хотя бы частичное ре-
шение проблемы сбережения энергии. Среди
наиболее известных аккумуляторов можно
упомянуть а) сохранение солнечного тепла
(как самого мощного источника солнечной
энергии) в виде скрытой теплоты плавления
солей [6], б) гидроаккумулирующие электро-
станции (ГАЭС), г) натрий-серные аккумуля-
торы [7] (см. ниже). Эти разработки привели к
реальному внедрению целого ряда энергосбе-
регающих технологий.
Единственный реальный на сегодняшний день
способ резервирования избыточной (летней) энер-
гии — это продажа ее предприятиям электричес-
ких сетей в счет будущего потребления зимой.
Связанные с ПЭС энергогенерирующие компа-
нии имеют возможность в периоды малого пот-
ребления отключать часть мощностей, использую-
щих природное топливо (ТЭС) и тем самым со-
хранять запасенную в нем энергию для поставок в
периоды большого потребления. Именно на этом
принципе основано большинство демонстрацион-
ных фотоэнергетических проектов, например «дом
с нулевой энергетикой» (Zero Energy Home, ZEH)
[8]. Подобные технические решения тре буют пе-
реброски электроэнергии на большие расстояния
и, соответственно, прокладывания дополнитель-
ных линий электропередач и установки обору-
дования (инверторов) для обеспечения необ хо-
ди мого качества электроэнергии.
АККУМУЛЯТОРЫ
Из вышесказанного следует, что создание
возобновляемой энергетики для устойчивого
Рис. 1. Месячные нормы солнечной радиации в разных
регионах по данным [5]. Затененные области показыва-
ют границы отопительного сезона
16 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
развития прогресса зависит от возможности
хранения больших запасов энергии в течение
достаточно долгого времени. Традиционным
способом хранения электроэнергии в готовой
для использования форме является использо-
вание электрохимических устройств — бата-
рей и аккумуляторов. Ими, в частности, осна-
щаются фотоэлектрические модули, ветроге-
нераторы и другие системы альтернативной
энергетики [4].
Из табл. 2 видно, что стоимость аккумуля-
торов падает по мере увеличения емкости. В
дорогих малогабаритных устройствах стои-
мость электроэнергии имеет второстепенное
значение. В наиболее мощных и дешевых
свинцово-кислотных аккумуляторах она впол-
не доступна для большинства потребителей.
Тем не менее существующие аккумуляторы
вряд ли пригодны для целей большой энерге-
тики и транспорта. Их основа — свинец —
очень мягкий и тяжелый металл. Даже после
самого тщательного легирования свинцовые
решетки деформируются со временем и при
глубокой разрядке, а также не позволяют со-
здавать крупногабаритные конструкции. Поэ-
тому свинцово-кислотные аккумуляторы ис-
пользуются в основном в системах быстрого
запуска и резервного питания.
ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ПРОБЛЕМЫ ВОДОРОДНОЙ
И ФОТОЭНЕРГЕТИКИ
Таким образом, именно водородная энерге-
тика в перспективе представляет собой способ
аккумулирования энергии, преимущественно
получаемой от фотоэлектрических преобразо-
вателей, в количестве не менее (см. табл. 1)
500 млрд. кВт⋅ч для Украины или 12 000 кВт⋅ч
для каждого жителя и хранения ее в течение
по меньшей мере нескольких месяцев.
Если использовать для этой цели свинцово-
кислотные аккумуляторы для фотоэнергетики
(см. табл. 2), то каждый житель должен иметь
около 2 600 шт. аккумуляторов типа «Solar» об-
щим весом свыше 400 тонн и стоимостью свы-
ше 40 млн. грн. Очевидно, что эти цифры нере-
альны. В настоящее время 12 000 кВт⋅ч элект-
роэнергии, получаемой из природного га за и
ПЭС, обходятся всего лишь в 2 880 грн/год.
Для реального решения проблемы альтерна-
тивная энергетика должна обходиться потре-
бителям примерно в ту же сумму.
