Цілі проекту

Очікується, що водень, зокрема, буде відігравати все більшу роль в енергетичному балансі в найближчі десятиліття в міру впровадження заходів з пом'якшення наслідків зміни клімату. Чеська Республіка готується до виробництва суміші водню з природним газом, і сьогоднішня газотранспортна система може обробляти до п'яти відсотків суміші водню з природним газом після заміни певного вимірювального обладнання. Оператори газотранспортної системи повинні бути здатні приймати до двох відсотків суміші водню з природним газом на прикордонних пунктах передачі вже цього року.

Оскільки підземні сховища газу були спроектовані і побудовані в першу чергу для зберігання природного газу з незначним вмістом водню або взагалі без нього, необхідно проаналізувати кілька технічних проблем, які може створити суміш природного газу і водню в технології. Однією з них є стійкість існуючих матеріалів до тривалого контакту з воднем або водневими сумішами.

Компанія MND Energy Storage, a. s. (MND ES) вступила в проект з випробування матеріалів у 2022 році. Крім MND, в проекті також бере участь RWE Gas Storage (RWE GS), а наукову частину забезпечують Інститут теоретичної і прикладної механіки Академії наук Чеської Республіки (Institute of Theoretical and Applied Mechanics of the Academy of Sciences of the Czech Republic) і Університет хімічної технології в Празі (VŠCHT). Загальний бюджет проекту становить 3,5 млн. чеських крон, і він повинен бути завершений в кінці цього року. Не виключено, що для усунення негативного впливу водню на сталеві матеріали не знадобляться інші проекти подібного типу.

Хід реалізації проекту

Перш ніж приступити до реалізації цього проекту, необхідно було провести інвентаризацію всіх трубних матеріалів, апаратури та фітингів зондів із зазначенням типу сталі відповідно до дозволів на матеріали, тобто всіх сталевих компонентів технології накопичувального резервуара, які в майбутньому можуть контактувати з воднем. Інвентаризація матеріалів тривала з перервами близько року.

Завдання для VŠCHT було розділене на чотири частини

1. провести детальний огляд літератури про водень, зібрати інформацію про матеріали газгольдерів і провести початкові лабораторні експерименти.
2. проаналізувати розчини, які можуть контактувати зі сталевими поверхнями, виміряти властивості проникнення водню і вплив водню на механічні властивості обраних марок сталі. Основна мета цієї частини полягала в отриманні інформації, необхідної для проектування довготривалих експозицій в партнерській установі Інституту технічних і наукових досліджень CAS щодо вибору матеріалу та умов.
3. Систематично оцінити вибрані ключові параметри проникнення водню в сталь, такі як вплив часу і температури на проникнення водню в модельну шахтну воду.
4. Підготувати остаточні звіти про різні етапи дослідження.

Після цього перед ISTAM CAS були поставлені завдання, які були розділені на п'ять частин:

1. проектування автоклавів для довготривалої експозиції, пристосувань для завантаження і процедур.
2. експериментальні дослідження механічних і руйнівно-механічних властивостей обраних сталевих матеріалів
3. проведення довготривалих витримок в автоклавах (півроку, рік)
4. експериментальні дослідження механічних та руйнівно-механічних властивостей обраних сталевих матеріалів, що використовуються в газосховищній техніці
5. порівняння результатів і підготовка фінальних звітів

На основі оцінки наших сталей та їх характеристик, з визначенням найбільш сприйнятливого типу сталі до проникнення водню в сталеву конструкцію, проведеної Науково-технічним університетом, ми надали мартенситний тип сталі з позначенням 12022.1. Ця сталь використовується в нашому резервуарі для зберігання газу загальною довжиною 430 метрів. Сталь використовувалася для лабораторних випробувань з метою визначення проникнення водню в сталь під час занурення в шахтну воду з технології Uhřice ZP. Шахтна вода відбиралася з зондів Uh 74, 75 і вхідного сепаратора V 120. Результати VCHT показали, що наша шахтна вода збільшила надходження водню в сталь, і рекомендували використовувати цю рідину також в автоклаві для тривалої витримки в Інституті технічних наук.

Експериментальні випробування включали: а) статичні випробування на розтяг, б) випробування на ударну в'язкість, в) випробування на кінетику росту втомних тріщин і г) випробування на в'язкість руйнування. Для витримки було обрано вологе середовище (використовувалася вищезгадана шахтна вода), тиск водню - 50 бар, тривалість витримки - один рік. Ми плануємо витягти наші зразки з автоклава в липні цього року.

Результати проекту

Тепер ми знаємо результати експериментальних досліджень механічних і руйнівно-механічних властивостей трьох обраних сталевих матеріалів, наданих компанією RWE GS. Контрольні випробування проводилися на повітрі, а результати порівнювалися з результатами зразків, що піддавалися тривалому впливу (півроку) стисненого водню, в той час як випробувальні зразки занурювалися в шахтну воду, що постачалася компанією RWE GS. Результати були задовільними, і було зроблено висновок, що водень не мав значного впливу на ці сталі навіть через півроку і не відбулося погіршення їхніх властивостей. Ті ж самі зразки сталі були випробувані в іншому автоклаві (експозиція один рік) і були вилучені в квітні цього року. Наразі тривають експериментальні випробування, результати яких будуть представлені найближчим часом.

для зберігання енергії

Едуард Матула та Павел Марек