Водородные котлы для дома и «Томская водородная Долина»
- В этой теме 20 ответов, 15 участников, последнее обновление ⤠ сделано
.
-
Отопление дома водородом – это скорее экзотика, чем норма. Поскольку потенциальные владельцы подобного оборудования пока еще не знакомы ни с преимуществами таких котлов, ни с теологией работы подобного отопительного оборудования.
Да и где «добыть» или купить водород для котла пока еще не понятно. Однако разработчики «водородных» теплогенерирующих агрегатов уверены в востребованности таких котлов. И в данной статье мы изучим их аргументы, подвергнув некоторые из них справедливой критике.
Пример системы отопления частного дома на водороде
Перспективы водорода как топлива для котла отопления
-
- Водород – это самое распространенное «топливо» во Вселенной и десятый по распространению химический элемент на Земле. Проще говоря – проблем с запасами топлива у вас не будет.
-
- Этот газ не может навредить ни людям, ни животным, ни растениям – он не токсичен.
-
- «Выхлоп» водородного котла абсолютно безвреден – продуктом горения этого газа является обычная вода.
-
- Температура горения водорода достигает 6000 градусов Цельсия, что говорит о высокой теплоемкости этого вида топлива.
-
- Водород легче воздуха в 14 раз, то есть при утечке «выброс» топлива улетучится из котельной сам по себе, причем в очень сжатые сроки.
-
- Стоимость одного килограмма водорода – 2-7 долларов США. При этом плотность газообразного водорода равна 0,008987 кг/м3.
-
- Теплотворная способность кубического метра водорода – 13 000 кДж. Энергоемкость природного газа в три раза выше, но себестоимость водорода как топлива ниже в десятки раз. В итоге альтернативное отопление частного дома водородом обойдется не дороже практики использования природного газа. При этом владельцу водородного котла не нужно оплачивать аппетиты хозяев газовых компаний и строить дорогостоящий газопровод, а равно и проходить чрезвычайно бюрократизированную процедуру согласования всяческих «проектов» и «разрешений».
Словом, как топливо водород имеет самые радужные перспективы, которые уже оценила аэрокосмическая отрасль, использующая водород для «заправки» ракет.
Современная разработка — водородный отопительный котел
Как работает котел отопления на водороде
Точно так же, как и обычный газовый котел:
-
- Топливо подается на горелку.
-
- Факел горелки разогревает теплообменник.
-
- Залитый в теплообменник теплоноситель транспортируют к батареям.
Только вместо магистрального газопровода или емкостей со сжиженным горючим для производства топлива необходимо использовать особые установки – генераторы водорода.
Причем самый распространенный вид бытового генератора – это электролитическая установка, расщепляющая воду на водород и кислород. Себестоимость топлива, которое производят электрические генераторы для отопления водородом доходит до 6-7 долларов за килограмм. При этом для производства кубического метра горючего газа необходима вода и 1,2 кВт электроэнергии.
А вот на отводе продуктов горения в данном случае можно сэкономить. Ведь в процессе горения смеси кислорода и воздуха выделяется только водяной пар. Так что «настоящий» дымоход такому котлу не нужен.
Плюсы водородных котлов
-
- Водородом можно «топить» любые котлы. То есть абсолютно любые – даже старые «советские» агрегаты, приобретенные в 80-х годах прошлого века. Для этого вам понадобится новая горелка и гранит или шамотный камень в топке, увеличивающий тепловую инерцию и нивелирующий эффект перегрева котла.
-
- У водородных котлов увеличенная тепловая мощность. Стандартный газовый котел на 10-12 кВт на водороде «выдаст» до 30-40 киловатт тепловой мощности.
-
- Для отопления водородом по большому счету нужна только горелка. Поэтому «под водород» можно переделать даже твердотопливный котел, инсталлировав горелку в топку.
-
- Базу для получения топлива – воду – можно извлечь из водопроводного крана. Хотя идеальным полуфабрикатом для производства водорода является дистиллированная вода, в которую подмешен гидроксид натрия.
Минусы водородных котлов
-
- Малый ассортимент водородных котлов и газогенераторов промышленного типа. Большинство продавцов предлагают «самоделки» с сомнительной сертификацией.
-
- Высокая цена промышленных моделей.
-
- Взрывоопасный «характер» топлива – в смеси с кислородом (в пропорции 2:5) водород превращается в гремучий газ.