В табл. 3 представлены примерные теку-
щие и планируемые технико-экономические
показатели водородной и фотоэнергетики по
данным последних лет из разных источни ков
в сравнении с показателями традиционной энер-
гетики. Видно, что как текущие, так и перс-
Таблица 2
Стоимость хранения электроэнергии в стандартных батареях и аккумуляторах
Батарея/аккумулятор Технико-экономические характеристики
Стоимость,
грн/кВт ⋅ ч
Батарейка Duracell MN2400 AAA Щелочно-марганцевая; 1,15 А ⋅ ч; 1,5 В; цена 2,5 грн 1 450,00
Аккумулятор фотокамеры Nikon EN-EL3e Литий-ионный; срок службы 1 000 циклов; 7,4 В;
1 500 мА ⋅ ч; цена 595 грн
53,60
Аккумулятор ноутбука Acer BT.A0807 Литий-ионный; срок службы 1 000 циклов; 12 В;
6 600 мА ⋅ ч; цена 200 дол. США
18,90
Автомобильный аккумулятор 6СТ-90ЭМз
«Владар»
Свинцово-кислотный гелевый; срок службы 500
цик лов; 1,8 В; 90 А ⋅ ч; цена 246 грн
2,73
То же, при использовании для дол го вре мен-
ного хранения
Срок службы 10 циклов (10 лет) 136,7
Аккумулятор для фотоэнергетики Son nen s-
chein А600 Solar
Свинцово-кислотный гелевый; срок службы 18
лет; 2 В, 2 300 А ⋅ ч; цена 16 232 грн
196,0
17Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Таблица 3
Основные задачи водородной и фотоэнергетики в единицах стоимости энергии (Украина, 2008)
Отрасль энергетики Технико-экономические характеристики
Стоимость,
грн/кВт ⋅ час
Энергоносители и традиционные технологии
Уголь Антрацит АКО, 650 грн/т, 7670 ккал/кг 0,073
Электроэнергия АЭС 0,088
Электроэнергия ТЭС 0,210
Природный газ 260 дол. США/ 1 000 м3 0,214
Бензин А95 4,9 грн/л 0,557
Фотоэлектричество
Фотоэлектрический модуль Кристаллический кремний; 0,12 кВт; срок службы 20 лет;
569 дол США
0,89
Система с аккумуляторами
«под ключ»
Кристаллический кремний; 2,2 кВт; срок службы 30 лет;
36 900 дол. США
2,10
Производство водорода
Водород для сварки Баллоны со сжиженным газом 1,868
Электролиз 1,47
Биомасса Бактерии или термохимия 1,35
Паровая конверсия Природный газ 250 дол. США / 1 000 м3 0,81
Газификация угля 0,56
Планируемая стоимость:
термохимия
конверсия
электролиз
газификация угля
7-я Европейская Рамочная программа, критические по ка-
за тели к 2013 г.
0,648
0,486
0,324
0,324
Хранение водорода
TiH2 10 дол. США /кг; 20 циклов 2,82
NaAlH4 1000 дол. США /кг; 20 циклов 152,25
Планируемая стоимость:
NaAlH4
MgH2
Только стоимость металлов-носителей :
Al 4 дол. США /кг
Mg 3 дол. США /кг
0,61
0,44
Использование водорода
SOFC 4 500 дол. США /кВт; срок службы 8800 ч 3,84
PEMFC 225 дол. США /кВт; срок службы 8800 ч 0,19
Планируемая стоимость:
SOFC
PEMFC
4000 дол. США /кВт; срок службы 40000 ч
30 дол. США /кВт; срок службы 40000 ч
0,75
0,006
Суммарная стоимость возобновляемой водородной энергетики
2006–2008 гг. Фотомодуль + электролиз + TiH2 + PEMFC 5,37
План 2011-2015 гг. Фотомодуль + электролиз + MgH2 + PEMFC 1,66
18 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
пективные разработки в общепринятом под-
ходе (фотоэлемент — производство водорода —
хранение водорода — получение электроэнер-
гии) остаются недоступными для массового
потребителя за исключением, возможно, по-
лучения электроэнергии с помощью топлив-
ных ячеек на основе полимерных электрохи-
мических мембран (PEMFC). Внедрение пос-
ледних сдерживается как отставанием прочих
отраслей альтернативной энергетики, так и
необходимостью применения катализаторов
из благородных металлов.
Основные задачи водородной энергетики,
как следует из приведенных данных, обуслов-
лены уменьшением затрат на производство и
сбережение и сводятся к решению следующих
проблем:
1) поиск максимально дешевых, емких и
долговечных материалов для хранения энер-
гии в виде водорода или в иной форме, а также
совершенствование технологии их производс-
тва как самого критичного условия альтерна-
тивной энергетики;
2) поиск новых (дешевых и эффективных)
фотоэлектрических материалов для преобра-
зования солнечной энергии;
3) разработка комбинированных устройств,
уменьшающих число стадий преобразования
энергии, соответственно повышающих КПД и
снижающих потребительскую стоимость энер-
гетических систем.
