Хранение газообразного водорода

Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа. На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары (водоносные породы, выработанные месторождения нефти и газа), хранилища, созданные подземными атомными взрывами. Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путем растворения соли водой через боровые скважины.

Для хранения газообразного водорода при давлении до 100 МПа используют сварные сосуды с двухили многослойными стенками. Внутренняя стенка такого сосуда выполнена из аустенитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом в условиях высокого давления, внешние слои — из высокопрочных сталей. Для этих целей применяют и бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей, рассчитанных на давление до 40−70 МПа.

Широкое распространение получило хранение газообразного водорода в газгольдерах с водяным бассейном (мокрые газгольдеры), поршневых газгольдерах постоянного давления (сухие газгольдеры), газгольдерах постоянного объема (емкости высокого давления). Для хранения малых количеств водорода используют баллоны.

Следует иметь в виду, что мокрые, а также сухие (поршневые) газгольдеры сварной конструкции не обладают достаточной герметичностью. Согласно техническим условиям допускается утечка водорода при нормальной эксплуатации мокрых газгольдеров вместимостью до 3000 м³ — около 1,65%, а вместимостью от 3000 м³ и выше — около 1,1% в сутки (считая на номинальный объем газгольдера).

Одним из наиболее перспективных способов хранения больших количеств водорода является хранение его в водоносных горизонтах. Годовые потери составляют при таком способе хранения 1−3%. Эту величину потерь подтверждает опыт хранения природного газа.

Газообразный водород можно хранить и перевозить в стальных сосудах под давлением до 20 МПа. Такие емкости подвозят к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах.

Для хранения и перевозки небольшого количества сжатого водорода при температурах от -50 до +60 ° С используют стальные бесшовные баллоны малой емкости до 12 дм³ и средней емкости 20−50 дм³ с рабочим давлением до 20 МПа. Корпус вентиля изготавливают из латуни. Баллоны окрашивают в темно-зеленый цвет, они имеют красного цвета надпись «Водород».

Баллоны для хранения водорода достаточно просты и компактны. Однако для хранения 2 кг Н₂ требуются болоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении дает возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8−10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2−3% от массы самого баллона.

Большие количества водорода можно хранить в крупных газгольдерах под давлением. Газгольдеры обычно изготовляют из углеродистой стали. Рабочее давление в них обычно не превышает 10 МПа. Вследствие малой плотности газообразного водорода хранить его в таких емкостях выгодно лишь в сравнительно небольших количествах. Повышение же давления сверх указанного, например, до сотен мега-паскаль, во-первых, вызывает трудности, связанные с водородной коррозией углеродистых сталей, и, во-вторых, приводит к существенному удорожанию подобных емкостей.

Для хранения очень больших количеств водорода экономически эффективным является способ хранения истощенных газовых и водоносных пластах. В США насчитывается более 300 подземных хранилищ газа.

Газообразный водород в очень больших количествах хранится в соляных кавернах глубиной 365 м при давлении водорода 5 МПа, в пористых водонаполненных структурах вмещающих до 20 • 10^б м³ водорода.

Опыт продолжительного хранения (более 10 лет) в подземных газохранилищах газа с содержанием 50% водорода показал полную возможность его хранения без заметных утечек. Слои глины, проРис. 10.1. Зависимость стоимости передачи энергии питанные водой, могут кабелем при заданном напряжении тока U.

обеспечивать гермеи по водородопроводу от расстояния L.

тичное хранение ввиду слабого растворения водорода в воде.

В настоящее время газовая промышленность подготовлена к приему водорода и его смесей с другими горючими газами. Она располагает сетью газопроводов со значительно большей энергопередаю щей мощностью, чем в случае электрических сетей. Стоимость передачи водороде в несколько раз ниже стоимости передача электроэнергии (рис. 10.1,10.2).

Трубопроводный транспорт водороде обладает еще и тем преимуществом пере, г передачей электроэнергии, что водород легко накапливать и хранить в подземных ^Рис Ю.2. Зависимость стоимои наземных хранилищах под давлением ^{сти т}Р^анспоР^тиР^ования энергии и передавать по газопроводам потребите- ^Ц от передаваемой мощности W:

лям по их требованию в определенное вре- ¹ ~ электроэнергия (по подземно- ^{г г} «^г му кабелю); 2 — электроэнергия мя и в дозированных количествах. Сейчас _(по наземному кабелю); 3- водород;

В США функционирует ОКОЛО 1000 КМ ВО- 4 — метан: 5 — аммиак: 6 — небть дородных трубопроводов — в основном они проложены возле крупных потребителей этого газа, например нефтеперерабатывающих заводов. Длина самой протяженной «нитки» в мире (между Бельгией и Францией) 400 км. Защита трубопроводов от агрессивной среды и высокого давления требует немалых капиталовложений — около 600 000 долл, на 1 км, но готовый трубопровод — самый дешевый путь для доставки больших количеств водорода (табл. 10.2).

Таблица 10.2

Издержки при транспортировании на дальние расстояния различных видов энергии.

Благодаря тому, что газопроводы природного газа фактически могут служить неограниченное время и могут быть в любое время использованы для транспортирования водорода и его смесей, большинство условий, которые понадобятся в будущем для распределения водорода, к настоящему времени уже созданы. Водород может стать самым дешевым способом передачи энергии на далекие расстояния.