Летом этого года в ЕС представили водородную стратегию – долгосрочный план развития энергетического сектора стран континента с курсом на низкоуглеродную экономику.
Хорошей новостью для Украины является то, что Еврокомиссия рассматривает Украину как одного из ключевых партнеров в производстве и транспортировке водорода. А это – инвестиции в чистые источники энергии, новая ниша для экспорта, наполнение бюджета, уменьшение влияния на экологию, энергетическая и политическая независимость от России и многое другое.
Также это означает, что в перспективе украинские потребители природного газа должны готовиться к возможному переходу на газо-водородные смеси или даже чистый водород.
Украинские газотранспортные компании должны готовить инфраструктуру для его транспортировки, учитывая все особенности водорода. И такие исследования в Украине уже начались и продлятся ближайшие несколько лет.
Водородный потенциал Украины
Поскольку речь идет о “зеленом” водороде, то цифра четко привязана к мощностям возобновляемых источников энергии в Украине.
По информации ЗАО “НЭК Укрэнерго”, установленная мощность ВИЭ всего за год выросла в 2 раза (с 2,9 ГВт в июне 2019 до 5,8 – в июне 2020 г.). А по состоянию на конец ноября 2020 мощность ВИЭ в Украине составляла более 6,3 ГВт.
В то же время, по сообщениям “Укрэнерго”, энергетическая система Украины может принять около 3 ГВт энергии из возобновляемых источников без последствий. Поэтому еще в начале года компания неоднократно прибегала к ограничениям генерации ВИЭ.
При этом государство все равно обязано платить производителям за энергию из ВИЭ по “зеленому” тарифу, создало дисбаланс между объемом энергии ВИЭ и долей денег, которые она забирает с рынка.
Все это летом этого года вызвало кризис неплатежей. Даже после частичного урегулирования путем заключения меморандума долги продолжают накапливаться. По состоянию на 9 декабря сумма долга составляет почти 23 млрд. грн.
В такой ситуации сложно говорить о дальнейшем увеличении доли ВИЭ, что является обязательным условием для генерации “зеленого” водорода.
Впрочем, если переориентировать мощности ВИЭ на генерацию водорода, то это нивелирует влияние новых мощностей на энергосистему Украины и, при условии инвестиционной привлекательности сектора, позволит увеличить объемы чистой генерации в десятки раз.
Например, в некоторых странах ЕС создают ветропарки и солнечные электростанции специально для генерации водорода. В Украине пока нет даже в планах ни одного объекта ВИЭ, который бы генерировал электроэнергию специально для электролизных установок.
Однако потенциально такие объекты можно строить без ущерба для экологии на побережье и в мелководном Азовском море, на шельфе Черного моря и тому подобное. Большой потенциал имеют крыше солнечные электростанции.
В прошлом году ученые из Института возобновляемой энергетики НАН Украины совместно с “Украинской водородной Радой” и Украинским институтом будущего презентовали “Атлас энергетического потенциала возобновляемых источников энергии Украины 2019”.
В этом исследовании впервые рассчитали возможные объемы производства “зеленого” водорода в Украине.
По оценкам авторов исследования, Украина имеет технический потенциал для создания 500-700 ГВт мощностей на базе возобновляемой энергетики, может обеспечить производство около 500 млрд. куб. м (или 45 млн. тонн) водорода.
Экологический и очень дорогой
Цифры относительно потенциала производства водорода красиво выглядят только в теории. Однако на практике создание таких масштабов генерирующих мощностей требует значительных капиталовложений и вряд ли это может быть реализовано в ближайшее десятилетие.
Стоимость водорода зависит от очень многих факторов, даже если принимать во внимание только производство из возобновляемых источников энергии. Это, в частности, КПД установок ВИЭ, ежегодно растет, а стоимость оборудования снижается.
Рынок электролизных установок только начал развиваться, поэтому сложно спрогнозировать динамику их эффективности и стоимости на ближайшее десятилетие.
К примеру, резкое удешевление солнечных панелей менее чем за 10 лет сделало солнечную энергию доступной и дешевой за некоторые традиционные виды энергии (если учитывать среднюю себестоимость в течение всего срока службы).
По данным IRENA, в 2019 г. стоимость энергии, производимой с помощью солнечных панелей, упала на 82% по сравнению с 2010 г.
За счет массовости, государственной поддержки, быстрого развития технологий и многих других факторов, стоимость водорода к 2050 году может быть даже ниже, от оптимистичных прогнозов.
В отчете Международного совета по чистого транспорта (ICCT) исследователи рассмотрели несколько сценариев генерации водорода из различных “зеленых” источников и с применением различных способов электролиза (щелочные электролизеры (AE), протонообменные мембрана (PEM) и твердооксидные электролизеры (SOE)).
По самым оптимистичным сценарием (подключение электролизеров напрямую к ВИЭ), к 2050 г. средняя стоимость производства водорода в США снизится с нынешних $10,61 за кг до $5,97, а минимальная цена снизится с 4,56 за кг до $2,44.
В Европе минимальная цена будет еще ниже – $ 2,23 за кг (при нынешних $4,06), а средняя цена снизится с $19,23 за кг до $10,02.
В исследовании также были проанализированы последние прогнозы, сделанные BloombergNEF, Международным энергетическим агентством (IEA) и Международным агентством по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Например, BloombergNEF более оптимистично ожидает, что цена на зеленый водород упадет до $ 1,4 – $ 2,9 / кг до 2030 и $ 0,8 – $ 1,0 / кг до 2050
“Эти цифры игнорируют важные системные расходы, связанные с созданием полностью работающей установки для электролиза H2 (водорода) и сосредотачиваются только на капитальных затратах (CAPEX) электролизера и расходах, связанных с покупкой электроэнергии и воды “, – подчеркнули в ICCT.
