Водород из пара: как перепрофилировать российские ТЭЦ без потери мощности

Переход к низкоуглеродной энергетике ставит перед странами с развитой тепловой генерацией непростую задачу: что делать с существующими газовыми электростанциями? Один из вариантов — перепрофилировать их на совместную выработку электроэнергии и водорода, используя высокотемпературный электролиз пара. Однако отбор пара для электролизера снижает электрическую мощность станции — и этот компромисс требует тщательной оптимизации.

Инженеры Питерского Политеха предложили методологию количественной оценки таких потерь. Они разработали и верифицировали тепловую модель одной из действующих российских ТЭЦ — ТЭЦ-22 (Московская область). К этой модели подключили модуль высокотемпературного электролиза пара (HTSE).

Сравнивали две стратегии возврата конденсата и отработанного пара в цикл станции. Первая, традиционная — направлять конденсат в основной конденсатор. Вторая, предложенная авторами — перенаправлять поток в систему регенеративного подогрева воды. Разница оказалась существенной. В летнем режиме коэффициент потери мощности (PLF) снижается с 1.7% до 0.1%, в зимнем — с 5.6% до 4.9%. Выигрыш по выработке электроэнергии достигает 14 МВт по сравнению с базовой схемой.

Экономически это даёт снижение себестоимости водорода (LCOH₂) примерно на 16-17% (брались цены 2021 и 2025 годов). Итоговый диапазон — от 3.56 до 6.51 $/кг при производительности 0.2 кг/с на один электролизерный модуль. При этом удельные выбросы CO₂ составляют всего 0.056 кг на килограмм водорода — на два порядка ниже, чем водорода из метана, и ниже даже многих вариантов «зелёного» водорода из возобновляемых источников (с учётом полного жизненного цикла оборудования).

Статья вышла в International Journal of Hydrogen Energy (IF = 8.2). Работа была поддержана грантом РНФ. 

Источник: «Зоопарк из слоновой кости»