“Зеленый” водород – экологически чистое топливо, которое может заменить ископаемые источники энергии уже в ближайшем будущем. Какие источники водорода существуют, и почему это топливо перспективно для Украины.
Почему водород
В начале 2020 г. Европейский Союз (ЕС) принял European Green Deal (Европейский зеленый договор). Это стратегия, которая должна сделать Европу климатически нейтральной до 2050 года.
Особое место в стратегии отведено переходу на водородное топливо, как на экологическое.
Поскольку в 2014 г. Украина подписала Соглашение об Ассоциации с ЕС, то наше правительство обязано имплементировать ряд документов, которые связаны с противодействием изменению климата. И также уделять внимание экологическим видам энергии.
“Зеленый” водород называют “топливом будущего”. Это экологически чистый источник энергии. При его сгорании образуется пар – вода, а не углекислый газ.
Кроме того, водород имеет более высокую энергоемкость, по сравнению с природным газом. Поэтому он экономнее.
Перевод энергетики Украины на водород помог бы решить много проблем. В первую очередь, политических. Используя водород вместо природного газа, Украина могла бы уменьшить свою зависимость от российского газа.
Во-вторых, избежать сложностей в международной торговле. Например, ЕС может ввести специальный углеродный налог на всю продукцию из Украины.
Такой налог будет применяться ко всем странам, которые не уделяют должного внимания уменьшению выбросов СО2.
Если товары из Украины подпадут под этот налог, то экспортеры окажутся в сложных условиях, а страна недополучит валютную выручку.
В-третьих, переход к низкоуглеродной экономике – это забота об экологии и окружающей среде.
Именно поэтому крупные украинские компании изучают новые виды экологического топлива, которое не выделяет СО2.
Например, Региональная газовая компания (РГК) 6 августа впервые в Украине начала испытания запуска водорода в газораспределительную систему на специальных испытательных полигонах в нескольких областях.
После исследований станет ясно, как подготовить газовые сети к использованию нового экологичного топлива в Украине.
Производство водорода на “зеленой” генерации
Первый способ добычи “зеленого” водорода – использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для его производства. А именно – ветровых и солнечных электростанций.
ВИЭ не вырабатывают энергию стабильно. Ночью нет солнца, а ветер есть не всегда.
В периоды “пикового” производства, но низкого потребления электроэнергию от “зеленых” источников можно использовать для электролиза с целью получения “зеленого” водорода.
А в часы пиков потребления электростанции на водороде смогут производить электроэнергию.
По сути, это аккумулирование энергии путем перевода электричества в водород и обратно. По такому же принципу работают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) в Украине.
В ночные часы, когда падает потребление электроэнергии, они используют ее, чтобы закачать воду в верхние водохранилища. А в часы пикового потребления спускают ее для производства недостающего объема электричества.
Проекты электролиза водорода с использованием электроэнергии из ВИЭ тестировали в Украине еще в середине 90-тых. Тогда была сооружена первая в Европе ветроводородная станция.
Это был совместный проект украинских ученых и датского центра “Фолькецентр”. В ней был задействован украинский электролизер и датская ветроустановка. Полученным водородом заправляли автомобиль.
Если говорить о современности, то в 2019 году ученые из Института возобновляемой энергетики НАН Украины, “Украинский Водородный Совет” и Украинский институт будущего презентовали “Атлас энергетического потенциала возобновляемых источников энергии Украины”.
Согласно этому исследованию, годовой потенциал производства водорода Украиной в эквиваленте энергетических единиц составляет от 340 млрд. кВт-ч при базовом сценарии до 500 млрд. кВт-ч при оптимистическом сценарии.
Для сравнения, Украина потребляет в год около 300 млрд. кВт-ч природного газа (эквивалент около 30 млрд. кубометров).
То есть, потенциально водород полностью может заменить потребление природного газа в стране.
Кроме того, если электроэнергию из ВИЭ использовать для производства водорода, можно обеспечить стабильное электрообеспечение потребителей.
В 2019 году электростанции Украины произвели порядка 154 млрд. кВт-ч электроэнергии.
Большой прирост наблюдался у “зеленой” генерации. Общая установленная мощность источников ВИЭ составила 6,8 ГВт.
То есть, уже сейчас действующие мощности “зеленой” энергетики позволяют ежегодно производить более 8,4 млрд. кВт/ч электроэнергии (около 5,5% от общего производства).
