• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28.09.2022
Александр Березин
17
30 588

Водородное отопление признали тупиком

4.6

Половина всего расхода энергии человечеством приходится на тепло, почти 50% из этого количества уходит на отопление и нагрев воды в домах. На электричество — всего 19%. Из этого ясно, что вопрос отопления даже важнее электроэнергетики, а без отказа от ископаемых топлив здесь зеленый переход невозможен. Однако, как показывает новая научная работа, водород в этой роли — лишь несбыточная мечта.

©echargenews.com/ / Автор: Pinaria Caprarius

В журнале Joule вышел обзор 32 научных работ, посвященных возможности перевода отопления на водород, которую в ряде западных стран считают ключевым компонентом зеленого перехода. Исследование — впервые для этой области — не включило в свое рассмотрение работы, профинансированные теми или иными компаниями, финансово заинтересованными в массовом переходе на водород. В итоге автор обзора Ян Рознау (Jan Rosenow) пришел к довольно интересным выводам.

Как он отмечает, практически каждая независимая (в смысле источников финансирования) работа в этой области указывает, что водородное отопление дороже не только уже существующих котельных, но и таких, казалось бы, более дорогих путей решения проблемы отопления, как тепловые насосы (инверторные кондиционеры, работающие на отопление) и солярно-термальное отопление (при нем солнечные лучи нагревают теплоноситель на крыше домов, а тот уже греет воду отопительного контура). Этот вывод уже трудно назвать ожидаемым, поскольку в норме последние два метода отопления в пару раз дороже, чем котельные.

Вопрос о получении тепла — ключевое препятствие на пути перехода к углероднейтральной экономике. Дело не только в том, что на получение тепла человечество тратит в два с половиной раза больше энергии, чем на получение электричества. Не менее важно и то, что нужда в тепле зимой многократно выше, чем летом, даже с учетом того, что промышленность, потребляющая чуть больше половины тепла, почти не снижает его потребление и летом. В итоге та же Британия зимой потребляет вчетверо больше энергии в единицу времени, чем в теплые месяцы.

Решить этот вопрос без сжигания топлива сложно. В теории можно топить тепловыми насосами, питающимися электричеством. Но в этом случае зимнее потребление электричества будет выше летнего в два-три раза (в случае обычной, а не суровой зимы). Электроэнергетика, которая летом работает на треть мощности, будет долго простаивать невостребованной, что резко повысит цены на вырабатываемое ею электричество. Многим хотелось бы обойтись без таких последствий.

Схема использования водорода, полученного от СЭС и ВЭС, для отопления домов имеет существенные недостатки, исключающие ее широкое применение

«Для политиков, принимающих решения, водород для отопления видится привлекательным. Кажется, что легко просто заменить метан на водород, отчего для домохозяйств ничего не изменится. Но в реальности потребуются существенные технические изменения — включая трубы в домах, и все это будет стоить людям немало денег», — отметил Ян Рознау.

Кроме того, добавляет автор, сегодня почти весь водород получают из ископаемых топлив, что делает его не углероднейтральным. Получение водорода из «зеленого» электричества (от ВЭС и СЭС) пока кратно дороже, чем из метана. Критической проблемой тут остается малая энергоэффективность: электролиз имеет КПД всего 80%, типичный газовый котел — 85%, отчего итоговый КПД водородного отопления не выше 70%.

Тепловые насосы, питающиеся от электричества, хотя теряют 5-10% энергии на сопротивление в ЛЭП, обычно получают три-четыре киловатт-часа тепла на один киловатт-час электроэнергии (разница гасится за счет поглощения тепла из наружного зимнего воздуха). То есть их итоговые затраты электричества — пока температура выше нуля — в три и более раза ниже, чем у водородного отопления.

Рознау не выступает против водорода в целом. Он отмечает, что тот может быть полезен для «обезуглероживания» промышленности. Та потребляет несколько больше тепла, чем жилые и коммерческие здания, причем в основном это тепло высокопотенциальное, с температурами во многие сотни градусов. Никакие тепловые насосы не могут дать такого, и тут альтернативы зеленому водороду нет (по крайней мере, в рамках принятых на Западе подходов, фактически, конечно, они есть, но для западных стран сегодня недоступны). Но вот в секторе домохозяйств, подчеркивает он, этот газ не только повысит их издержки, но и заставит увеличить трату природных ресурсов, подняв общее энергопотребление.