-
- Высокий уровень шума газогенерирующих установок.
-
- Высокая температура пламени – до 3200 градусов Цельсия, затрудняющая использование водорода в качестве топлива для кухонной печи (нужны особые рассекатели). Впрочем, H2ydroGEM — котел отопления на водороде итальянского производства giacomini – укомплектован горелкой температурой пламени до 300 градусов Цельсия.
Популярные модели водородных агрегатов для системы отопления
Китайский генератор Kingkar3000
Производящий «газ Брауна» — смесь кислорода и водорода в пропорции 2 к 1. Причем пользователь может регулировать температуру факела в пределах от 800 до 3200 градусов Цельсия, изменяя процентное соотношение компонентов в топливной смеси.
Характеристики установки:
-
- Расход воды – 1,6 литра в час.
-
- Генерация топлива – 3 м3/час.
-
- Энергопотребление – до 9 кВт.
-
- Стоимость – 8000 долларов США.
Генераторы горючей смеси под отопление водородом
STAR 1000 и STAR 2000
Демонстрируют следующие характеристики:
-
- Расход воды – от 0,7 до 1,1 литра в час или 5,5 литра в сутки.
-
- Генерация топлива – от 1,2 до 2,0 м3/час.
-
- Расчетный период эксплуатации – не менее 15 лет.
-
- Энергопотребление – от 1,2 до 3 кВт.
-
- Отапливаемая площадь – до 250 квадратных метров.
-
- Цена – до 230 000 рублей.
Водородный котел STAR-1.1
Работающий в паре с генератором STAR 2000:
-
- Тепловая мощность – 27 кВт
-
- Энергопотребление – 300 Вт/час.
-
- Число контуров – один отопительный + один водогрейный, устанавливаемый за отдельную плату.
-
- Стоимость – 63 -73 тысячи рублей.
Перейдем к практическому выбору — какой водородный котел купить для своего дома?
Популярные модели водородных агрегатов для системы отопления
Китайский генератор Kingkar3000
Производящий «газ Брауна» — смесь кислорода и водорода в пропорции 2 к 1. Причем пользователь может регулировать температуру факела в пределах от 800 до 3200 градусов Цельсия, изменяя процентное соотношение компонентов в топливной смеси.
Характеристики установки:
- Расход воды – 1,6 литра в час.
- Генерация топлива – 3 м3/час.
- Энергопотребление – до 9 кВт.
- Стоимость – 8000 долларов США.
Генераторы горючей смеси под отопление водородом
STAR 1000 и STAR 2000
Демонстрируют следующие характеристики:
- Расход воды – от 0,7 до 1,1 литра в час или 5,5 литра в сутки.
- Генерация топлива – от 1,2 до 2,0 м3/час.
- Расчетный период эксплуатации – не менее 15 лет.
- Энергопотребление – от 1,2 до 3 кВт.
- Отапливаемая площадь – до 250 квадратных метров.
- Цена – до 230 000 рублей.
Водородный котел STAR-1.1
Работающий в паре с генератором STAR 2000:
- Тепловая мощность – 27 кВт
- Энергопотребление – 300 Вт/час.
- Число контуров – один отопительный + один водогрейный, устанавливаемый за отдельную плату.
- Стоимость – 63 -73 тысячи рублей.
Основные нюансы водородных котлов
Мощность котлов, работающих на основе водорода, выбирают в зависимости от площади сооружения, которое необходимо обогреть.
С помощью техники подобного рода можно решать множество задач, связанных с обогревом. Это происходит благодаря одновременному функционированию нескольких каналов, предназначенных для выработки водородной энергии (максимум их может быть 6).
Модульная система, присущая водородным котлам, обеспечивает независимую работу каналов, никак не воздействуя при этом на снижение эффективности установки. Каждый отдельный канал содержит свой катализатор.
Плюсы обогрева водородом
Котел, работающий на водороде, востребован по многим причинам:
- Неисчерпаемость водорода, а также возможность получать его в любом количестве.
- Получение водорода считается более выгодным экономически, чем постоянная добыча полезных ископаемых, обладающих горючими свойствами (газа, угля, нефти и т. д.).
- Система отопления работает без вредных для людей и атмосферы выхлопов, выделяя обычный водяной пар.
- Нет необходимости в пламени (водородное отопление работает на базе химических реакций).
- Котел обладает максимально высоким КПД.
- Устройство работает совершенно бесшумно.