Исходя из вышеприведенных цифр, можно
предложить следующие количественные эко-
номические критерии альтернативной энерге-
тики для Украины, которые позволят сформу-
лировать приоритетные направления исследо-
ваний. Предположим, что максимальный срок
банковского кредита составляет 30 лет и такой
же срок годности имеет все устанавливаемое
оборудование. Тогда каждый житель Украины
имеет возможность в счет своих «энергетичес-
ких» затрат установить энергетические систе-
мы стоимостью не более 2 880 × 30 = 86 400 грн.
В эту сумму входят затраты как на фотоэлект-
рические панели, так и на устройства хранения
и производства электроэнергии. Предполо-
жим, что на каждую из этих трех компонент
оборудования припадает одна треть затрат,
т.е. по 28 800 грн. Тогда стоимость фотомоду-
лей площадью (см. выше) 55 м2 должна быть
не более 524 грн/м2 или 70 дол. США/м2, или
порядка 0,7 дол. США/Вт. Сегодняшние цены
в 7—8 раз превышают эту цифру, практически
не обнаруживая тенденции к снижению. При-
чина заключается в том, что около 70 % сто-
имости существующих фотоэлементов сос тав-
ляет стоимость кристаллического кремния
полупроводниковой чистоты, который для обес-
печения полного поглощения света напыля-
ется на подложку слоем толщиной не менее
300 мкм. Фотоэлементы второго поколения на
основе аморфного кремния более производи-
тельны и требуют меньшего количества мате-
риала, но значительно сложнее тех нологически
и поэтому стоят еще дороже. Значительный
вклад в стоимость вносят также электропро-
водные прозрачные подложки на основе окси-
дов индия и олова.
Хотя существующие кремниевые техноло-
гии еще несовершенны и могут быть значи-
тельно усовершенствованы в плане снижения
себестоимости (в частности, разрабатываются
стандарты и способы производства более де-
шевого кремния для фотоэлементов («солнеч-
ного») вместо кремния для полупроводниковой
промышленности (полупроводникового)), бо лее
перспективными представляются фо тоэлект-
ро химические ячейки-преобразователи тре тье-
го поколения. Они предполагают испо ль зо ва-
ние дешевых оксидных широкозонных полу-
проводников (в частности, диоксида титана),
которые не требуют легирования и прозрач-
ных электродов.
Титановый фотоэлемент на металлической
подложке может быть изготовлен путем про-
стого контролируемого окисления титанового
листа, а роль прозрачного электрода может иг-
рать водный электролит [9]. Однако чистый
TiO2 ввиду большой ширины запрещенной зо-
ны (3 эВ) и низкой проводимости имеет даже
19Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
теоретический КПД в солнечном свете лишь
2,7 %, а реально достижимая эффективность
преобразования измеряется долями процента
[9]. Тем не менее, если объединить широкозон-
ную ячейку с узкозонной путем последовате-
ль ного их расположения в виде тандема [10]
ли бо нанесения на диоксид титана «красителя»
на углеродистой основе [11], то можно вплот-
ную приблизиться к КПД кремниевых элемен-
тов (до 8—10 %). При этом используются лишь
дешевые материалы технической чистоты. Для
сравнения: стоимость полупроводниково го крем-
ния составляет около 200 дол. США/кг, «сол-
нечного» кремния — 80—100, а диоксида тита-
на пигментной чистоты — 10. При применении
водных электролитов фотоэлектрохимичес-
кая ячейка может быть использована непос-
редственно для получения водорода и кисло-
рода из воды за счет солнечного света. Сол-
нечные водородные заправки для автомобилей
разрабатываются фирмой «Hydrogen So lar Ltd.»
(г. Гилдфорд, Великобритания). Таким обра-
зом, проблема массового получения солнеч-
ной энергии или водорода, по-видимому, мо-
жет быть решена уже в ближайшее время. Ос-
новная задача дальнейших исследований со-
стоит в поиске доступных материалов и усло-
вий для преобразования солнечного света в
электроэнергию. Следует упомянуть, что до
сих пор полностью не изучены, например, фо-
тоэлектрические свойства субоксидов и окси-
карбидов титана, которые могут иметь примес-
ные уровни в запрещенной зоне и обладают
высокой электропроводностью [9, 11].
