Водород как аккумулятор энергии имеет то преимущество, что обладает высокими энергетическими характеристиками, удобен для транспортировки. Кроме того, запасы водорода в виде воды на Земле практически неограниченны; он характеризуется высоким значением теплоты сгорания, может применяться для получения теплоты, электрической энергии и т.д.; водород — экологически чистое топливо.
Традиционные электролизные системы для производства водорода характеризуются энергопотреблением в среднем 4,8 кВт-ч/м3 при нормальных условиях, что значительно выше теоретических минимальных затрат, а именно 3 кВт-ч/м3 водорода при нормальных условиях.
Для сохранения и транспортировки сжатого газообразного водорода могут применяться баллоны и ресиверы. Кроме того, он может сохраняться в виде гидратов металлов и в жидком виде.
В табл. 6.10 приведены энергетические характеристики водорода при разных формах хранения [24].
Таблица 6.10. Энергетические характеристики водорода
Отношение массы емкости для хранения к массе хранимого водорода: в стальных баллонах (20 МПа) — 124/70; жидкого водорода — 3,3/2; в виде гидратов — 3,1/15.
Водород в газообразном виде хранится в баллонах, жидкий водород — в сосудах Дьюара.
Водород как источник тепловой энергии может использоваться в различных областях. Разработаны технические проекты на ряд систем аккумулирования установочной мощности в пределах от 24 до 410 кВт. Системы аккумулирования могут быть объединены с энергосистемами, использующими возобновляемые источники энергии.
В процессе электролиза основными продуктами являются водород и кислород. Поэтому целесообразно использовать для нужд потребителей и кислород. Эффективным может быть решение использования водородно-кислородных элементов для получения электрической энергии. Топливные элементы представляют собой химические источники тока. Они обладают большой удельной мощностью и высоким значением КПД. Водород и кислород к топливным элементам подаются от газгольдеров в соотношении 2:1. Для получения 1 кВт электроэнергии с помощью этих элементов необходимо 0,371 м3 (33,12 часть) водорода и 0,186 м3 (133,03 часть) кислорода. КПД элемента равен 0,8. При окислении 1 м3 водорода освобождается 3,37 кВт-ч энергии.
Одним из эффективных средств аккумулирования энергии является совмещение в одной установке принципов электролиза и аккумулирования водорода. По данным Л.И. Антропова, Д.А. Ткаленка, С.А. Кудри и др. (А. с. № 433896, 1975 г. и А. с. 499768, 1975 г.), на основе электролиза расплава гидроксидов щелочных металлов дальнейшее взаимодействие щелочных металлов с водой обеспечивает производство водорода и тепловой энергии.
Аккумулирование энергии в электролизере-аккумуляторе происходит вследствие накопления металлического сплава K-Na за счет электролиза расплавленной эвтектики (смесь гидроксидов калия и натрия). При этом на катоде образуются металлические К и Na, которые всплывают на поверхность в виде сплава K-Na. На аноде выделяются кислород и вода. КПД установки колеблется в пределах 0,5...О,8.
Если надо получить водород и тепловую энергию, в катодное пространство подается вода независимо от того, в каком агрегатном состоянии находится электролит. При этом протекает реакция с образованием водорода, выделяется тепловая энергия и регенерируется электролит.
Подобный термоэлектрический аккумулятор имеет высокие энергетические показатели и может быть использован для накопления энергии и получения водорода.