- Отсутствует необходимость в строительстве и эксплуатации дымохода.
- Требования безопасности к водородному отоплению ниже, чем к установкам, работающим на основе газа.
Недостатки водородных котлов
Несмотря на массу преимуществ, важно знать о недостатках таких агрегатов:
- необходимость постоянного пополнения катализатора;
- взрывоопасность элемента при несоблюдении строгих требований;
- неудобная транспортировка водорода;
- недостаток специалистов по установке, а также сервисному обслуживанию подобного оборудования в России;
- недостаточное количество необходимых запчастей по причине неразвитого рынка водородного отопления.
Плюсы и минусы отопления
- Абсолютная экологичность – продукты распада воды (водород, кислород и пар) не влияют на состояние здоровья даже в процессе горения.
- Максимальный уровень КПД, достигающий 96%, это гораздо выше того же угля, дизеля или природного газа.
- Использование водорода как альтернативного источника энергоресурсов позволяет значительно экономить запасы исчерпаемых природных ресурсов, снижая их добычу в несколько раз.
- Невысокая стоимость – для отопления жилых домов стоимость системы незначительна, а простота работы, основанная на примитивной химической реакции электролиза, позволяет собрать систему своими руками.
Самостоятельное сооружение
Ввиду того что массовое производство подобных агрегатов на сегодняшний день отсутствует, их покупка является нелегким процессом. Скорее всего, придется оформлять индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где впервые разработали и запустили в работу такие устройства.
Но подобное решение вопроса по карману далеко не всем потребителям. В этом случае стоит рассмотреть возможность сооружения котла своими руками.
Как устроен самодельный котел отопления на водороде?
Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.
Точной и гарантирующей успех инструкции по сооружению водородного котла на сегодняшний момент не может дать ни один источник. Но согласно навыкам и опыту практикующих химиков и техников такой агрегат должен состоять из следующих компонентов:
- Теплообменник.
- Электролизер.
- Камера сгорания.
- Предохранительный блок, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
- Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена клапаном, с помощью которого можно сбрасывать давление в системе.
Принцип действия котла
Водород начинает вырабатываться после попадания электролитического раствора внутрь электролизера. Под воздействием катализатора с О2 элемент делится на тепло и воду. Полученное тепло, имеющее температуру порядка 40 градусов, идет в отопительную систему, проходя предварительно через теплообменник. Очень часто такой температуры хватает для полноценного обогрева дома с помощью теплых полов.
Выделившаяся в результате химической реакции вода поступает в бак (с электролитом), а затем определенная часть раствора подвергается самовоспламенению за счет процесса рециркуляции.
Читайте также: Особенности лучевой разводки в отопительной системеПринцип работы
Под воздействием электрического заряда вода распадается на водород и кислород. Затем, при взаимодействии молекул водорода и кислорода, происходит реакция, в результате которой образуется так называемый газ Брауна и происходит процесс выделения тепла. Тепло, в свою очередь, будет осуществлять нагрев воды и позволит обеспечить нормальную температуру в помещении.
Элементы системы отопления с использованием водорода
Строение водородных котлов:
- Электролизер — это специальный генератор водорода для отопления дома, который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом.
- Горелка для отопления, при помощи которой создается пламя.
- Котел, который выступает в качестве теплообменника.
Процесс электролиза для получения водорода
Для успешной работы водородной установки важно соблюдать следующее:
- Возможность поступления воды, чаще всего это вода из водопровода.
- Параметры потребления жидкости напрямую зависят от мощности прибора.
- Обеспечивать доступ к электроэнергии, которая нужна для осуществления электролизной реакции.
- Заменять катализатор в соответствии с определенной частотой, которая зависит от модификации и мощности котла.
Важно отметить, что водородный котел, созданный промышленным способом, характеризуется высоким уровнем безопасности. В работе этот агрегат безопаснее, чем газовые и твердотопливные котлы.
Монтаж водородного котла
Для монтажа конструкции следует приобрести такие комплектующие:
- 12-Вольтный блок питания;
- 30-Амперный ШИМ регулятор;
- трубки разных диаметров, изготовленные из нержавеющей стали;
- емкость.
Вода в идеально герметичных условиях подается внутрь емкости с диалектиком. Там расположены пластины из нержавеющей стали, примыкание которых друг к другу обеспечивается изолятором. Пластины получают 12-Вольтное напряжение. Результатом будет разложение воды на газы.
