Самостоятелна учебна демонстрация на Теодор Димов. Това е неофициален ресурс. Използването му в обучения на H2START е предложение за обсъждане.

Водородът стъпка по стъпка: отворена учебна идея за H2START

Предлагам да направя безплатни, отворени учебни инструменти за H2START, водородния център на Тракийския университет в Стара Загора, без събиране на лични данни: интерактивна водородна верига, модел на учебен стенд и упражнение за час.

Автор: Teodor Dimov. Нищо на тази страница не е договорено с H2START или Тракийския университет, нито одобрено от тях.

Светлината намалява. Какво се променя първо? Към упражнението

Проследи веригата

За около 10 минути можете да: проследите водорода от производството до употребата (2 мин) · балансирате една верига и обясните един компромис (3 мин) · видите какво правят електролизьорът и горивната клетка в модела на стенда (3 мин) · отделите какво приема моделът от онова, което би трябвало да се измери (2 мин).

Етикети за статуса на данните

Всеки блок има един етикет. Етикетите се различават по текст, форма и стил на рамката. В тази версия всичко е „Симулирано“ или „За проверка“.

Симулирано — модел или схема по обявени допускания; не е отчитане от уред.
Наблюдавано — документирано качествено наблюдение (още не се използва).
Измерено — отчитане от уред с количество, единица и условия (още не се използва).
За проверка — твърдение, което чака доказателство.

Виж веригата

Докато свърши полезна работа, водородът минава през няколко етапа: електроенергия, електролизьор, компресия и съхранение, транспорт и накрая горивна клетка или друга употреба. На всеки етап се губи част от енергията. Когато водородът се използва на място, транспортът отпада.

Електролиза: електричеството разделя водата на водород и кислород. Електролизьор е уредът, в който това се случва.

Горивна клетка: използва водород и кислород и дава електричество, вода и топлина.

Електрически консуматор (товар) е частта, която използва електричеството, например вентилатор или лампа.

Симулирано Оригинална схема на верига на място (без транспорт). Не се показват стойности.

Схема, без спазен мащаб. Общи принципи: U.S. DOE, Hydrogen production: electrolysis; Fuel cells. Описват общи принципи и не са доказателство за реален стенд.

Легенда

Две групи: енергийните потоци (светлина, електричество, топлина) са с плътни върхове на стрелките; материалните (вода, H₂, O₂/въздух) са с отворени върхове.

Светлина — енергия, дълги черти
Електричество — енергия, плътна линия
Топлина — енергия, черта-точка
H₂ — материя, точкова линия
Вода, O₂ / въздух — материя, тънка точкова линия

Схемата като стъпки

Светлината достига до фотоволтаичния панел или друг източник на електроенергия.
Източникът превръща част от светлината в електричество; останалото става топлина.
Електричество и вода влизат в електролизьора.
Електролизьорът разделя водата: излизат водород (H₂) и кислород (O₂), както и малко топлина.
Водородът отива в съхранение и чака, докато потрябва.
От съхранението водородът отива в горивната клетка; тя приема и кислород от въздуха.
Горивната клетка дава електричество, а вода и топлина са странични продукти.
Изходящото електричество се използва от консуматор. То не се връща към началото.

Загуби и защо това не е затворен кръг. При всяко преобразуване се губи част от енергията, най-вече като топлина: от светлина в електричество при източника, от електричество във водород в електролизьора, от водород обратно в електричество в горивната клетка. Затова получавате обратно по-малко електричество, отколкото сте вложили. Веригата не се самоподдържа: изходът ѝ не може да захрани собствения ѝ вход, а без светлина (или друг източник) тя спира, щом съхранението се изпразни.

Тази версия е качествена: в схемата и в упражнението няма числа.

Упражнение: Светлината намалява. Какво се променя първо?

Симулирано Първо изберете отговор, после прочетете примерно обяснение, променете едно условие и изберете отново. Няма точки, таймер и един-единствен верен отговор. Всичко тук е качествено.

Упражнението изисква JavaScript. Въпросите: Светлината намалява. Какво се променя първо? После: светлината се връща / съхранението е празно / няма въздух за горивната клетка — какво се променя?

Упражнението е вдъхновено от The Hydrogen Game, разработена в Техническия университет на Дания (DTU) от Перниле Гьоц (Pernille Gøtz) и нейни колеги в рамките на Green Skills for Hydrogen. Самостоятелна опростена адаптация, без връзка или одобрение от авторката. Без снимки. Източници: https://greenskillsforhydrogen.eu/the-hydrogen-game-is-now-online/ · https://greenskillsforhydrogen.eu/trainings/hydrogen-game/ (достъп: 6 ноември 2026 г.).

„Цветовете“ на водорода

Водородът сам по себе си е безцветен. „Цветовете“ са неформални етикети за начина, по който е произведен, а не официални категории. В правото на ЕС се говори за „възобновяем“ и „нисковъглероден“ водород и за RFNBO.

Етикетът не определя емисиите. По-долу са диапазоните, които дава IEA, в kg CO₂-еквивалент на kg водород (емисии през жизнения цикъл до производството по методиката на доклада). Етикетите са подредени по азбучен ред, а не по стойност. Зеленото тук не означава „добро“.