Хотя Рознау корректно изложил ряд проблем водорода (случайным образом совпав с частью тезисов вот этого материала Naked Science), он не остановился на недостатках тепловых насосов, делающих и их успех в качестве заместителя природного газа довольно сомнительным. Дело в том, что при минус пяти градусах и ниже на один киловатт-час электроэнергии тепловой насос дает примерно один киловатт-час тепловой энергии: охлаждать уличный воздух для нагрева помещения при такой температуре становится довольно трудно.

Поэтому на практике пиковое зимнее энергопотребление в стране, целиком перешедшей на тепловые насосы, в наиболее морозные зимние дни будет в четыре-пять раз выше, чем летом. То есть подобное отопление будет вынуждено опираться на огромные мощности электростанций — кратно больше существующих, — которые будут простаивать почти весь год, включаясь лишь в самые морозные дни. Очевидно, что стоимость подобного решения для общества будет большой. Поэтому ранее другие авторы не раз отмечали: переход на тепловые насосы также резко повысит стоимость отопления.

Между тем цена отопления — и так довольно больное место для целого ряда современных обществ. Например, в Великобритании еще до ценового шока 2022 года в результате холодов умирают 60,5 тысячи человек в год, примерно 0,1% всего населения ежегодно. Достоверно установлено, что в помещении, где хуже топят, среднее кровяное давление у человека растет. Причем оно больше связано с зимней температурой внутри помещения, чем на улице.

В итоге систематического роста такого давления повышается вероятность смерти от сердечно-сосудистых заболеваний, которые и выступают главным фактором холодовой смертности. Кратный рост стоимости отопления неизбежно приведет к снижению температур в домах жителей западных стран со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 10:00
РНФ

Ученые определили, что люди, населявшие Центральный Кавказ 18–10 тысяч лет назад, использовали для создания орудий охоты камень обсидиан из единственного месторождения — Заюковского. При этом другое популярное сырье — кремень — они добывали из десяти разных источников. Оказалось, что за кремнем оранжевого цвета древним охотникам приходилось путешествовать на расстояния более 200 километров, что указывает на наличие культурных связей с соседними регионами, где в этот период были распространены стоянки той же культурной традиции.

Сегодня, 07:26
Полина Меньшова

Со временем одни воспоминания заменяются другими, но почему люди запоминают именно то, что запоминают? На этот вопрос ответили ученые из США, проанализировав более 100 исследований эпизодической памяти.

Вчера, 10:55
Елизавета Александрова

На поверхности карликовой планеты между Марсом и Юпитером наблюдают сложные органические соединения. Когда их обнаружили в одном кратере, то ученые предположили, что это вещества с упавшего небесного тела. Теперь планетологи увидели признаки органики еще в 11 регионах Цереры и пришли к выводу, что это не импорт, а продукты собственного производства.

3 декабря
Елизавета Александрова

Американская лунная программа «Артемида» предусматривает экспедиции длительностью от нескольких дней до долгих недель и даже месяцев, но луномобиля для передвижения экипажа по поверхности спутника Земли на сегодня нет. Поэтому космическое агентство США продумывает план действий на случай, если астронавты окажутся далеко от базы и кто-то из них внезапно не сможет идти самостоятельно.

3 декабря
Варвара Кравцова

Сражались ли амазонки на территории нашей страны, как развивались первые крупные города и чем древний геном выносливее современного — об этом нам рассказал Харис Мустафин, заведующий лабораторией исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики МФТИ.

3 декабря
Редакция Naked Science

На IV Конгрессе молодых ученых, прошедшем на федеральной территории Сириус, активно обсуждали не только атомную энергетику, но и перспективные термоядерные проекты. Сотрудник Naked Science задал вопрос о том, может ли российское участие в ИТЭР постигнуть судьба российского же участия в ЦЕРН, из которого отечественных ученых «попросили». Представитель госкорпорации отметил ряд причин, по которым такой сценарий сомнителен.

16 ноября
Evgenia

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

25 ноября
Полина Меньшова

Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.

[miniorange_social_login]

