Производство аммиака с применением процесса Габера–Боша

Тему продолжим завтра ➡️

«Россети» начали реконструкцию центра питания южного Кузбасса, где будет внедрено уникальное серверное решение

Подстанция 110 кВ «Бенжереп-2» снабжает электроэнергией потребителей Новокузнецкого района, а также участвует в обеспечении связей с Алтайской энергосистемой.

В ходе реконструкции фактически будет построен новый объект – технологичный, высокоавтоматизированный, надежный. Практически все оборудование заменят на современное, включая цифровые измерительные трансформаторы. Самое главное – на этой площадке энергетики «Россети Сибирь» внедрят результаты НИОКР по разработке единой серверной платформы для подсистем подстанции 35-110 кВ с использованием средств виртуализации.

Новое решение позволит:
📍 Обрабатывать на одной платформе данные из разных источников – начиная от АСУТП (не менее трёх тысяч сигналов), интеллектуальной системы учета электроэнергии, диагностики оборудования, до систем охранно-пожарной сигнализации и видеонаблюдения. Сейчас для этого применяются несколько платформ.
📍 Обеспечить независимость и стабильность вычислительных процессов с помощью средств виртуализации.
📍 Сократить объем и стоимость необходимого оборудования подсистем не менее чем в 2 раза (при тиражировании).

В 2020 году оборудование единой серверной платформы прошло испытания. «Бенжереп-2» стала первой подстанцией России, где начался этап внедрения результатов данной НИОКР.

Цифровой двойник. Концепция

- Она непосредственно опирается на понятие цифровой модели. Цифровая модель, по сути, компьютерная программа, способная с определенной точностью рассчитывать характеристики поведения реального объекта в различных условиях внешней среды – как наблюдаемых, так и гипотетических. Достоинство цифровой модели состоит в том, что она позволяет ставить над объектом/системой виртуальные эксперименты, что особенно важно в ситуациях, когда реальный эксперимент неприемлемо дорог, невозможен или даже опасен. Это в полной мере относится к исследованиям пространственно распределенных, структурно и организационно сложных системам энергетики.

Цифровой двойник относительно цифровой модели является более ёмким информационным инструментом, поскольку включает в себя одну или несколько взаимосвязанных цифровых моделей, а также наборы данных, необходимых для их работы, часто получаемых в режиме времени, близком к реальному, непосредственно с реального объекта энергетики.

Еще более общим является понятие «цифрового образа», который, помимо моделей и данных объекта техники/системы, включает в себя поведенческие и когнитивные модели связанной с ним человеческой деятельности (например, операторов оборудования, административного персонала). Цифровые образы – основа для создания систем поддержки принятия решений нового поколения.

Применительно к энергетике Цифровой двойник – это реальное отображение всех компонентов объекта/системы в жизненном цикле с использованием физических данных, виртуальных данных и данных взаимодействия между ними, то есть ЦД создает виртуальный прототип реального объекта/системы, с помощью которого можно проводить эксперименты и проверять гипотезы, прогнозировать поведение объекта/системы и решать задачи управления его жизненным циклом.

Валерий Алексеевич Стенников, директор Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН, член-корреспондент РАН
https://yangx.top/globalenergyprize/966

К посту выше 👆

Структурная схема цифрового двойника

По итогам 2021 цена газа на Henry Hub вырастет почти на 60%

С начала июля фьючерс на природный газ с привязкой к Henry Hub, ключевому хабу Северной Америки, ни разу не опускался ниже отметки $3,5 за миллион британских тепловых единиц (БТЕ), следует из данных Чикагской товарной биржи. Это самый высокий ценовой уровень с декабря 2018 года, не считая короткого февральского скачка из-за холодов в Техасе.

Цены на Henry Hub растут и в споте: по итогам 2021 года их средний двенадцатимесячный уровень ($3,22 за миллион БТЕ) превысит значения 2020 года почти на 60% ($2,03 за миллион БТЕ) – таков прогноз Управление энергетической информации Минэнерго США (EIA).