ВЕИ (възобновяеми енергийни източници; EN: RES) означава електроенергия от източници като вятър, слънце, вода или геотермална енергия. IPHE е Международното партньорство за водород и горивни клетки в икономиката; докладът на IEA (2023) използва методика на IPHE, която не брои вградените емисии на съоръженията.

Чети диапазоните в контекст. Цветовете са условни означения за начини на производство. Посочените емисии зависят от входните ресурси и от етапите, включени в изследването. Сравнявай диапазони с еднаква мерна единица и еднакъв обхват.

Бялприроден водород: няма число (IEA 2023)
Жълт (значението варира)електролиза с ток от мрежата: около 24 при средната за света мрежа и около 0,5 при мрежа с много ниски емисии (IEA 2023)
Зеленелектролиза с ВЕИ: 0 по методиката IPHE, използвана в доклада на IEA (2023) (вградените емисии на съоръженията не се броят); това не е универсална нулева стойност за жизнения цикъл (IEA 2023)
Кафяв/черенвъглища без улавяне: 22–26 (IEA 2023)
Розовелектролиза с ядрена енергия: 0,1–0,3 (IEA 2023)
Сивприроден газ без улавяне: 10–14 (IEA 2023)
Синприроден газ с улавяне: 5–8 (около 60 % улавяне) или 0,8–6 (над 90 %; такива инсталации още не работят към 2023 г. (IEA)) (IEA 2023)
Тюркоазенпиролиза на метан: около 2–16 (IEA 2023)

Диапазони, не класации. Източник: IEA (2023), Towards hydrogen definitions based on their emissions intensity, CC BY 4.0, стр. 8–9, 40, 48; Executive summary. Имената на цветовете са неформални етикети. Достъп: 6 ноември 2026 г.

Същите данни като таблица (kg CO₂-екв./kg H₂, IEA 2023)
Етикет	Път	Диапазон	Източник
Бял	природен водород	няма число	—
Жълт (значението варира)	електролиза с ток от мрежата	около 24 (средна световна мрежа); около 0,5 (мрежа с много ниски емисии)	IEA 2023, стр. 40
Зелен	електролиза с ВЕИ	0 по методиката IPHE в IEA (2023); не е универсална нулева стойност за жизнения цикъл	IEA 2023, стр. 8–9
Кафяв/черен	въглища без улавяне	22–26	IEA 2023, стр. 40
Розов	електролиза с ядрена енергия	0,1–0,3	IEA 2023, стр. 40
Сив	природен газ без улавяне	10–14	IEA 2023, стр. 9
Син	природен газ с улавяне	5–8 (около 60 %); 0,8–6 (над 90 %, още не работят към 2023 г. (IEA))	IEA 2023, стр. 9
Тюркоазен	пиролиза на метан	около 2–16	IEA 2023, стр. 48

Съгласно член 29а, параграф 1 от Директива (ЕС) 2018/2001 енергията от възобновяеми горива от небиологичен произход (RFNBO: възобновяеми горива от небиологичен произход — правно понятие в ЕС за горива като водород, произведен с възобновяема електроенергия) може да се отчита към дяловете на възобновяемата енергия на държавите членки и към целите, посочени в тази разпоредба, само ако използването на тези горива води до намаление на емисиите на парникови газове с поне 70%. Делегиран регламент (ЕС) 2023/1185 определя методиката и фосилен сравнител от 94 gCO₂eq/MJ. Това означава 28,2 gCO₂eq/MJ (изведено: 94 × 0,3). [установено; 28,2 е изведено]

Граница на цитата: консолидирана версия от 16.07.2024 г. (CELEX 02018L2001-20240716). EUR-Lex PDF. По-късни изменения и приложението към Делегиран регламент (ЕС) 2023/1185 не са прочетени от първичен източник в този преглед.

Модел на учебен стенд

Симулирано Опростена схема на учебна установка. Стрелките показват последователността на преобразуванията. Показанията от физическа демонстрация се обозначават отделно, заедно с условията на измерване. На тази страница няма параметри на стенд и няма отчитания от уред.

Методика и ограничения

Какво приемаме: стационарни модели, ефективности, зададени от вас, и публикуваните диапазони на IEA.
Какво измерваме: нищо. На тази страница няма измервания.
Измерени стойности се показват само с реални данни; симулирани — само с обявени входни данни и допускания.
В този преглед схемата и упражнението са качествени и не съдържат числа.
Какво показва моделът: как загубите се натрупват по веригата и защо цветовият етикет не е число за емисии.
Твърденията са отбелязани като [установено], [вероятно] или [спекулативно].
Рискове и ограничения. Работата с водород и съхранението му носят реални рискове и ограничения. Тази страница не ги моделира и не дава указания за работа. Ориентир са приложимите стандарти и процедурите на лабораторията.
За киберриска и устойчивостта на водородната инфраструктура вижте /hydrogen-model. Това е отделен проект.

Въпроси

Какво е тази страница и каква е връзката ѝ с H2START?

