Специалисты ООО «НПО «Центротех» (предприятие Топливной компании Росатома «ТВЭЛ» в г. Новоуральск Свердловской области) изготовили опытный образец электролизной установки производительностью 50 Нм3/ч (нормальных кубических метров водорода в час) с использованием уникальной отечественной технологии и успешно завершили первый этап испытаний установки.
Наряду с линейкой электролизных установок производительностью от 5 до 40 Нм3/ч (о завершении разработки которой и изготовлении опытного образца электролизной установки производительностью 5 Нм3/ч официально сообщалось в феврале 2022 года), инновационная разработка выполнена по заказу АО «Концерн Росэнергоатом» в рамках масштабного инвестиционного проекта по созданию отечественных технологий для крупномасштабного производства и потребления водорода и стала следующим шагом в развитии модельного ряда отечественных электролизных установок на основе отраслевых технологических решений.
Опытный образец электролизной установки производительностью 50 Нм3/ч (как и линейка установок меньшей производительности) изготовлен с использованием разработанной новоуральскими специалистами уникальной импортонезависимой и экологичной технологии электролиза воды на анионопроводящей матрице. Изготовленная из обработанного специальным образом неорганического и не содержащего фтор материала с внедренными в процессе изготовления катионами калия (обеспечивающими анионную проводимость), анионопроводящая матрица имеет малое удельное электрическое сопротивление, низкий уровень деградации анионной проводимости в процессе эксплуатации, высокую коррозионную стойкость и механическую прочность, обеспечивая перепад давлений между сухими кислородной и водородной полостями до 1 атм.
Использование анионопроводящей матрицы и реализованные специалистами НПО «Центротех» инженерно-конструкторские и технологические решения (модульность при использовании электролизных батарей с ячейками большой площади, динамическая подача воды на электролиз в виде пара с использованием увлажнителя и компрессора сухого сжатия собственной разработки и другие) позволяют обеспечить компактность всей установки, низкое удельное энергопотребление электролизной батареи (не более 4 кВт∙ч на один нормальный кубический метр производимого водорода), высокие динамические характеристики (что особенно важно для сопряжения установки с возобновляемыми источниками энергии) и безопасную эксплуатацию электролизной установки от нулевого уровня (состояние «горячего резерва», позволяющего сократить время выхода на номинальную мощность) до 115 % номинальной производительности и требуемую чистоту товарного водорода (99,9 % без учета паров воды на выходе из электролизной батареи, конструкцией предусмотрена возможность использования дополнительной системы осушки и очистки водорода для получения товарного продукта сверхвысокой чистоты).
В результате созданная электролизная установка сочетает в себе конкурентные преимущества двух наиболее распространенных в настоящий момент промышленных технологий электролиза воды (щелочной проточной и технологии электролиза на основе протонообменной мембраны), при этом лишена свойственных данным системам отдельных недостатков. Например, созданные новоуральскими специалистами электролизные батареи на основе анионообменной матрице примерно в 9-10 раз меньше, чем проточные щелочные батареи аналогичной производительности, а требования к степени очистки воды для электролиза существенно ниже, чем при использовании электролизных установок на основе протонообменной мембраны.
При этом, учитывая текущие консервативные значения плотности тока на электролизной батарее, по мнению привлеченных АО «Концерн Росэнергоатом» к экспертизе результатов инновационной разработки ведущих отечественных специалистов в области электрохимических технологий, изготовленные НПО «Центротех» электролизные элементы на основе анионообменной матрицы имеют существенный потенциал для наращивания удельной производительности (что позволит в дальнейшем создавать в имеющихся компоновочных решениях установки большей производительности).
«Особенность нового электролизера в том, что он выполнен в контейнерном исполнении, то есть может использоваться автономно вне прозводственного помещения. Кроме того, для изготовления концевых фланцев электролизных батарей впервые использовалась 3D-печать (в составе НПО «Центротех» - один из Центров аддитивных технологий Росатома). Это позволило нам существенно снизить массу и кратно сократить трудоемкость и сроки изготовления фланцев», − отметил главный конструктор электролизеров НПО «Центротех» Константин Большаков.
оборудования. Предприятия Новоуральской площадки Топливного дивизиона Росатома имеют все технологические компетенции и необходимый опыт для освоения полного цикла производства оборудования от электролизных элементов до комплектных установок в блочно-модульном и контейнерном исполнении. Этот проект входит в Единую дорожную карту, утвержденную Межведомственной рабочей группой по развитию водородной энергетики в Российской Федерации и должен быть завершен к концу 2026 года», − отметил директор Департамента развития и поддержки деятельности новых бизнесов АО «ТВЭЛ» Александр Штарев.
Применение разработанных по заказу АО «Концерн Росэнергоатом» электролизных установок (как в блочно-модульном исполнении для размещения в специально подготовленном помещения, так и в контейнерном варианте для изолированной работы на промышленных площадках) уже предусмотрено при реализации пилотных проектов по созданию в России инфраструктуры водородной энергетики – предполагается, что первые опытные и опытно-промышленные установки производства НПО «Центротех» будут использованы при создании Центра водородного инжиниринга с опытным полигоном на о. Сахалин, стендового испытательного комплекса по производству водорода на Кольской АЭС, водородного заправочного комплекса для обеспечения поездов на водородных топливных элементах на о. Сахалин и в других пилотных проектах.
Для справки:
Водородная энергетика – одно из приоритетных направлений научно-технологического развития Госкорпорации «Росатом».
Госкорпорация «Росатом», один из технологических лидеров мировой экономики, поддерживает глобальную экологическую повестку перехода на низкоуглеродные технологии и реализует стратегическую программу по развитию водородной энергетики в России, которая включает развитие собственных технологических компетенций на всей цепочке поставок водорода, начиная от перспективных методов его производства, таких как электролиз, и заканчивая хранением и транспортировкой до локальных и зарубежных потребителей. Крупнейшие предприятия Росатома сегодня разрабатывают эффективные и конкурентоспособные на международном уровне решения в этой области, в том числе новые передовые электролизные системы.
Перед российской промышленностью стоит цель в кратчайшие сроки обеспечить технологический суверенитет и переход на новейшие технологии. Государство и крупные отечественные компании направляют ресурсы на ускоренное развитие отечественной исследовательской, инфраструктурной, научно-технологической базы. Внедрение инноваций и нового высокотехнологичного оборудования позволяет Росатому и его предприятиям занимать новые ниши на рынке, повышая конкурентоспособность атомной отрасли и всей российской промышленности в целом.
Инновационные технологии Росатома основаны на передовых достижениях российской атомной науки и в полной мере отвечают актуальной ESG-повестке. Достигнутые результаты – это труд тысяч высококвалифицированных профессионалов, которые работают в интересах экономической стабильности России. Четкое взаимодействие промышленных предприятий с научно-исследовательскими институтами помогает укреплять технологический суверенитет страны, повышать конкурентоспособность отечественной атомной отрасли.