📈Росту цен содействует посткризисное восстановление газового спроса: по итогам 2021 года, по прогнозу EIA, потребление газа в американской промышленности увеличится на 1,2%, а в жилищном и коммерческом секторах – на 5,1% и 7,3% соответственно.

🛢Тот же эффект возымело и отставание от прошлогоднего графика заполнения подземных хранилищ (ПХГ): к концу июня в американских ПХГ находилось 2,56 трлн куб. футов газа – на 17% меньше, чем год назад, и на 5%, чем в среднем за 2016-2020 гг.

💵Наконец, сказывается и рост экспорта: по итогам 2021 года суммарный экспорт трубопроводного и сжиженного природного газа увеличится на 27%, до 18,3 млрд куб. футов в сутки, следует из прогноза EIA.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/08/po-itogam-2021-goda-srednyaya-cena-gaza-na-henry-hub-vyrastet-pochti-na-60/

ЕС - налог на углеродное авиатопливо

Евросоюз может ввести новый сбор - на углеродное авиатопливо для регулярных пассажирских перевозок. По мнению властей, действующая политика, не предполагающая такого налога, не соответствует нынешней климатической ситуации и намерениям сократить вредные выбросы. Налогом не будут облагаться авиакомпании, использующие экологически чистое топливо, в том числе водород и биотопливо.

По данным Reuters, ЕК может 14 июля предложить ввести такой налог для авиакомпаний в пределах ЕС. Действовать он начнет с 2023 года, постепенно повышаясь до 2033 года. Между тем, эксперты предупреждают, что подобный налог может привести к росту стоимости билетов. Более экологичное топливо стоит значительно дороже, чем традиционный авиакеросин, поэтому сейчас на него приходится лишь около 1% потребления авиатоплива в регионе.

https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/08/es-mozhet-vvesti-nalog-na-uglerodnoe-aviatoplivo/

Аммиак – симбиоз с водородом

- Производство большого количества обезуглероженного водорода даёт возможность заняться другими производственными процессами, сопровождающимися обильным выделением двуокиси углерода, которые могут использовать «голубой водород» непосредственно как химическое сырье (а не топливо для сжигания).

Отличным примером является аммиак, который обычно производится с использованием процесса Габера–Боша. В этом процессе водород соединяется с азотом (полученным из окружающего воздуха) при высокой температуре и под высоким давлением с участием железного катализатора, в результате чего получается аммиак. Сам по себе аммиак является сырьём для различных производственных процессов, включая производство удобрений, газообразных холодильных агентов, очистку воды, производство пластмасс, взрывчатых веществ, тканей, пестицидов, красителей и других химических веществ.

В настоящее время основным потребителем аммиака является производство удобрений для сельского хозяйства. Непосредственное объединение производства удобрений с сетями улавливания диоксида углерода позволяет снизить выбросы СО2 на 77,5% без ухудшения или изменения качества конечного продукта. В сельском хозяйстве, помимо выбросов двуокиси углерода, серьёзную проблему представляют выбросы парниковых газов; таким образом, при распространении энергосбережения по всей цепочке снабжения в показателях выброса парниковых газов на тонну продукции за весь жизненный цикл, выбросы от производства риса и пшеницы могут быть сокращены, соответственно, на 4,6–7,3% и 16,0–17,3%.

Эндрю Смоллбоун, директор Информационной сети по декарбонизации теплоснабжения и охлаждения, Служба охраны окружающей среды Комиссии по регулированию, Даремский университет

Слова классика

- Очень важно, чтобы люди разговаривали. Однако, когда вы становитесь старше, делать это становится всё труднее, потому что многие ваши коллеги и друзья уходят. Это часть жизни, и вы не можете уйти от неё. Но это заставляет вас понять, какой большой ценностью была возможность обращаться за советом к своим друзьям и коллегам, пока они еще были живы. Так что успейте говорить с ними, пока еще есть время.