Самостоятелна образователна идея на SUPERNOVA от Teodor Dimov. Изразяване на интерес, предложено сътрудничество в процес на обсъждане. Не е официална страница на H2START или на Тракийския университет.

Откъде идва енергията?

В тази схема светлината захранва фотоволтаичен източник, който дава електричество. Електролизьорът консумира електричество и вода и произвежда водород и кислород. Горивната клетка консумира водород и кислород от въздуха и подава електричество, вода и топлина към консуматор.

Защо един и същ цвят може да означава различни емисии?

Цветовете са условни означения за начини на производство. Посочените емисии зависят от входовете — например електролиза с ток от мрежа с високи емисии спрямо мрежа с ниски емисии — и от етапите, включени в изследването. Виж диапазона „Жълт“ в таблицата на IEA (2023).

Как електролизьорът използва електричество и вода?

Електричеството разделя водата на водород и кислород. Колко водород се получава, зависи от тока (закон на Фарадей).

Какво прави горивната клетка?

Използва водород и кислород и дава електричество, вода и топлина.

Защо на изхода има по-малко енергия, отколкото е вложена?

Всеки етап губи част от енергията, а загубите се умножават по веригата. Виж упражнението.

Какво описват „цветовете“?

Неформални етикети за начина на производство. Не са официални категории и не измерват емисиите. Емисиите са показани като диапазони по източник.

Има ли 3D изглед?

Не в тази версия. Основният изглед е HTML/SVG схемата. 3D може да се добави по-късно; тук го няма.

Може ли с телефон или клавиатура?

Да. Всичко работи с клавиатура. На телефон схемата преминава към вертикално разположение.

Кой създаде The Hydrogen Game?

Pernille Gøtz (DTU), в проекта Green Skills for Hydrogen. Това упражнение е самостоятелна, опростена адаптация, вдъхновена от играта.

Кое е симулирано, наблюдавано или измерено?

Всичко на страницата е модел. Нищо не е измерване на реално устройство.

Има ли потвърдена работилница?

Не. Всяка такава работилница или сесия е само предложение.

Как да предложа поправка?

Пишете на teodor.dimov.26@trakia-uni.bg.

Речник

Водород (H₂): Газ, който може да пренесе енергия от мястото, където е произведен, до мястото, където се използва.
Верига: Последователността от производството на водород до употребата му, със съхранение или транспорт, когато са нужни.
Електролиза: Електричеството разделя водата на водород и кислород.
Електролизьор: Уредът, в който протича електролизата.
Горивна клетка: Използва водород и кислород, за да произведе електричество, вода и топлина.
Електрически консуматор / товар: Частта, която използва електричеството, например вентилатор.
Съхранение / Транспорт: Пази водорода за по-късна употреба / премества го на друго място.
Мощност: Колко бързо се доставя или използва енергия в даден момент.
Ефективност: Каква част от вложената енергия става полезен изход в разглежданата част на системата.
Емисионен интензитет: Емисии на парникови газове за килограм произведен водород (kg CO₂-екв./kg H₂).
ВЕИ: Възобновяеми енергийни източници (вятър, слънце, вода, геотермална енергия); EN: RES.
IPHE: Международно партньорство за водород и горивни клетки в икономиката; методика, използвана в доклада на IEA (2023) за някои нулеви стойности.
Възобновяем водород: Водород от електролиза на вода с електроенергия от възобновяеми източници. [установено, COM(2020)301]
Нисковъглероден водород: Фосилен водород с улавяне на въглерода и водород, произведен с електричество, със значително по-ниски емисии от жизнения цикъл. [установено, COM(2020)301]
ВГНП / RFNBO: Възобновяеми горива от небиологичен произход: правно понятие в ЕС. Правилата за него са в Рег. 2023/1184 и 2023/1185.

Източници

IEA (2023), Towards hydrogen definitions based on their emissions intensity, CC BY 4.0 — https://www.iea.org/reports/towards-hydrogen-definitions-based-on-their-emissions-intensity/executive-summary
Directive (EU) 2018/2001 consolidated 16.07.2024 (CELEX 02018L2001-20240716) Art. 29a(1) — https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?qid=1789066048846&uri=CELEX%3A02018L2001-20240716
U.S. DOE, Hydrogen production: electrolysis — https://www.energy.gov/cmei/fuels/hydrogen-production-electrolysis
U.S. DOE, Fuel cells — https://www.energy.gov/cmei/fuels/fuel-cells
Green Skills for Hydrogen — https://greenskillsforhydrogen.eu/the-hydrogen-game-is-now-online/; https://greenskillsforhydrogen.eu/trainings/hydrogen-game/
Delegated Regulations (EU) 2023/1184 and 2023/1185; COM(2020)301 (comparator 94 gCO₂eq/MJ; annex of 2023/1185 not read from a primary source here)

Контакт и следваща стъпка

Ще се радвам на обратна връзка за яснотата, научните формулировки или за това дали пасва на учебен час: teodor.dimov.26@trakia-uni.bg. Без формуляри, без проследяване, без бисквитки.

Задай въпрос за упражнението или предложи пробно занятие.