Произвести больше, чем употребить
Для собственных нужд Украины нужно не так уж много водорода. Рассмотрим вариант частичной замены природного газа водородом.
Общий объем потребления природного газа в Украине – около 30 млрд. куб. м. Около половины приходится на потребление населения (15400000000 куб. м. по итогам 2019).
Полностью заменить природный газ водородом для населения невозможно по техническим причинам. Для этого нужно модернизировать не только газотранспортную инфраструктуру, но и бытовые приборы.
Поэтому более вероятным вариантом является использование газо-водородных смесей, для которых можно использовать существующую сеть.
Как показали исследования, которые проводила в Украине компания РГК, максимально допустимой с точки зрения безопасности при использовании на бытовых газовых приборах может быть 30%-ная доля водорода в метане. Оптимальным является 20% соотношение.
Состояние украинских сетей низкого давления требует тщательного изучения и модернизации.
По словам директора по стратегии развития РГП Станислава КазГУ, металлические газопроводы, которые строились после 1995 г., могут работать с водородом. Однако есть много технических нюансов по диаметру, толщине стенки. И только если они построены качественно, а это проблема того времени. Поэтому возможно использовать лишь часть сетей.
“К сожалению, мы не можем сказать, что все, что построено после 1995 года, пригодное к использованию. Нам предстоит провести обследование каждого участка перед запуском водорода”, – отметил он.
Однако в Украине есть сети, которые строились еще до 1945 года, для которых требуются кардинальные решения.
Вполне теоретически использовать газовые сети для доставки водорода населению в Украине можно за пять-десять лет. Для этого нужно сделать отдельные участки сетей и тщательно проверить их.
В Европе также изучают перспективы водорода для отопления жилых домов. Например, в Великобритании реализуют проект по использованию смеси из 20% водорода и природного газа для отопления университетского городка. В Нидерландах ввели в эксплуатацию первый в мире бытовой котел для отопления жилого дома, работает на 100% водороде. Пока это закрытые экспериментальные системы.
По объемам потребления водорода в ЕС, то ключевым документом является Водородная стратегия ЕС, которую утвердили в августе этого года. В документе говорится о планах построить в Европе около 40 ГВт мощностей для производства водорода до 2030 года.
Около половины мощностей планируется установить непосредственно в странах ЕС, другую половину – в странах, граничащих с ними.
В частности, по оценкам экспертов, в Украине есть потенциал для установления 10 ГВт мощностей по производству “зеленого” водорода в этом промежутке времени. Украина может получить до 20 млрд. евро инвестиций в водородную энергетику.
Украинский оператор газотранспортной системы уже даже готовится к перекачке газо-водородных смесей. Как отмечается в стратегии развития ОГТСУ на 2021 – 2030 год, рассматриваются различные концентрации водорода в смеси с природным газом – 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 23%.
В относительно низких концентрациях (от 2% до 5%) смесь можно транспортировать без существенного увеличения рисков и проведения реконструкции. Предельный уровень концентрации водорода, который можно транспортировать газопроводами без реконструкции – 20%.
Однако, если допустить увеличения доли водорода, то различные представлены стратегии оценивают стоимость переоборудования в 10-30% от цены прокладки новых труб.
По информации Международного энергетического агентства, добавление 20% водорода в европейскую газовую сеть сократит выбросы CO2 на 60 млн. тонн в год (для примера: столько же углекислого газа производится в Дании за год).
Наибольший аккумулятор из подземных газохранилищ
Как известно, водород при длительном контакте с металлом делает его хрупким. И хотя речь идет о 10-20 летний промежуток времени, это второй ключевой вопрос после высокой стоимости его производства, через которое водородные технологии до сих пор не получили массового распространения.
В странах ЕС начали ряд пилотных проектов по хранению водорода в соляных пещерах. В частности, подобный проект планируется реализовать в 2022 году в пещерах на юго-западе Франции.
“Хранение водорода в больших количествах будет одним из самых серьезных вызовов для будущей водородной экономики, – отмечается в докладе в BloombergNEF. – Количество недорогих крупномасштабных вариантов, таких как соляные каверны (пещеры), ограничено, а стоимость использования альтернативных технологий хранения часто может превышать стоимость производства самого водорода”.
В то же время в Украине – третий по объему в мире комплекс подземных газохранилищ, проектная мощность которых составляет 37800000000 м. Куб.
Подземные хранилища газа – это истощенные месторождения, глубиной от 400 до 2 тыс. Метров. Хранить в них водород так же безопасно, как и природный газ. Кроме того, после исчерпания ресурсов действующих родовых газа, их можно превращать в хранилища для водорода.
Поэтому это может быть хорошим решением для работы с нестабильной и непостоянной солнечной и ветровой энергией. В пиковые часы генерации ее избыток путем электролиза можно превращать в водород, а в периоды наибольшей потребности – генерировать из нее электроэнергию.
Так же можно делать с атомной энергией вместо того, чтобы уменьшать мощность генерации, как это произошло в этом году в Украине из-за уменьшения потребления. Количество ядерного топлива, которое необходимо для работы АЭС, не зависит от того, сколько энергии производит реактор.
Долгосрочные запасы водорода могут стать главным конкурентным преимуществом зимой, когда солнечные электростанции, на которые, в основном, делается ставка стран ЕС, выдают наименьшую мощность.
Кроме того, выгодное географическое положение, наличие газотранспортной инфраструктуры и потенциальные возможности для “зеленой” генерации делают Украину очень привлекательной для будущих европейских водородных проектов. (Epravda.com.ua/Энергетика Украины и мира)