Но проблема в том, что энергетическая система Украины может принять в свой баланс максимум 7 ГВт ВИЭ.
Дело в том, что необходимо иметь резервы для компенсации электроэнергии из ВИЭ в часы провала производства из-за плохих погодных условий.
Из-за этого уже есть ограничения “зеленой” генерации. Электролиз водорода может обеспечить потребление для ВИЭ, когда их ресурс “не влазит” в энергосистему.
Для этого правительству необходимо стимулировать владельцев ветровых и солнечных станций включать в строительство электролизеры и топливные элементы.
А также создать законодательную базу и принять закон, определяющий правила накопления энергии.
Приблизительно по такому же принципу водород можно будет использовать в частных домохозяйствах, которые используют солнечные панели.
Уже сейчас таких хозяйств более 14 тыс. и их количество растет с каждым годом. Владельцы таких домов смогут поставить установку из электролизера и резервуара для хранения водорода. В теории они смогут отапливать дом водородом или заправлять им автомобиль.
Уже сейчас разрабатываются энергетические блоки из солнечных панелей, электролизера, топливных элементов и системы хранения.
Производство водорода из атомной электроэнергии
Второй путь получения водорода – использование для его электролиза атомной энергии.
АЭС должна работать в стабильном режиме. Это называется ровным графиком или “с базовой нагрузкой”.
Например, АЭС должна выдавать 100 единиц энергии в час круглые сутки. Но ночью нужно только 40, а 60 девать некуда.
Выход – направить избыток на генерацию водорода, который потом будет транспортироваться в газовую систему.
Газораспределительные сети и ГТС могут стать системами аккумуляции атомной энергии.
Сейчас в Украине дефицит маневренных мощностей. Из-за этого сложно поддерживать энергосистему в сбалансированном состоянии.
В этом случае, как и в случае с ВИЭ, газораспределительные сети могут стать аналогом гидроаккумулирующих станций.
Это позволит сглаживать сезонные и суточные пики и провалы в генерации и потреблении.
Этот момент должен учитываться при редизайне газотранспортной системы – какой общей мощности она должна быть.
Добыча водорода путем бурения
И третий способ получения водорода – скважины.
Научно-координационный центр современных технологий поиска углеводородов, Институт геологических наук НАН Украины, Институт геологии и геохимии горючих ископаемых НАН Украины, ГУ Институт геохимии окружающей среды НАН Украины, Государственная комиссия Украины по запасам полезных ископаемых и энергетическая ассоциация “Украинский водородный совет” создали схему нефте-газо-гидро-геологического районирования Украины.
Она помогает определить участки концентрации водорода.
Ученые выяснили, что в Украине есть точки высокой концентрации водорода на площадях отработанных и действующих шахт Донбасса и Львовско-Волынского бассейна.
Например, шахты полей: Томашевская площадь, Лисичанские купола в Донецком бассейне, шахты “Степная”, “Лесная” во Львовско-Волынском бассейне. Значения водорода на этих участках превышали значения метана на 2-3 порядка.
Еще один перспективный объект, по мнению ученых, – Днепровско-Донецкая впадина. Она соответствует всем требованиям: незначительные глубины (2 – 4,5 км), благоприятные геолого-структурные условия.
По результатам работы геологов обнаружено водородный потенциал в пределах Прикерченского шельфа и континентального склона Восточно-Черноморской впадины.
Водород со скважин можно транспортироваться в газовые сети. Сейчас их мощность в 3-4 раза превышает потребление. Поэтому можно “дозаполнить” трубы водородом. Но сделать это без исследований нельзя.
Водород обладает высокими проникающими свойствами и некоторые материалы труб просто не выдержат его. Например, через чугунные трубы водород легко просачивается, к стальным есть вопросы. Нужна ревизия уплотнителей и стыков.
Система должна быть готова к водороду. Более того, важно понять, какая пропорция водорода в диапазоне от 99% до 2% оптимальна для добавления в систему.
Недавно Региональная газовая компания завершила первый этап испытаний газовых сетей водородом и вскоре опубликует результаты исследования. По результатам будет понятно, какую пропорцию нового топлива безопасно и эффективно добавлять в систему. А также на что нужно обратить внимание при редизайне сетей.
По итогу можно сказать, что перспективных участков для добычи водорода много, а производить водород в Украине с помощью ВИЭ или АЭС не просто возможно, но и полезно для энергосистемы и энергетического будущего Украины. (БизнесЦензор/Энергетика Украины и мира)