Использование ШИМ регулятора позволяет преобразовывать постоянный ток в импульсный или переменный, что увеличивает общую эффективность системы.
Применяемые материалы
В системе отопления применяется, как правило, дистиллированная вода, в которую добавляют гидроксид натрия в пропорции 10 л жидкости на 1 ст. л вещества. При отсутствии или проблематичности получения нужного количества дистиллята разрешается использование и обычной воды из крана, но только в том случае, если в ее составе отсутствуют тяжелые металлы.
В качестве металлов, из которых изготавливают водородные котлы, допустимо использовать любые виды нержавеющих сталей – отличным вариантом станет ферримагнитная сталь, к которой не притягиваются лишние частицы. Хотя основным критерием выбора материала все-таки должна быть устойчивость к коррозии и ржавчине.
Для сборки аппарата обычно используются трубки диаметром 1 или 1,25 дюйма. А горелка приобретается в соответствующем магазине или интернет-сервисе.
Если правильно подобрать материалы и тщательно изучить схему отопления, изготовление установки и ее присоединение к котлу не представляет собой ничего сложного.
Оправдана ли самостоятельная сборка водородного котла?
Целесообразность сборки водородного агрегата своими руками вызывает массу вопросов, которые еще недостаточно исследованы, поэтому перед принятием такого решения следует тщательно взвесить все «за» и «против», а также учесть важные моменты.
Соорудив агрегат из вышеперечисленных элементов и дополнив его стандартными автоматическими и механическими комплектующими, можно получить опытный экземпляр водородного агрегата. Чтобы он полноценно заработал, следует провести немало испытаний и проб.Перспективы водорода в отрасли отопления
Многие ученые называют водород самым перспективным топливом, и это только подтверждается такими фактами:
Водород является самым распространенным топливным элементом во Вселенной, и десятый по запасам среди всех химических элементов на нашей планете. Если говорить проще, то проблем с запасами водорода точно не будет;
- Несмотря на то, что это – газ, он абсолютно безвреден, и нетоксичен, поэтому люди, животные и даже растения не будут ощущать пагубного влияния;
- В отопительном оборудовании, которое работает на водороде, продуктом горения выступает обычная вода, поэтому о вредных выхлопах и говорить не стоит;
- Градус горения водорода равен 6000, это подтверждает большую теплоемкость данного химического элемента;
- По весу, это топливо даже легче воздуха (в 14 раз), поэтому в случае возникновения утечки, топливный выбор улетучиться самостоятельно и очень быстро;
- Килограмм водорода сегодня стоит лишь 2-7 американских долларов. Но килограмм это очень много, ведь плотность вещества составляет всего 0,008987 кг/м3;
- Теплотворность 1 куба водорода равна 13 000 кДж. Конечно, этот показатель примерно в три раза ниже, чем у природного газа, но цена на водород ниже в десятки раз.
Из этого можно сделать вывод, что отопление домов водородом будет стоить не дороже, чем с применением обычных газовых котлов. Также владелец такого уникального оборудования не будет платить бешеные накрутки в карманы владельцев нефтегазовых компаний, нет необходимости и обустраивать дорогущий газопровод. При этом владелец избавит себя еще и от прохождения нудных и долгих бюрократических процедур по согласованию разных проектов.
В общем, водород можно действительно считать самым перспективным топливом. Все преимущества этого элемента уже испытали сотрудники аэрокосмических предприятий, которые используют водород в качестве ракетного топлива.
Выгодно ли отапливать дом водородом
Средняя отпускная цена природного газа для населения на нужды отопления и для выработки электроэнергии — 4,76 руб/м3. В 1 м3 содержится 0,712 кг. Соответственно, 1 кг природного газа стоит 6,68 рубля. Средняя теплотворная способность природного газа — 50 000 кДж/кг. У водорода — намного выше, 140 000 кДж/кг. То есть, для того чтобы получить количество тепловой энергии, равное той, что образуется при сгорании 1 кг водорода, потребуется 2,8 кг природного газа. Его стоимость — 13,32 рубля. Теперь сравним показатели стоимости тепловой энергии, полученной от сжигания 1 кг водорода, полученного в хорошем заводском электролизере и от 2,8 кг природного газа: 420 рублей против 13,32. Разница — поистине чудовищная, в 31,5 раз! Даже по сравнению с самым дорогим из традиционных видов отопления — электрическим, водород даже близко не может конкурировать, он обходится в 4 раза дороже! Ту электроэнергию, которая будет потрачена на работу электролизера, лучше использовать для работы нагревательных электроприборов, толку будет не в пример больше.