Комментарии

17 Комментариев
Kostya Alexandrov
23.12.2022
-
-1
+
Несколько моментов по статье, что прям резанули глаз. - Тепловые насосы бывают не только воздух-воздух/вода но и с теплом из воды или теплом земли, и это отличные рабочие варианты с COP в районе 5 даже в лютые морозы, конкретно около 5 получают при использовании воды из скважины. - КПД современных газовых котлов может превышать 100% для конденсационных при условии достаточно влажного воздуха и низкотемпературных отопительных систем. - Водород как накопитель (утилизация избыточной генерации СЭС или ВЭС) вполне рабочий вариант, с последующим подмесом в натуральный газ для того же котла, тем самым снижая выделение со2
    -
    0
    +
    Расскажите пожалуйста, как можно получить "тепло воды и тепло земли" в городе, в окрестности 17-30 -этажного дома?)) Это совершенно типовой случай для развитых стран сегодня.А то мне тоже "резанул глаз" ваш "компетентный" комментарий...))
    +
      ещё комментарии
    "Несколько моментов по статье, что прям резанули глаз. - Тепловые насосы бывают не только воздух-воздух/вода но и с теплом из воды или теплом земли" Эти насосы в тексте не рассматриваются, потому что экономически они или хуже насосов воздух-воздух (значительно больше стоят), или требуют условий (скважина с водой приемлемого состава, да еще и со стабильным и приличным дебетом на каждый частный дом), которые проблематичны для подавляющего большинства землян. "- КПД современных газовых котлов может превышать 100% для конденсационных при условии достаточно влажного воздуха и низкотемпературных отопительных систем" Что никак не повлияет на выводы текста, вот вообще. Отчего там и не упомянуто. "- Водород как накопитель (утилизация избыточной генерации СЭС или ВЭС) вполне рабочий вариант" В тексте выше исчерпывающе показано, почему это вариант нерабочий. Такой "подмес", будет намного дороже равного по теплотворной способности метана, и это никак нельзя купировать по чисто техническими причинам. Вообще, любая идея вида "избытки генерации СЭС и ВЭС как источник водорода" основна на сильно неполных представлениях об электролизных установках. Чтобы те были более или менее рентабельны (скорее менее, т.к. из природного газа водород все равно дешевле), им нужно работать 24/7. Учитывая, что КИУМ СЭС 15%,а ВЭС -- 30-35% (и это в хороших местах, в Московской области ни то, ни другое в принципе недостижимо), даже если бы вся их генерация шла только на электролиз -- нагрузка была бы не 24/7, а 8 на 7 в лучшем случае. При такой неполноте загрузки электролизное оборудование будет отбиваться вечность, а зеленый водород -- всегда стоить слишком дорого. Это нерешаемая задача, у СЭС и ВЭС просто нет экономически реальных путей для обхода этих проблем.
    +
      ещё комментарии
      Kostya Alexandrov
      23.12.2022
      -
      -1
      +
      "Эти насосы в тексте не рассматриваются, потому что экономически они или хуже насосов воздух-воздух ..." Условия нужны для всего, для подключения магистрального газа нужно гораздо больше. Скважина или земляные работы на порядки дешевле подведения магистрального газа к поселку. Насосы эти значительно лучше, КПД у них выше. Вы как раз взяли не совсем рабочий вариант воздух-воздух, да еще и в другой статье сделали совершенно неверное заявление что такие ТН работают только при положительных температурах, а в этой совершенно безосновательно заявили о "инверторные кондиционеры, работающие на отопление" - принцип тот же, но реализация сильно отличается, вовсе не обязательно инверторные, старт-стоп прекрасно работают, а в случае гидроаккумулятора предпочтительнее.
      Что никак не повлияет на выводы текста, вот вообще. Отчего там и не упомянуто.
      Влияют на общий КПД системы, при добавлении водорода КПД дополнительно растет за счет бОльшего объема конденсации. Вы же просто подтягиваете цифры к нужному выводу. Остальной комментарий и выводы основаны на дешевизне натурального газа, делающей не рентабельными мероприятия по утеплению, что является основой.
        ""Эти насосы в тексте не рассматриваются, потому что экономически они или хуже насосов воздух-воздух ..." Условия нужны для всего, для подключения магистрального газа нужно гораздо больше." Условия для подключения магистрального газа, напротив, выполнить гораздо легче. См. процент газификации в России и количество ее граждан, которых можно отопить по предлагаемой вами схеме. Различие во много раз. "Скважина или земляные работы на порядки дешевле подведения магистрального газа к поселку." У нас уровень газификации 72%+, а негазифицированные зоны в значительной степени на вечной мерзлоте, где скважины вообще невозможны (кстати, это 2/3 страны). Что, в общем-то, закрывает тему для массового потребителя. "Вы как раз взяли не совсем рабочий вариант воздух-воздух" Напротив: воздух-воздух -- рабочий вариант, ибо работает везде, а воздух вода --далеко не везде. "а еще и в другой статье сделали совершенно неверное заявление что такие ТН работают только при положительных температурах" Вы говорите неправду: я никогда не делал такого заявления. Видимо, поэтому вы и не привели ссылку или цитату такого рода. "Влияют на общий КПД системы, при добавлении водорода КПД дополнительно растет за счет бОльшего объема конденсации." Еще раз, раз вы не поняли с первого раза: добавлять туда водород массово никто не будет, потому что такой водород, с учетом любых изменений в КПД, все равно поднимет стоимость отопления, а не опустит ее. "Вы же просто подтягиваете цифры к нужному выводу" Вы говорите неправду: я никогда не делал подобного. Видимо, поэтому вы и не привели ссылку или цитату такого рода.