Джеффри Хьюитт
https://globalenergyprize.org/ru/2019/12/01/dzheffri-hjuitt-velikobritaniya/

Продолжение темы: ЦД в энергетике

В отрасли наибольшее распространение получили три определяющих типа цифровых двойников:

1️⃣Двойник-прототип (Digital Twin Prototype, DTP). Это виртуальный аналог реально существую щего объекта/системы. Он содержит информацию, которая описывает определённый объект и систему в целом на всех стадиях – начиная от требований, предъявляемых к производству и технологическим процессам при эксплуатации, заканчивая требованиями к утилизации элемента.

2️⃣Двойник-экземпляр (Digital Twin Instance, DTI). Содержит в себе информацию по описанию элемента (оборудования), то есть данные о материалах, комплектующих, информацию от системы мониторинга оборудования.

3️⃣Агрегированный двойник (Digital Twin Aggregate, DTA). Объединяет прототип и экземпляр, то есть собирает всю доступную информацию об оборудовании, объекте или системе.

https://yangx.top/globalenergyprize/973

Аммиак в ДВС

Ещё одной возможностью применения аммиака является использование его в качестве транспортного топлива, или, в более широком смысле, как энергоносителя для водорода. Аммиак переносит водород, связанный с азотом, и, как углеводород, может храниться и транспортироваться в жидкой форме. Его энергоемкость выше, чем у ионнолитиевых батарей и даже у сжатого водорода.

Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания, даже в дизельном, аммиак сгорает без образования двуокиси углерода, вследствие чего он представляет интерес для секторов транспорта, которому требуется большая мощность и способность покрывать большие расстояния, таких как морской и грузовой транспорт. С помощью интеграции производства аммиака в кластер по извлечению диоксида углерода можно снизить его выбросы двуокиси углерода из аммиака, извлечённого из природного газа, на 68,4%.
https://yangx.top/globalenergyprize/977

💰Как ЕС будет взимать углеродный сбор?

14 июля Евросоюз разъяснит порядок действия трансграничного углеродного корректирующего механизма (Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM). Упрощённо говоря - углеродного сбора, который будут уплачивать поставщики сырья и промышленной продукции из стран, не входящих в состав ЕС.

Документы, проясняющие механизмы углеродного налогообложения, будут представлены Еврокомиссией в ближайшую среду. Однако издание Euractiv уже опубликовало их черновой вариант, позволяющий сделать первые выводы о том, как будет взиматься углеродный сбор.

📌 Механизм CBAM пока что не затронет ключевые статьи российского сырьевого экспорта – нефть, газ, уголь, нефтехимию и нефтепродукты. Его действие будет распространено лишь на производителей стали, алюминия, удобрений, электроэнергии и цемента. Правда, Еврокомиссия оставила за собой право расширить этот список в дальнейшем. «Постепенно все отрасли производства и все промышленные предприятия будут вовлечены в процессы декарбонизации», – полагает Анатолий Золотухин, руководитель Института арктических нефтегазовых технологий РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. По его мнению, «важно будет соблюсти принцип справедливости, при котором углеродный сбор будет пропорционален энергоемкости производства».

📌 Фактически являясь продолжением Европейской системы торговли углеродными единицами (EU ETS), механизм CBAM не будет распространен на те страны, которые являются ее участниками, но не входят в состав ЕС – Исландию, Лихтенштейн, Норвегию и Швейцарию. Открытым остаётся статус Великобритании: учитывая выход из состава ЕС, пока не ясно, будет ли ее собственная система торговли углеродными единицами интегрирована с EU ETS. «Механизм CBAM призван не только стимулировать страны-производителей модифицировать производство путем снижения углеродоёмкости своей продукции, но и не допустить потери конкурентоспособности европейских производителей из-за широкомасштабного климатического регулирования в ЕС и его отсутствия за рубежом», – констатирует Анатолий Золотухин.