Именно такие рекламные технологии и методы убеждения используют продавцы установок для отопления дома водородом, чтобы втридорога сбыть свой бесполезный товар
Что касается перспектив водородной энергетики, то они есть, но успех связан с перспективными промышленными технологиями, которых ещё не придумали. Бытовые генераторы водорода и водородомобили однозначно убыточны как минимум на ближайшие десятилетия. Их весьма ограниченное использование в некоторых странах возможно лишь благодаря серьёзным государственным дотациям в рамках экспериментальных экологических программ.
========
Образовательные и научные организации России, входящие в состав консорциума по развитию водородных технологий, презентовали свои разработки на Первой конференции «Водород. Технологии. Будущее» на платформе Томского политеха.
В Томске проводятся фундаментальные и прикладные исследования в области получения чистого водорода, его безопасного хранения, транспортировки, применения в качестве энергоносителя в системах автономного электроснабжения. Среди разработок ученых ТПУ — технологии получения водорода из природного газа и путем переработки биомассы; материал, генерирующий водород из воды под действием солнечного света; материалы – накопители водорода; водородные топливные элементы на основе полимерных мембран.
Руководитель ИПХФ РАН Сергей Алдошин рассказал, что в институте активно развиваются три направления в области водородной энергетики: получение, хранение и транспортировка, а также использование водорода. Ученые ИПХФ РАН развивают подходы к получению водорода из углеводородных газов, низкосортных топлив, разрабатывают компоненты и материалы для батарей водородных топливных элементов. В институте действует Центр компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии и полигон для проверки безопасности газовых технологий.
Директор ИК СО РАН Валерий Бухтияров сообщил, что в институте более 20 лет ведутся исследования в области получения синтез-газа и водородсодержащего газа в компактных реформерах. Они дают водород в формате «водородных заправок» или «по требованию» для питания электрохимических генераторов. В качестве сырья можно использовать традиционные топлива (природный и сжиженный газ, бензин, дизель), синтетические продукты (метанол, диметиловый эфир, аммиак), перспективные возобновляемые носители (диметоксиметан, биоэтанол, биодизель). Разработаны подходы по генерации и применению водорода совместно с газопоршневыми, газодизельными и газотурбинными энергоустановками, а также по созданию восстановительных атмосфер для металлургии. Ученые работают над получением метано-водородных смесей, переработкой природного газа с получением водорода и углеродных наноматериалов, ведут фундаментальные исследования по получению водорода из воды под действием солнечного света.
Директор ИНХС РАН Антон Максимов отметил, что среди прорывных направлений института — одностадийная технология получения синтез-газа методом газофазного парциального окисления в реакторе на базе ракетных технологий, разработка научных основ плазмохимических процессов переработки природного газа в водород и технический углерод, а также превращения метана в ацетлиниды металлов и водород в плазме, мембранные технологии выделения/очистки водорода и другие проекты.
Проректор СамГТУ по международному сотрудничеству Андрей Пименов презентовал несколько проектов, реализуемых совместно с ПАО «Газпром», в том числе связанные с пиролизом природного газа в расплавах металлов и адиабатической конверсией природного газа. Также в Самаре разработан подход к оценке относительной эффективности технологий производства водорода и МВС на основе DEA-метода. Занимаются ученые и жидкими органическими носителями водорода, материалами для водородных топливных элементов, созданием мультифункциональных материалов и катализаторов нового поколения.
О мерах поддержки научных, научно-технических и инновационных проектов в регионе рассказал заместитель министра цифрового и технологического развития Сахалинской области Евгений Гетц. В частности, он поделился концепцией создания водородного кластера на Сахалине.
Кроме научных организаций, с презентациями выступили индустриальные партнеры консорциума — представители ГК «Росатом», ПАО «Газпром», ОАО «РЖД», ПАО «Северсталь», ПАО «Газпром нефть» и ООО «СИБУР».
Справка:
Консорциум «Технологическая водородная долина» создан в ноябре 2020 года по инициативе Томского политехнического университета, Института катализа СО РАН, Института проблем химической физики РАН, Института нефтехимического синтеза РАН, Самарского политеха и Сахалинского государственного университета.
-
- Для ответа в этой теме необходимо авторизоваться.