          Kostya Alexandrov
          23.12.2022
          -
          -1
          +
          Я наверное неверно истолковал это? "Тепловые насосы, питающиеся от электричества, хотя теряют 5-10% энергии на сопротивление в ЛЭП, обычно получают три-четыре киловатт-часа тепла на один киловатт-час электроэнергии (разница гасится за счет поглощения тепла из наружного зимнего воздуха). То есть их итоговые затраты электричества — пока температура выше нуля — в три и более раза ниже, чем у водородного отопления." COP у воздух-воздух падает с снижением температуры, проблемы с обледенением и тп но все эти проблемы решаемы, основная проблемы это то что это очень не комфортный вариант отопления. Вода/вода и почва/вода лишены всех этих недостатков. Почва/вода земляные работы могут быть не дешевыми.
          Условия для подключения магистрального газа, напротив, выполнить гораздо легче. См. процент газификации в России и количество ее граждан, которых можно отопить по предлагаемой вами схеме. Различие во много раз.
          У нас уровень газификации 72%+, а негазифицированные зоны в значительной степени на вечной мерзлоте, где скважины вообще невозможны (кстати, это 2/3 страны). Что, в общем-то, закрывает тему для массового потребителя.
          2/3 страны, только бОльшая часть населения живет в европейской части с совершенно "европейской" плотностью, а города типа Красноярска умирают в угольном смоге. И у нас в Ростовской и в Подмосковье и в Краснодарском крае (это где бываю часто) полным полно небольших населенных пунктов без газа, плюс новые коттеджные поселки и тп, да и в "газифицированных", где труба идет "по меже" подключение к газу, даже после всех правительственных программ и обременения ГП на подводку "бесплатно" трубы улетает в сотни тысяч рублей, можете в местном горгазе узнать стоимость ТУ и работ от забора в дом, рзводки газовых труб в доме, требований к котельной и тп. Если уж мне не верите то на том же форумхаус сотни тем с подробными раскладами кто и как куда тянул газ и сколько это стоит. Если же Вы говорите о Европе, еще в доковидные времена в той же Латвии подключаться к газу никакого смысла не имело, если уже есть то пусть будет, но новый коттедж с большой вероятностью ТН. Про многоквартирные дома не знаю, нет знакомых, наверное там газ.
          Еще раз, раз вы не поняли с первого раза: добавлять туда водород массово никто не будет, потому что такой водород, с учетом любых изменений в КПД, все равно поднимет стоимость отопления, а не опустит ее.
          Пожалуй упрекну Вас в подмене понятий, как я уже писал ранее Вам, стоимость отопления снижается мероприятиями по утеплению (снижению потерь) и этот процесс идет. В той же Германии полно алюминиевых окон, без всяких стеклопакетов, просто алюминиевая рама и в ней одно стекло, зимой на них иней. Буквально несколько лет назад в гостинице где я жил в Мюнхене их меняли на совершенно современные окна в течении пары дней. Друзья так же рассказывают о утеплении домов, ремонт фасада совмещают с утеплением. Просто они там тормоза и все делают жутко медленно, но делают. Если цель снижение выбросов со2 и снижение зависимости от импортируемого ископаемого топлива, то нужно просто снизить его потребление за счет снижения потерь, а снизив их можно при той же стоимости топиться водородом или каким другим хайтеком. В РФ не рентабельно покупать хороший газовый котел, даже конвекционный, с КПД 90+, широким диапазоном модулирования горелки и прочими фуськами - дорого, сложно, ломается и прочие прелести. Уж не говорю про конденсатники, у нас лучше всего чего попроще да подешевле и разницу процентов в 30 в расходе газа никогда не отбить ценой. В Европе с более дорогими ресурсами уже давным давно выгодно сменить старый, но даже работающий конвекционный котел на конденсационный.
