Научное обоснование выбора способа хранения водорода для морских электроэнергетических установок с прямым преобразованием энергии

• Автор: Нефедьева, Анна Вениаминовна
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 143 с. : ил

Председатель Аттестационного Совета

Программа утверждена на соискание степени _

Санкт - Петербургский Государственный морской технический университет

Аннотация
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА . ДЛЯ МОРСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С ПРЯМЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ

Анна Нефедьева

Председатель Аттестационного Совета: H.H. Сунцов,

д. т.н., профессор кафедры Теплофизики

Развитие водородной энергетики перспективно с точки зрения экологических аспектов и по причине постоянно нарастающего дефицита органических источников энергии и возрастания потребностей в энергии увеличивающегося населения Планеты. Одним из основных сдерживающих факторов развития водородной энергетики является отсутствие экономичных, компактных и дешевых систем хранения, особенно применительно к транспортным установкам. В данной работе рассмотрены надежные и компактные системы связанного хранения водорода с использованием интерметагашдов. Выполнен расчетно-теоретический анализ различных систем хранения водорода, получены экспериментальные данные по удельной водородоемкости, проведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов. Даны рекомендации по проектированию систем хранения водорода для транспортных установок.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ
1.1 Анализ состояния отраслей энергетики
1.1.1 Обзор состояния энергетического комплекса на сегодняшний день..
1.1.2 Доля энергоносителей в современной энергетической системе
1.1.3 Атомная энергетика
1.1.4 Углеводородная энергетика
1.1.5 Энергетические системы малой мощности
1.1.6 Воздействие транспортной энергетики на окружающую среду
1.1.7Мировая общественность о влиянии энергетики на окружающую среду.
1.2 Динамика изменения потребления энергии
ГЛАВА 2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЛ С АНАЭРОБНЫМИ ЭУ
2.1 Обзор перспективных и действующих ПЛ с ВНЭУ
2.2 Современные коммерческие предложения по ПЛ, оснащенным ЭУ с ЭХГ.
2.2.1 Проект V-
2.2.2 ПЛ Викинг
2.2.3 Французские субмарины с ВНЭУ
2.2.4 Российское ПЛ с ВНЭУ
2.3 Перспективы развития ПЛ с ВНЭУ
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМНЫХ, КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА
3.1. Хранение газообразного водородав сжатомвиде
3.2. Криогенный способ хранения водорода
3.3. Гидридная система хранения водорода
3.3.1. Хранение водорода в виде боргидрида натрия
3.3.2. Интерметаллидные водородные аккумуляторы
3.4 ФУЛЛЕРЕНЫ
3.5. Микробаллонная система хранения
4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА
4.1. Обоснование выбора формулы для расчета плотности водою да
4.2. Зависимость массогабаритных параметров системы хранения водорода ИМИ от давления
4.2.1. Методика расчета и расчет вариантов хранения водорода в ИМИ при давлении внутри баллона Рбаллона = Рланиты

Чтобы ядерная энергетика играла действительно весомую роль, ее установленная мощность должна составлять не мене 2000 ГВт (в этом случае выброс СОг в атмосферу снизится на 25 - 30 %). При такой мощности в эксплуатации будет находиться примерно 2500 реакторов. В этом случае особо остро встает проблема безопасности. Расчетная вероятность аварии - 5*10'5 реакторо-год, т.е. авария на отдельно взятом реакторе происходит раз в 500 000 лет). Для ядерной энергетики, предполагающей эксплуатацию 2500 реакторов вероятность катастрофических событий сократится до 40 лет. Таким образом, серьезно стоит проблема безопасности; процесс повышения безопасности ядерных установок должен идти быстрее увеличения численности реакторов.
В случае развития ядерной энергетики до уровня 2000 ГВт (исходя из прогноза численности населения Планеты 10-12 млрд. чел в 2100 г. и среднедушевого потребления энергии на уровне 2 кВт) природного урана хватит менее чем на 20 лет. В результате возникает необходимость обеспечения расширенного воспроизводства топлива, что требует его регенерации. Производительность регенерационных установок составляет на сегодняшний день 4050 т/год, однако в год образуется около 100 тыс. т отработавшего топлива и мощностей регенерационных установок явно недостаточна. В связи с этим в США, например, предлагается в качестве временной меры признать безопасным хранение отработавшего топлива в течение 100 лет на территории АЭС.
Итак, ядерная энергетика с одной стороны широко используется в настоящее время и имеет хорошие тенденции для развития и занятия ведущего места в мировом энергетическом балансе; с другой стороны, развитие отрасли существенно замедляется ввиду оппозиции населения из-за проблем безопасной эксплуатации и захоронения отходов.
1.1.4 Углеводородная энергетика
При использовании данного вида топлива важными проблемами являются ограниченный запас и вредное воздействие на окружающую среду. Мировые энергетические ресурсы огромны, однако использовать это изобилие не просто и не дешево. Анализ последствий развития любого из источников энергии в беспрецедентных масштабах, необходимых для обеспечения нужд быстрорастущего населения, отчетливо выявляет связанные с этим проблемы безопасности и защиты окружающей среды.