📌 В ЕС будет создан регулятор, который станет сертифицировать поставщиков «углеродоёмкой» продукции: ежегодно к 31 мая производители будут предоставлять ему данные об объеме поставок стали, алюминия, удобрений, электроэнергии и цемента в ЕС за предшествующий год и количестве сопряженных с этим выбросов CO2.

📌 На каждую тонну выбросов CO2 компания-поставщик должна будет приобрести сертификат CBAM, стоимость которого будет привязана к цене углерода на бирже EU ETS – с июля 2020 года по июль 2021-го она выросла вдвое, c $28 до $57 за тонну.

📌 Компаниям, которые будут предоставлять недостоверные данные по выбросам CO2, будет грозить штраф, пропорциональный трехкратной закупке необходимого количества сертификатов.

📌 Черновая конфигурация CBAM не предполагает каких-либо льгот для развивающихся стран – это грозит для них потерей конкурентоспособности, заключает Анатолий Золотухин.

В 2019 году, по подсчётам лондонского Центра европейских реформ, на долю России приходилось чуть более $8 млрд. европейского импорта стали, алюминия, удобрений, цемента и электроэнергии, тогда как на долю Турции – чуть более $5 млрд., а на долю Китая – менее $4 млрд.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/09/kak-es-budet-vzimat-uglerodnyj-sbor/

Youtube-канал «Глобальной энергии»
Компетентно и увлекательно о важнейшей отрасли. Энергопереход, улавливание СО2, цифровые двойники, плавучие солнечные электростанции и проч.
Подписывайтесь и узнавайте о передовых научных разработках и прорывных решениях!
https://www.youtube.com/channel/UC2kDRR8faOi7eELLnLEEjTg

Плавучие солнечные станции

- По данным Международного энергетического агентства, в 2020 году на фоне роста спроса на 90% на возобновляемую электроэнергию во всем мире были высокими уровни развёртывания солнечных фотоэлектрических систем. Фотоэлектрические (ФЭ) системы могут напрямую преобразовывать солнечный свет в электричество. С точки зрения фотоэлектрического преобразования энергии на выработку электроэнергии ФЭ системами влияют, четыре основных фактора:

1️⃣Источник энергии, солнечный свет,
2️⃣Преобразователь, который представляет собой фотоэлектрический элемент,
3️⃣Продолжительность времени, в течение которого может работать фотоэлектрический модуль,
4️⃣Площадь поверхности, используемой для применения или интегрирования фотоэлектрической технологии.

Солнечный свет — это данность, которую мы не можем контролировать. При этом необходимо учитывать, что КПД фотоэлектрического преобразователя приближается к максимальному теоретическому КПД. И именно поэтому исследователи теперь прилагают больше усилий для изучения подходов к увеличению времени использования фотоэлектрических модулей (фактор — время), а также изучают возможности добавления ФЭ модулей на любую возможную поверхность или их интеграции на ней (фактор — площадь).

Однако из-за низкого КПД ФЭ модулей они занимают значительную площадь, которую можно было бы использовать для других жизненно важных нужд человека, таких как обеспечение продовольствием и строительство жилья. Население мира растёт, и также растёт спрос на продукты питания, жилье и возобновляемую энергию. Поэтому сельское хозяйство и энергетика могут конкурировать или уже конкурируют между собой за право использовать землю.

Это неизбежно привлекает внимание к другой широко доступной поверхности — воде. Простое размещение (или даже погружение) ФЭ системы любого типа на таких водоёмах, как озера, водохранилища, плотины гидроэлектростанций, промышленные и ирригационные пруды, а также прибрежные лагуны, позволяет получать плавучие ФЭ системы (ПФЭ).

Хесан Зиар, доцент, Технический университет Делфта

Из второго ежегодного доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

Индия ставит на газ

К 2030 году страна собирается увеличить его долю в энергобалансе с 7% до 15%. Недавно назначенный министр нефти Индии Хардип Сингх Пури отнёс к числу своих приоритетов наращивание добычи нефти и газа, а также увеличение доли последнего в энергобалансе до указанного процента. «По мере перехода к экономике объёмом в $5 трлн. доступность и потребление энергии будут иметь первостепенное значение», – подчеркнул Пури.