Значительно большие трудности, сдержи-
вающие сегодня развитие водородной энерге-
тики, представляют проблемы хранения водо-
рода. Водород обладает высокой диффузион-
ной активностью и поэтому хранение его в
баллонах или резервуарах в сжатом или сжи-
женном виде возможно только в течение не-
продолжительного времени. В адсорбирован-
ном состоянии (ввиду малого веса) он дает
слишком малую плотность энергии даже на
самых дорогих и эффективных адсорбентах
(например, нанотрубках). Наконец, в хими-
чески связанном состоянии, т.е. в виде гидри-
дов металлов, водород наиболее устойчив. По-
этому на его извлечение требуется много энер-
гии; кроме того, остается «балласт» в виде гид-
ридообразующего металла. Технология полу-
чения гидридов во многих случаях непроста,
причем ее сложность и, соответственно, стои-
мость гидрида по отношению к стоимости ис-
ходного металла повышаются по мере увели-
чения энтальпии образования гидридов.
На рис. 2 приведены сводные данные о ки-
нетике формирования некоторых наиболее
пер спективных гидридов, иллюстрирующие
воз можности совершенствования технологии.
Тех нически наиболее совершенным представ-
ляется гидрид магния, но только после введе-
ния определенных добавок, улучшающих под-
вод водорода и отвод тепла экзотермической
реакции гидридообразования. Чистый магний
обнаруживает столь медленную кинетику гид-
рирования, что на протяжении технически
при емлемого времени уступает практически
всем остальным металлам. В случае второго
по эффективности гидрида — аланата натрия
NaAlH4, принятого на вооружение в США, [1] —
Рис. 2. Кинетика гидрирования наиболее перспективных
материалов для хранения водорода в абсолютных едини-
цах. Построено по данным [12] и других источников
20 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
значительный эффект дает легирование сое-
ди нениями титана.
Стоимостная оценка доступных для массо-
вого производства гидридов (табл. 4) показы-
вает, что единственным доступным по эконо-
мическим соображениям гидридом является
NaH. К сожалению, именно этот гидрид мень-
ше всех изучен в плане как возможностей цик-
лического гидрирования—дегидрирования в
твердом состоянии, так и создания смесей с
другими гидридами за исключением NaAlH4.
Как и NaBH4, этот материал рассматривался
лишь с точки зрения разложения водой с пос-
ледующим восстановлением органическим топ-
ливом [13]. Считающиеся наиболее перспек-
тивными гидриды магния и аланаты в 3—4
раза превышают теоретический порог доступ-
ности, причем, в отличие от фотоэлементов,
они не дешевые и не будут дешеветь. Опреде-
ленный интерес эти материалы могут пред-
ставлять в основном для водородного транс-
порта и подобных портативных применений
(ср. стоимость бензина в табл. 2).
Таким образом, задача долгосрочного хра-
нения водорода в больших количествах пока
не имеет принципиального решения.
Наконец, третья составляющая водородной
энергетики — использование водорода — уже
сегодня не представляет особых трудностей,
хотя принципиальных проблем в ней не сущес-
твовало изначально. Водород может использо-
ваться и используется просто как вид газооб-
разного топлива в любых силовых и энергети-
ческих установках. Распределенная энергетика
с использованием топливных ячеек приобрета-
ет целесообразность только при наличии рас-
пределенной фотоэнергетики и наличии спосо-
бов хранения энергоносителя на местах. В лю-
бом случае уже существующие модели (см.
табл. 3), работающие при мощности 1,5 кВт в
течение года, способны полностью обеспечить
имеющиеся потребности, а в дальнейшем пла-
нируется еще большее их удешевление.
НОВЫЕ ПУТИ И АЛЬТЕРНАТИВЫ
ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Единственной известной системой водород-
ной энергетики, принципиально удовлетворя-
ющей стоимостному критерию, является на-
трий–гидридная технология Powerball, разра-
ботанная компанией «PowerBall Technologies,
LLC» [13, 14]. Эта технология предусматрива-
ет новый, более дешевый, способ производства
NaH путем конверсии NaOH природным га-
зом (расчетная стоимость гидрида даже мень-
ше указанной в табл. 4 для Na). Предусматри-
Таблица 4
Теоретическая стоимость хранения водорода в гидридах
Гидрид
Н2,
вес. %
Стоимость основного
металла*, грн/кг
Расчетное кол-во на 1 чел. Стоимость хранения
Н2**,
грн/кВт ⋅ чВес, т Цена**, тыс. грн
NaH 4,17 3,75 8,7 32,5 0,090
NaAlH4 5,56 † 23,1 6,5 150,0 0,417
NaBH4 10,53 312,8 a 3,4 1 072,0 2,978
MgH2 7,69 33,20 4,7 155,8 0,433
LaNi5H6 1,20 83,4 30,1 2 508,2 6,967
TiH2 4,00 45 с 9,0 406,0 1,128
CaH2 4,76 49,7 b 7,6 376,8 1,046
*лондонская биржа металлов (LME), декабрь 2008 г.; ** при сроке службы 30 лет; † при разложении «работает» толь-
ко 3 атома водорода: NaAlH4 → NaH + Al; a стоимость гидрида, пр-во Индия; b Россия, конец 2008 г.; с Россия, средняя
цена на титановую губку 2007—2008 гг.
21Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
вается также поставка его потребителям в виде
шариков, покрытых полимерной пленкой; вы-
свобождение водорода путем надрезания плен-
ки и погружения шариков в воду и возвраще-
ние образующегося раствора едкого натра на
завод для повторной переработки. Результи-
рующая расчетная стоимость хранения водо-
рода (с учетом затрат на оборудование) сос-
тав ляет около 0,10 грн/кВт ⋅ ч (см. табл. 3).
Несмотря на то, что патентованная техноло-
гия основана на широком использовании при-
родного газа и потреблении водорода как газо-
образного топлива, она, очевидно, достаточно
легко может быть переориентирована на полу-
чение NaH электролизом за счет фотоэлект-
рической энергии и утилизацию водорода
при посредстве топливных ячеек, т.е. на воз-
можность стать основой «большой» водород-
ной энергетики.
Другим экономически оправданным под-
ходом может быть использование в качестве
энергоносителя самого ніатрия. Впервые этот
подход был использован в 1970-х гг. в Японии
при разработке натрий-серных аккумулято-
ров с твердым электролитом на основе бета-
глинозема [15]. Такие аккумуляторы обладали
преимуществами (малый вес и полное исполь-
зование рабочего тела), но не нашли примене-
ния в портативных устройствах (в частности,
в автомобилях) из-за необходимости постоян-
ного подогрева до температур порядка 300 °С.
Тем не менее японская компания «NGK In su-
lators, Ltd» (г. Киото) в начале нового тысяче-
летия приступила к коммерческим поставкам
«под ключ» стационарного электроаккумули-
рующего оборудования промышленных мас-
штабов. В настоящее время компания постав-
ляет станции мощностью до 8 МВт и емкостью
до 58 МВт⋅ч и планирует в ближайшее время
выход на масштаб районных аккумулирующих
электростанций (РАЭС) мощностью до 30 МВт
и емкостью до 216 МВт⋅ч. Серийные станции
рассчитаны в основном на сглажи вание про-
филя суточной нагрузки. Рас четная окупае-
мость за счет разности ночного и дневного та-
рифа составляет от 3 до 10 лет. Стоимость се-
рийной продукции составляет около 2,9 млн.
дол. США/МВт, что ниже стоимости тради-
ционных турбинных генераторов.
Успехи японских ученых инициировали по-
иск аналогичных патентоспособных электро-
химических систем в США и Европе [16]. В
конце 80-х гг. прошлого столетия была запа-
тентована высокотемпературная электрохи-
мическая система «Zebra», аналогичная на-
трий-серным аккумуляторам, но содержащая
хлорид никеля вместо серы. Такая замена удо-
рожала систему, но делала ее более надежной
и безопасной, вследствие чего она нашла пред-
почтительное применение в электромобилях.
В настоящее время швейцарская фирма «MES-
DEA GmbH» поставляет энергоблоки «Zebra»
различным европейским (а с недавних пор —
и американским) производителям электричес-
ких автомобилей, в том числе таких известных
марок, как BMW, Fiat, Panda, Citroen, IVECO
для производства легковых электромобилей,
автобусов, грузовиков и железнодорожных ло-
комотивов.
В середине 2008 г. в США была начата ин-
тенсивная разработка аналогичных систем ком-
панией «General Electric Co.» [17], которая ра-
нее занималась разработкой водородных топ-
ливных ячеек на основе бета-глинозема [18]. В
новых американских аккумуляторах энергоно-
сителем также служит натрий, а электроли-
том — бета-глинозем, но вместо серы использу-
ется расплав солей, содержащий хлорид меди.
Таким образом, известные на сегодня и, по
крайней мере, теоретически обоснованные тех-
нологии, альтернативные ныне принятым в
энергетике, связаны с натрием. Этот факт тре-
бует сосредоточения особого внимания в ис-
следовательских программах на глубокой про-
работке материалов и процессов, обеспечива-
ющих получение, хранение и использование
натрия и водорода, и в первую очередь на твер-
дых электролитах с водородной и натриевой
проводимостью. Единственным материалом
по добного рода, отвечающим требованиям хи-
22 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
мической и термостойкости, высокой ионной
проводимости, дешевизны и доступности сы-
рья, является бета-глинозем.
ИННОВАЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ В УКРАИНЕ
В НАН Украины начиная с 2006 г. в рамках
национальной программы «Фундаментальні
проблеми водневої енергетики» выполняются
исследования твердых электролитов на осно-
ве бета-глиноземов с водородной проводимос-
тью. Так, при выполнении проекта «Техноло-
гії та дослідження гідроксонієвих електролітів
на основі бета-глинозему для пристроїв вод-
невої енергетики», выполняемого в Донецком
физико-техническом институте им. А.А. Галки-
на НАН Украины в отделе технической кера-
мики и в предшествовавших проекту наработках
авторов, уже получены некоторые обнадежива-
ющие результаты. Установлено, что использова-
ние холодного изостатического прессования
(ХИП) порошка бета-глинозема позволяет пос-
ле его спекания в специальном режиме получить
высокие значения проводимости [19], а также
обеспечить термостойкость, недостатком кото-
рой страдают все зарубежные аналоги [20].
Обнаружен эффект высокой смешанной про-
водимости, суть которого заключается в том,
что при изготовлении проводника создается
избыток больших ионов К+, которые, выпол-
няя роль «ионных подпорок», удерживают
более широкие, чем обычно, перкаляционные
плос кости, а маленькие ионы натрия за счет
этого существенно легче переносят заряд [21].
В последние годы разрабатывается принципи-
ально новый способ производства неспекае-
мых изделий и покрытий на основе бета-гли-
нозема путем формирования сухого порошко-
вого компакта с последующим реакционным
связыванием методом пропитки [22], что поз-
воляет в перспективе наладить массовое произ-
водство дешевых электролитов с использова-
нием современных промышленных техноло-
гий. Предложен не имеющий аналогов способ
«промывки» зерен бета-глинозема, дающий воз-
можность получить уже при комнатной тем-
пературе значения водородной проводимости,
превышающие как стандартную натриевую
про водимость при 300 °С, так и водородную
проницаемость палладиевых мембран [23]. Раз-
работана и испытана модель твердотельного
водородного топливного элемента с гидридом
титана в качестве модельного рабочего вещес-
тва. Обнаружено, что активация гидрида ХИП
позволяет получить э.д.с. уже при низких
температурах, далеких от точки термического
разложения [24].
ВЫВОДЫ
Технико-экономический анализ состояния
и перспектив альтернативной энергетики, ос-
нованной на долгосрочном хранении фотоэлек-
трической энергии в больших объемах, указы-
вает ряд направлений научных исследований и
разработок, которым до сих пор уделяется не-
достаточное внимание, имеющих важ нейшее
значение не для отдельных отраслей, а для ус-
тойчивого развития существующей цивилиза-
ции в целом. Назовем важнейшие из этих раз-
работок:
дешевые металлооксидные фотоэлементы,
которые можно производить в массовых ко-
личествах и использовать как строительные
материалы;
дешевые высокотемпературные мембраны
на основе бета-глинозема для преобразова-
ния электрической энергии в химическую и
обратно;
доступные материалы для долговременного
хранения энергии на основе натрия и гидри-
да натрия.
Значение и коммерческая привлекатель-
ность таких инноваций будут непрерывно воз-
растать по мере исчерпания запасов ископае-
мых видов топлива. Необходимость в подоб-
ных технических решениях остро ощущается
уже сегодня.
Следовательно, наиболее мощным, практи-
чески неисчерпаемым, достаточно экологичес-
ки чистым источником электроэнергии на Зем-
ле является солнечное излучение. Аккумули-
23Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
ровать его в настоящее время наиболее эф-
фективно можно с использованием устройств,
главным элементом которых является мемб-
рана из бета-глинозема.
Авторы приглашают инвесторов к сотруд-
ничеству, направленному на создание в Украи-
не производства таких устройств.
ЛИТЕРАТУРА
1. The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers,
and R&D Needs / National Research Council and Natio-
nal Academy of Engineering. — Washington, DC, USA.:
National Academies Press, 2004. — 204 p.
2. Офіційний веб-сайт Міністерства палива та енерге-
тики України (http://mpe.kmu.gov.ua). — Інформа-
цій на до відка про основні показники розвитку га лу-
зей па лив но-енергетичного комплексу України. —
19.02.2008.
3. Weisz P.B. Basic choices and constraints on long-term ener-
gy supplies // Physics Today. — 2004. — № 7. — P. 47—
52.