            ""Тепловые насосы, питающиеся от электричества, хотя теряют 5-10% энергии на сопротивление в ЛЭП, обычно получают три-четыре киловатт-часа тепла на один киловатт-час электроэнергии (разница гасится за счет поглощения тепла из наружного зимнего воздуха). То есть их итоговые затраты электричества — пока температура выше нуля — в три и более раза ниже, чем у водородного отопления."" Конечно неверно истолковали. В данной цитате нет ровно ничего из того, что вы ей приписали. "Вода/вода и почва/вода лишены всех этих недостатков. Почва/вода земляные работы могут быть не дешевыми." Только вот вода-вода и почва вода либо слишком дороги, либо недоступны (от скважины) большинству населения того же ЕС или России. "2/3 страны, только бОльшая часть населения живет в европейской части с совершенно "европейской" плотностью" Только вы забыли о том, что многоквартирные дома от скважины не обогреешь. "И у нас в Ростовской и в Подмосковье и в Краснодарском крае (это где бываю часто) полным полно небольших населенных пунктов без газа" Поскольку вы пропустили, повторю: 72%+ населения проживает в газифицированной зоне. Это солидное большинство всех жителей страны. А из остальных 28% множество живет там, где скважина неактуальна. Итого: отопление "от скважины" для подавляющего большинства населения России неактуально. "да и в "газифицированных", где труба идет "по меже" подключение к газу, даже после всех правительственных программ и обременения ГП на подводку "бесплатно" трубы улетает в сотни тысяч рублей," У вас неверные сведения. "можете в местном горгазе узнать стоимость ТУ и работ от забора в дом, рзводки газовых труб в доме, требований к котельной и тп" Для моего соседа, делавшего подключение в прошлом году, сумма не ушла за "сотни тысяч рублей". А ваши слова про " требований к котельной " выдают в вас чистого теоретика в этом вопросе, который вообще не в курсе, как именно люди подключаются к газу в реальности последних лет (справка: без "котельной"). "Пожалуй упрекну Вас в подмене понятий, как я уже писал ранее Вам, стоимость отопления снижается мероприятиями по утеплению (снижению потерь) и этот процесс идет. " Нет, это я упрекну вас в подмене понятий: как ни утепляй дом, водород всегда будет стоить дороже метана. "Если цель снижение выбросов со2 и снижение зависимости от импортируемого ископаемого топлива, то нужно просто снизить его потребление за счет снижения потерь, а снизив их можно при той же стоимости топиться водородом или каким другим хайтеком." Никакое экономически осмысленное утепление в Германии не может снизить потребности в отоплении настолько же, насколько переход на водород повысит стоимость этого отопления. Более того: на отопление и горячую воду уходит _меньше_ тепла, чем на промышленные нужды. То есть даже если заставить немцев вообще жить без отопления, в скафандрах, например, основная часть их потребностей в природном газе никуда от этого не денется. И нет, водород не является "хайтеком".
Да, заменять метан на водород для отопления - сложно и дорого, но это не отменяет возможности использования водорода просто как аккумулирующего агента, а топить при этом просто электричеством (напрямую или, где это экономически выгодно, через тепловые насосы). Например, АэроГЭС перекрывает ВСЕ энергетические потребности человечества в 60-100 раз и идеально подходит для получения, хранения и даже транспортировки, водорода, так как использует идеальную воду и гидроэнергию прямо из облаков, прямо у каждого над головой. https://naked-science.ru/community/315711
-
1
+
Это борьбу с углекислым газом в атмосфере пора признать тупиком, а не водород. Парниковый эффект от него на порядок меньше водяного пара, а вся антиуглеродная возня, игнорирующая научные факты, затеяна для передела рынка, а не из заботы об экологии.
    -
    0
    +
    В общем-то вся "возня" с водородом связана именно с борьбой с углекислым газом в атмосфере. Если признать борьбу углекислым газом тупиком, то тупиком же нужно признать и использование водорода. Поскольку у него куча недостатков и лишь одно преимущество, которое становится не важным.
    +
      ещё комментарии
      Водородом следует заниматься не потому что он экологичен, а потому что его много как на нашем шарике(земле) так и в космосе. Есть и другие плюсы.
        -
        0
        +
        На нашем шарике (земле) свободного водорода с гулькин нос. Так что это не источник энергии, а лишь ее потенциальный аккумулятор... КПД процесса "вода-электролиз-водород-хранение-транспортировка-хранение-сжигание-вода" удручающе мал, а геморроя чертовски много. Так что плюсов у него, окромя "безуглеродности", нет никаких. Лучше уж тогда из лишней энергии получать метан или лучше того, метанол. А в качестве источника первичной энергии - ядерные и термоядерные станции. Ветрячки и панельки - ффтопку!
    Причём бороться с парниковым эффектом в то время, как человечество, оказывается, половину всей вырабатываемой энергии на обогрев тратит - это тоже отдельный вид искусства.
    Sergey Sergeev
    03.10.2022
    -
    0
    +
    Содержание водяного пара в воздухе сильно зависит от температуры, а углекислый газ из атмосферы никуда не девается (разве что в океан, незначительно). Поэтому влиять на климат легче, изменяя содержание как раз CO2.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно