В последнее время тема водородной экономики стала фактически одной из самых значительных. Авторы не скупятся в эпитетах, тексты фонтанируют миллиардными цифрами инвестиций, "лучик надежды" для страны превращается в невероятный "факел возможностей", и самое главное – появились экспертные мнения, утверждающие, что в одночасье мы сможем перескочить пару эволюционных десятилетий и стать экономическим лидером направления.
Но что происходит на самом деле, готова ли страна к запуску водородной экономики? ЭкоПолитика разобралась в сложной теме и объяснила своим читателям ситуацию простым языком. В первой части материала Вы узнаете о состоянии мирового рынка водорода, новейших украинских разработках, стоимости такого рынка и первых водородных проектах в Украине.
Что происходит в мире?
Международное энергетическое агентство (МЭА) ознакомило общественность со своим 200 страничным трудом по реализации концепции достижения климатической нейтральности к 2050 году. Там определены 400 промежуточных этапов для достижения искомой цели. Главный посыл – электроэнергия будет производиться на 90% из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – остальное возьмет на себя атомная энергетика. Автомобили – будут ездить на электричестве, а воздушный транспорт перейдет на биологическое и синтетическое топливо.
Планируется отключать наименее эффективные угольные станции до 2030 года, а более эффективные ТЭС до 2040 года следует оснастить дополнительным оборудованием для очистки выбросов.
Касаемо производства водорода, то ему определяется 11% в общем энергобалансе (первоначально планировали – 18%). Сегодня уровень использования водорода в мире не достигает 2%.
И еще один очень важный посыл. Июньская встреча "Большой Семерки". В повестку дня планируется включить вопросы декарбонизации, вложения средств в добычу углеводородов и производство водорода.
Какого ожидается достичь результата? Мировые лидеры хотят по 2025 год вкладывать в декарбонизацию не менее 100 млрд долларов. С 2021 года – прекратить финансировать новые проекты по добыче углеводородов. И еще главное решение – сокращение добычи чистого угля. То есть уголь можно добывать, но уже с последующей очисткой.
Что происходит в Европе?
В Европе проходит подготовка к масштабным и радикальным изменениям. Там уже разработаны и имплементируются два важных документа – Акт по рынку водорода и Акт по его инфраструктуре.
Европейские лидеры не просто приняли судьбоносные решения, а и разложили все по временным ячейкам.
Планируется строить водородные долины с 2021 по 2025 год с региональной инфраструктурой. Затем – решить вопросы транспортировки водорода. Создание костяка водородной инфраструктуры – 2021 - 2035 год. И следующий этап – использование смесей природного газа и водорода.
По второй Директиве – Дорожной карте по рынку водорода — конечная дата реализации – 2025 год. А начало и производство продукта в 2021 году. Далее – расширение и стимулирование потребления.
Источник: shutterstock
Согласно мнению европейских экспертов, к 2050 году водород из ВИЭ позволит Европе экономить более 2 триллионов евро.
В мире сейчас разрабатываются 250 проектов по водородной энергетике, из них – 55% в Европе.
Какие из них важные? Стоит отметить Европейскую водородную магистраль. Принимает участие 21 страна, 12 операторов ГТС. Это — 39 700 км трубопроводов. Ожидается, что к 2040 году она будет готова. Готовность для транспортировки водорода — 2040 год. Проект включает 69% редизайна существующих газопроводов и на 31% будут построены новые трубы.
И еще один пример того, что действительно воплотится – проект Aquaductus – морского "водородопровода" в Германии. Shell, Gascade, RWE построят трубопровод из Германии – к ветрякам на Северном море. Транспортировка по нему – ежегодно до 1 млн тонн "зеленого" водорода с 2035 года.
В мире производится 70-80 млн тонн водорода, как правило, в процессе нефтепереработки, производства удобрений, энергетики. 90% производимого водорода – это сероводород! Электролиз – это всего лишь чуть больше 1% от этого мирового производства.
Это все – в мире и в Европе, но что происходит в Украине?
Где мы сейчас?
Нужно сказать, Украина еще с 1994 года начала изучать водород с практической стороны. Как результат, в этом году создан "Фолькцентр" – ветровая установка и электролизер собственного изготовления.
Как вспоминает Степан Кудря, директор института возобновляемой энергетики, на деньги датчан была куплена ветровая установка, а вот электролизер – это продукт ученых из КПИ.
Тут бы масштабировать успех – но изготовление водорода так и осталось научным экспериментом и сейчас используется как стенд.
"Давайте для начала дадим классификацию водорода. Существует три вида водорода – "зеленый" из ВИЭ. "Серый" – из углеводородов без очистки. "Голубой" – из углеводородов с очисткой (включая атомную энергетику)", – говорит директор "Нафтогазбудинформатика" Леонид Униговский.
По информации заместителя министра энергетики Ярослава Демченкова, в Украине идет работа над 3 документами:
- Проект Дорожной карты по изготовлению и использованию водорода в Украине
- Использование водорода в автомобильном транспорте
- Стратегия сокращения выбросов НПСВ (Национальный план сокращения выбросов от больших сжигающих установок)
Исполняющий обязанности главы Госэнергоэффективности Константин Гура проинформировал, что к 2035 году страна сможет произвести 5 млрд кубических метров "зеленого" водорода.
Но реально ли это?
Александр Репкин, глава Водородной Ассоциации Украины считает, что все правильно просчитано. Мы гипотетически рассчитали объем электроэнергии для производства 1 кг водорода. Получилось, что нужно не менее 13 кВт электроэнергии.
"Европа проверила всю методологию. И после этого Украине дали статус партнера. Международное агентство IRENA также подтвердило, что гипотетически мы можем произвести такой объем. Вот уже год, как подписан Договор между Украиной и Германией. Там за нашей страной зарезервировано производство 10 ГВт установленных мощностей", — добавил он.
Но это, так сказать, гипотетически, а что на практике, как проходит работа над ключевыми документами?
По мнению Репкина, мы безнадежно отстаем: "В Украине пока только идет работа над концепцией и разрабатывается законодательство, а вот в Европе с 1 июля начнется финансирование дорожных карт по их имплементации".
Но, с точки зрения науки, европейцы очень высоко оценивают наш потенциал – федеральное министерство просвещения и науки объявило про начало конкурса грантов на исследования для Украины, в том числе и процесса производства (катализа) "зеленого" водорода.
Очень тесно страна будет сотрудничать и с Испанской водородной Ассоциацией, существующей с 2002 года.
"Они готовы оказать техпомощь по разработке стратегии. Готовы учить специалистов, даже бесплатно. Испанцы приняли Нацстратегию в прошлом году. Проверяли реалистичность концепции и идей, а с 1 июля начинается финансирование по всем отраслям – транспорт, энергетика, металлургия. Общий бюджет – 7 млрд евро", — пояснил Репкин.
Стоимость
На сегодняшний день одна из самых амбициозных европейских задач – сократить разницу между себестоимостью "серого" водорода — около 1,5 евро за кг и себестоимостью "зеленого" — на уровне 5,2 евро за 1 кг.
Источник: shutterstock
"В Украине расчеты зависят от условий по ВИЭ. На юге КПД ветровых станций – более 44%. Это значит, что они выработают больше электроэнергии, и конечный продукт будет дешевле. Знаете, по факту – 4 евро за кг "зеленого" водорода уже достижимо", — объясняет Репкин.
Но если в плане производства водорода – все на теоретичном уровне: расчеты, потенциалы, гипотетические выработки, то в плане инфраструктуры транспортировки водорода в Украине есть чем похвастаться.
Проект с РГК
В Украине назрела необходимость редизайна газораспределительной системы. Все дело в том, что у нас есть инфраструктура на прокачку 120 млрд кубов газа в год, тогда как реальные объемы за последние 6-7 лет не превышают 30 млрд кубов газа в год. Иными словами, у нас система имеет в 4 раза избыточную мощность транспортировки.
А это ведет к дополнительным расходам на ее содержание. Распределительные сети Украины –система с 13 миллионами конечных потребителей. Технологические потери газа в ней – 1,2-1,4 миллиарда кубов газа в год. За это платит конечный потребитель. К тому же, на сетях устаревшее оборудование.
По словам Станислава Казды, директора по стратегии развития РГК: "Мы разработали долгосрочный проект. Он поможет реализовать курс на интеграцию нашего газового рынка с Европой на основе Green Deal. Не только оптимизировать нашу распределительную систему, но и посмотреть, как она будет себя вести при прохождении водорода и синтетических газов разной концентрации и подготовить ее к этому".
Определено, что первая часть проекта продлится до 2023 года и будет состоять примерно из 200 разных экспериментов, для этих целей выделен бюджет – около 1 млн евро.
И большая часть – это финансирование научных лабораторий.
Уже создан и работает консорциум для комплексного исследования возможности транспорта смесей водорода и природного газа по распределительным системам. Определены пять полигонов в Житомирской, Ивано-Франковской, Харьковской, Волынской, Днепропетровской областях.
Там созданы площадки, где сформированы макеты газораспределительных систем – газорегуляторы, задвижки низкого давления, фланцы, муфты. Речь идет о многоаспектном исследовании. Отдельно будет изучаться метрология: как поведет себя измерительная аппаратура. Также объект исследования – не все типы труб, а только те, которые есть в Украине, но их нет в Европе. Включая и полиэтиленовые трубы.
"У нас прошли 2 цикла огневых испытаний. В Житомире, где тестировали плиты, водонагреватель и газовый котел. И на Ивано-Франковском полигоне – плиты, водонагреватели, котлы и конвекторы", — рассказал Униговский.
Нужно уточнить, что в научный консорциум входят представители академических и учебных институтов:
- Институт газа (изучают уплотнители и нагревательные приборы),
- Институт электросварки им. Патона (изучают уплотнители и полиэтиленовые трубы),
- Физико-механический институт им. Карпенко во Львове (стальные трубы),
- Ивано-Франковский университет нефти и газа – общие методические вопросы,
- госпредприятие Ивано-Франковскстандартметрология – вопросы метрологии,
- Львовская политехника – общие вопросы энергобаланса,
- Институт угольных энерготехнологий – нормативная база.
Общую координацию выполнения научных экспериментов осуществляет ООО "Нафтогазбудинформатика".
То есть в консорциум сейчас вовлечены порядка 35 человек со своими стендами и лабораториями. Часть экспериментов проходит на полигонах, а часть в лабораториях.
В результате огневых испытаний (сжигания смесей с разной концентрацией водорода в нагревательных приборах – плитах, котлах и т.д.) пока получен неплохой результат – в пять раз снижаются выбросы СО2, с незначительным снижением КПД.
"В нагревательных приборах возможно использовать смеси с содержанием водорода до 50% (объемных), в газораспределительных сетях пока мы считаем возможным довести содержание водорода до 20%. Наша цель – в 2023 году начать реальные испытания использования смеси с 20% содержанием водорода в нескольких населенных пунктах. Конечно, с соблюдением всех норм безопасности", — считает Униговский.
Пока ученые добавляют и анализируют влияние на распределительные газопроводы разного процентного состава – от 100% водорода до 5% водорода в смеси. Но уже понятно, что металл и фурнитура ведут себя по-разному. Есть концентрации, при которых наблюдаются большие утечки, то есть – без определенного редизайна газопроводов не обойтись.
Источник: shutterstock
Что значит редизайн? Это изменение архитектуры сетей – создание компактной, экономически эффективной системы с новыми материалами и технологиями. Речь о подготовке их к работе с меньшим количеством газорегулирующего оборудования, с полиэтиленовыми трубами меньших диаметров и множество других аспектов. В том числе и замене всех чугунных элементов (материал неприспособлен к работе с водородом.
Пока уровень исследований у нас довольно высокий, как в Германии и Франции, но Великобритания – впереди. Они раньше начали, и у них есть реальный проект – Hy Deploy. Это электролизер, который в опытно-экспериментальном режиме снабжает Университет в Киле смесью 20% водорода и 80% природного газа (до 30-и университетских и 100 жилых зданий) – смесь идет на отопление и на бытовые нужды. Но, к сожалению, на этом хорошие новости для Украины заканчиваются.
Продолжение материала читайте на сайте ЭкоПолитика в ближайшее время.