На долю природного газа, по данным BP, в прошлом году приходилось 7% энергобаланса страны, тогда как на долю угля – 55% (при доле нефти и всех прочих источников энергии – в 28% и 10% соответственно).

За 2015-2020 гг. Индия увеличила закупки сжиженного природного газа (СПГ) почти вдвое (с 14,6 млн. до 26,6 млн. т, закрепив за собой статус четвёртого по величине импортера после Японии, Китая и Южной Кореи. Одним из драйверов стал рост выработки электроэнергии из газа - на 9% за тот же период, по данным BP. Правда, собственная добыча газа за эти пять лет снизилась у Индии на 16% (до 23,8 млрд. куб. м).

https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/12/k-2030-godu-indiya-sobiraetsya-uvelichit-dolju-gaza-v-energobalanse-s-7-do-15/

В России появятся сертификаты чистой энергии

Система их обращения может быть запущена в следующем году, рассчитывает Минэнерго РФ. На начальном этапе она позволит сертифицировать выработку минимум 80 млрд. кВт ч электроэнергии, а к концу 2023 года – 160 млрд. кВт ч в год.

Как говорится в презентации министерства, через два года система должна получить подтверждение соответствия международным стандартам. В 2024 году РФ сможет выдавать сертификаты на весь объем электроэнергии, потребляемой российскими экспортёрами.

Сертификат чистой энергии будет выдаваться за каждый мегаватт-час, произведенный с использованием атомной или возобновляемых источников энергии. Таким образом, документ будет подтверждать, что станция произвела определенный объём экологичной электроэнергии. Однако владельцы генерации не будут обязаны приобретать этот сертификат. На солнечные, ветростанции, ГЭС и АЭС в России приходится более 35% вырабатываемой электроэнергии.

Стоимость сертификата может составить 15 руб. за 1 МВт ч. а финансировать программу планируется за счёт займов, членских взносов организаций НП «Совет рынка» и платы компаний за пользование площадкой.

https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/12/v-rossii-poyavyatsya-sertifikaty-chistoj-energii/

Производство водорода с помощью различных видов первичного сырья, связанное с улавливанием диоксида углерода

Сейчас водород обычно выпускается в промышленных масштабах посредством риформинга природного газа. В рамках этого процесса диоксид углерода производится в больших концентрациях и может быть сконцентрирован ещё больше, чтобы напрямую подаваться в более широкую сеть улавливания углерода.

К тому же,расширение этого процесса и включение в него этапа газификации открывает возможность использования других видов сырья для производства электроэнергии, включая уголь и биотопливо, и представляет другие возможности в плане сокращения объёма выброса двуокиси углерода, повышения экологичности, роста производства и обеспечения энергобезопасности.

При этом необходимо отметить, что «голубой водород», производимый с помощью риформинга, может снизить общий объём выбросов диоксида углерода только примерно на 90%.

Цифровые двойники. Что стимулирует внедрение?

Основные факторы, представляющие интерес и стимулирующие развитие и успешное применение ЦД, достаточно весомы и имеют хорошие перспективы:

👉 Цифровой двойник (ЦД) - одна из важнейших технологий, на которые опираются проекты по цифровой трансформации и интеллектуализации систем, они повышают их конкурентные преимущества и расширяют функциональные возможности.

👉 Сложность создаваемых инженерных объектов требует перехода к новой парадигме проектирования, направленной на интеграцию различных групп разработчиков и поставщиков в комплексных цепочках реализации проекта.

👉 ЦД позволяют снизить расходы в результате смещения «центра тяжести» по отработке процесса создания и функционирования систем на стадию их разработки и осуществления предикативного обслуживания.

👉 ЦД снижает расходы на всех этапах жизненного цикла изделия при осуществлении задач эксплуатации, поддержки, мониторинга, модернизации и утилизации.

👉 Успешность применения ЦД для наиболее полного проявления функциональных возможностей систем, продления срока службы оборудования, снижения расходов на ремонт, оптимизации ремонта в труднодоступных местах.

👉 Развитие смежных и сопутствующих цифровых технологий, в частности промышленного интернета вещей, облачных технологий, приложений виртуальной и дополненной реальности, технологий аддитивного производства.

👉 Развитие ЦД как части стратегии цифровизации, повышения уровня надёжности и безопасности эксплуатации энергообъектов и систем.
https://yangx.top/globalenergyprize/979

В Европе запустили крупнейший электролизёр

Англо-голландская Shell запустила этот объект, позволяющий производить «зелёный» водород. Электролизёр начал работать в энергетическом и химическом парке Rheinland в Германии.

Проект реализует консорциум Refhyne при финансовой поддержке Европейской комиссии. Мощность производства составляет 10 мегаватт (МВт), он может производить до 1300 тонн зеленого водорода в год. Компания планирует увеличить мощности электролизёра до 100 МВт.

Получаемый с его помощью водород будет использоваться в производстве топлива с более низкой углеродоёмкостью, а затем — направляться в другие отрасли промышленности. В консорциум по проекту помимо Shell входят ITM Power, SINTEF, консультанты Sphera и Element Energy. Детали для электролизёра, как и он сам, были произведены в европейских странах.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/13/v-evrope-zapustili-krupnejshij-elektrolizer/

🎞Зинфер Исмагилов – о чистых угольных технологиях. Новое видео на нашем Youtube-канале!

«Глобальная энергия» начинает обратный отчёт к церемонии объявления лауреатов одноимённой премии-2021 в Казани и запускает серию интервью с учёными, вошедшими в шорт-лист.

Академик РАН Зинфер Исмагилов рассказал президенту ассоциации о чистых технологиях в области добычи и переработки угля и перспективах угольной отрасли в целом.
https://www.youtube.com/watch?v=f-7daMyYIFw

Плавучие солнечные станции. Потенциал и стоимость

Потенциал
- Можно легко предположить, что плавучие ФЭ системы обладают огромным потенциалом, просто зная, что 71% поверхности Земли покрыто водой. Однако современные технологии плавучих ФЭ систем недостаточно совершенны и не обеспечивают применение данных систем в суровых морских условиях, а если даже и позволяют это, то требуют огромных дополнительных затрат. Однако, если только 10% искусственных водоемов (запруд и искусственных водохранилищ), покрыть плавучими ФЭ электростанциями, то глобальный потенциал ПФЭ составит 4 ТВт (пик).

Стоимость
- Основное различие между затратами на установку плавучей ФЭ системы и наземной ФЭ системы заключается в наличии плавучей конструкции, системы швартовки и якорной системы, а также в прокладке кабелей. Примеры реализации по всему миру проектов с мощностю не менее 1 МВт (пик) показывают, что капитальные затраты на ПФЭ составляют от 0,8 до 1,2 $/Вт (пик), что примерно на 18% больше, чем для обычных наземных ФЭ систем. Однако, эти дополнительные затраты компенсируются тем, что системы ПФЭ вырабатывают больше энергии из-за более низкой рабочей температуры и более благоприятного свободного горизонта для модулей. Имеющиеся к настоящему времени данные об увеличении производительности систем ПФЭ различаются. При этом система ПФЭв более теплом климате даёт более высокий прирост производительности (~10%), в то время как в более холодных регионах прирост падает (~5%). В целом, в зависимости от региона установки,это приводит к повышению полной приведённой стоимости электроэнергии (LCOE) для плавучих ФЭ электростанций соответственно на 3-4% и 8-9% по сравнению с наземными ФЭ электростанциями.

Хесан Зиар, доцент, Технический университет Делфта
https://yangx.top/globalenergyprize/983