4. Прайс-лист на оборудование для возобновляемой энер-
гетики / ООО «ИнтелЦентр», Киевская обл., 2008 г. —
www.intelcenter.com.ua.
5. Bedi E., Olesen G.B. and Myles R. Solar energy // In:
DIERET: Distant Internet Education on Renewable
Energy Technologies. — INFORSE: International Net-
work for Sustainable Energy. — Europe, May 2005. —
www.inforse.org.
6. Sharma D., Kitano H. and Sagara K. Phase change ma te-
ri als for low temperature solar thermal applications //
Res. Rep. Fac. Eng. Mie. Univ. — 2004. — Vol. 29. —
P. 31—64.
7. Customer-Side Applications of NGK’s NAS® Battery
Sys tem / NGK Insulators, Ltd (Japan) // CEC/NYSER-
DA Emerging Technologies Conference. — October,
2006.
8. Ideal Homes provides energy efficient homes at a time
when efficiency is greatly needed: Press Release / Ideal
Ho mes Inc., Oklahoma, U.S.A., 2005. — www.ideal-ho-
mes.com.
9. Barnes P.R.F., Randeniya L.K., Murphy A.B. et al. TiO2
photoelectrodes for water splitting: Carbon doping by
fla me pyrolysis? / Dev. Chem. Eng. Mineral Process. —
2006. — Vol.14, № 1/2. — P. 51—70.
10. Tandem cell for water cleavage by visible light: U.S.
Patent 6,936,143 / Graetzel M., Augustynski J. — Publ.
August 30, 2005.
11. Khan, S.U.M., Al-Shahry, M. and Ingler, W.B., Jr. Effi ci-
ent photochemical water splitting by a chemica lly mo-
dified n-TiO2 / Science. — 2002. — Vol. 297. — P. 2243—
2245.
12. Method of storing hydrogen in intimate mixtures of
hyd rides of magnesium and other metals or alloys: US
Patent 4,389,326 / Tanguy B., Soubeyroux J.-L. et al. —
Publ. Ju ne 21, 1983.
13. DiPietro J.P.and Skolnik E.G. Analysis of the Sodium Hyd-
ride-based Hydrogen Storage System being de ve lo ped
by PowerBall Technologies, LLC // Proc. 2000 DOE
Hyd rogen Program Review. — October 29, 1999. —
NREL/CP-570-28890. — P. 860—888.
14. Hydrogen storage, distribution, and recovery system:
U.S. Patent 7,169,489 B2 / Redmond S.D. — Publ. Jan.
30, 2007.
15. Sodium-sulphur secondary battery: U.S. Patent 6,245,455 /
Kohno K., Kolke S., Doi T., Kamo T. et al. — Publ. June
12, 2001.
16. Sudworth J.L., Barrow P., Dong W., Dunn B., Farrington G.C.,
Thomas J.O. Toward commercialization of the beta-alu-
mina family of ionic conductor // MRS Bull. — 2000. —
Vol. 25, No. 3. — P. 22—26.
17. Copper-based energy storage device and method: U.S.
Patent Application US 2008 / 0145746 A1 / Zappi G.D.,
Iacovangelo C.D.; General Electric Co. — Publ. June 19,
2008.
18. Fuel cell with hydronium beta-alumina electrolyte: U.S.
Patent 4,032,694 / Dubin R.R. and Roth W.L.; General
Electric Co. — Publ. June 28, 1977.
19. Прохоров И.Ю. Роль холодного изостатического пре-
ссования в технологии бета-глиноземов // Современ-
ное материаловедение: достижения и проблемы: Тез.
докл. межд. конф., Киев, 26—30 сент. 2005 г. — Киев:
ИПМ НАНУ, 2005. — С. 28—29.
20. Прохоров И.Ю. Термостойкость оксидных керами-
ческих материалов // Огнеупоры и тех. керамика. —
2002. — № 5. — С. 37–47.
21. Прохоров И.Ю., Акимов Г.Я. Технология и перспективы
катионных электролитов на основе β-глиноземов //
Огнеупоры и тех. керамика. — 2008. — № 1. — С. 18—
28.
22. Прохоров И.Ю. Неспекаемые порошковые электро-
литы для водородной энергетики // Тез. докл. межд.
конф. HighMatTech 2007, Киев, 15–19 окт. 2007 г. —
Киев: ИПМ НАНУ, 2007. — С. 209.
23. Прохоров И.Ю., Акимов Г.Я. Получение и свойства
неспекаемых порошковых водородных электролитов
на основе бета-глиноземов // Водородная экономика
и водородная обработка материалов: Тр. 5-й Межд.
конф. ВОМ-2007, Донецк, 21—25 мая 2007 г. — Т. 1. —
Донецк: ДонНТУ, 2007. — С. 308—311.
24. Прохоров І.Ю., Акимов Г.Я. Технології та дослідження
гідроксонієвих електролітів на основі бета-глинозему
для пристроїв водневої енергетики (третій етап) //
Фундаментальні проблеми водневої енергетики: Тез.
доп. наук. звіт. сесії, Київ, 12—13 лист. 2008 р. — Київ:
ІПМ НАНУ, 2008. — С. 89.
24 Наука та інновації. № 6, 2009
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
І.Ю. Прохоров, Г.Я. Акімов
ВОДНЕВА ЕНЕРГЕТІКА: МОЖЛИВОСТІ,
ПРОБЛЕМИ ТА ДОСЯГНЕННЯ
Виконано техніко-економічний аналіз стану й перспек-
тив альтернативної енергетики, заснованої на довгостроко-
вому зберіганні фотоелектричної енергії в більших обсягах.
Визначені актуальні напрямки наукових досліджень і інно-
вацій. Наведені приклади успішної комерціалізації за кор-
доном нових енергетичних джерел, функціонуючих на
твердих катіонних бета-глиноземних електролітах.
Ключові слова: воднева енергетика, бета-глинозем,
натрій, тверді електроліти.
I.Yu. Prokhorov, G.Ya. Akimov
HYDROGEN ECONOMY: PROSPECTS,
PROBLEMS AND ADVANCEMENTS
Prospects and feasibility study of alternative power pro-
duction based on long-term high-capacity storage of photo-
electric energy are presented. Urgent research and innova-
tion areas are determined. Foreign examples of successful
commercialization of novel power systems using solid cati-
onic electrolytes based beta aluminum oxides are provided.
Key words: hydrogen economy, beta alumina, sodium,
solid electrolytes.
Надійшла до редакції 05.03.09.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28063 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:20:41Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Прохоров, И.Ю. Акимов, Г.Я. 2011-10-27T12:35:26Z 2011-10-27T12:35:26Z 2009 Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения / И.Ю. Прохоров, Г.Я. Акимов // Наука та інновації. — 2009. — Т. 5, № 6. — С. 11-24. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin5.06.011 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28063 Выполнен технико-экономический анализ состояния и перспектив альтернативной энергетики, основанной на долгосрочном хранении фотоэлектрической энергии в больших объемах. Определены актуальные направления научных исследований и инноваций в энергетической отрасли. Приведены примеры успешной коммерциализации за рубежом новых энергетических систем, функционирующих на основе твердых катионных бета-глиноземных электролитов. Виконано техніко-економічний аналіз стану й перспектив альтернативної енергетики, заснованої на довгостроковому зберіганні фотоелектричної енергії в більших обсягах. Визначені актуальні напрямки наукових досліджень і інновацій. Наведені приклади успішної комерціалізації за кордоном нових енергетичних джерел, функціонуючих на твердих катіонних бета-глиноземних електролітах. Prospects and feasibility study of alternative power production based on long-term high-capacity storage of photoelectric energy are presented. Urgent research and innovation areas are determined. Foreign examples of successful commercialization of novel power systems using solid cationic electrolytes based beta aluminum oxides are provided. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения Воднева енергетіка: можливості, проблеми та досягнення Hydrogen economy: prospects, problems and advancements Article published earlier |
| spellingShingle | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения Прохоров, И.Ю. Акимов, Г.Я. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| title_alt | Воднева енергетіка: можливості, проблеми та досягнення Hydrogen economy: prospects, problems and advancements |
| title_full | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| title_fullStr | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| title_full_unstemmed | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| title_short | Фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| title_sort | фотоэнергетика и водородная энергетика: возможности и достижения |
| topic | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28063 |
| work_keys_str_mv | AT prohoroviû fotoénergetikaivodorodnaâénergetikavozmožnostiidostiženiâ AT akimovgâ fotoénergetikaivodorodnaâénergetikavozmožnostiidostiženiâ AT prohoroviû vodnevaenergetíkamožlivostíproblemitadosâgnennâ AT akimovgâ vodnevaenergetíkamožlivostíproblemitadosâgnennâ AT prohoroviû hydrogeneconomyprospectsproblemsandadvancements AT akimovgâ hydrogeneconomyprospectsproblemsandadvancements |