В этом году во время Олимпийских игр в Токио впервые в истории зажгут факел, заправленный водородом. Такое внимание к водороду связано со значительным прогрессом в планах по применению этого синтетического газа мировым сообществом, как одного из экологических энергоносителей будущего.
Достаточно символично, что водород используют во время Олимпиады именно в Японии. Страна является одной из передовых в мире по уровню развития водородных технологий. В прошлом году в префектуре Фукусима запустили одну из крупнейших в мире водородно-энергетическую экспериментальную станцию для производства водорода.
Японский автогигант Toyota планирует не только выпускать серийные водородные авто, но и продавать технологию другим компаниям. А в прошлом году между Японией и Австралией запустили один из первых в мире проектов по производству и транспортировке сжиженного водорода морским путем.
Японские компании готовы сотрудничать с Украиной в вопросах технологий производства и транспортировки водорода. И такое будущее на самом деле ближе, чем кажется на первый взгляд.
Японские технологии
В прошлом году в Японии построили морской терминал для загрузки и разгрузки сжиженного водорода, доставлять из Австралии. Это совместный проект австралийского и японского правительства с привлечением частных компаний.
Для транспортировки водород превращают в сжиженный состояние и используют специальные корабли и контейнеры. Так, пилотный корабль, который запустили в 2019 г., может перевозить 1250 кубометров сжиженного водорода.
“Сжиженный водород очень компактный, он занимает в 800 раз меньшую площадь, чем водород в газообразном состоянии. Такой водород имеет температуру -253 С и идеально подходит для использования в топливных ячейках двигателей без применения дополнительных технологий испарения”, – рассказал во время Первой ежегодной международной конференции “Развитие водородных технологий в Украине и в мире” менеджер центра разработки водородных проектов японской компании Kawasaki Ре Тисиро.
Правда, большую часть водорода пока изготавливают из угля, применяя технологии улавливания углекислого газа. Для того, чтобы водород и был экологическим энергоресурсом, его нужно изготавливать методом электролиза с применением возобновляемых источников энергии.
И самая главная проблема на этом пути – для построения больших мощностей возобновляемой энергетики нужны накопительные системы или высокоманевренные электростанции для балансировки энергосистемы.
Разработкой таких систем занимается другая японская компания – Toshiba. Компания производит электростанции различной мощности – от нескольких киловатт до нескольких мегаватт, – которые используют водород в качестве топлива для генерации электроэнергии.
“Мы получаем энергию из возобновляемых источников, превращаем ее на водород, а затем сжигаем его в когенерационных установках для того, чтобы сделать энергию из возобновляемых источников стабильной”, – пояснил во время Первой ежегодной международной конференции “Развитие водородных технологий в Украине и в мире” представитель Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation Шоей Мацуда.
По его словам, один из самых эффективных проектов по преобразованию солнечной энергии в водород расположен в Фукусиме.
Кроме стационарных систем генерации водорода, компания создает модули с высоким уровнем мобильности, позволяющие обеспечивать до 200 кВт мощности. Этого достаточно для того, чтобы установить такой модуль в качестве источника энергии, например, в судах. Жизненный цикл работы установки составляет около 10 лет.
“Мы уже провели тестирование таких установок в кораблях. Исследования проходили в течение 2016-2018 года и по их результатам мы определили, что такие модули можно использовать. Уже сейчас на нескольких судах установлены наши устройства”, – рассказал представитель Toshiba.
Еще одна разработка компании – топливные ячейки высокой мощности для кораблей. Пилотный проект был разработан консорциумом компаний, в который входят Toshiba, Kawasaki и другие.
Строительство судна нового типа начали в 2020 году и планируется завершить в 2024 году.
Мировые технологии и украинские реалии
Как известно, согласно “Инициативы зеленого водорода для Европейского Зеленого курса 2×40 ГВт”, ЕС рассчитывает, что в Украине может быть создано 10 ГВт новых мощностей по производству “зеленого” водорода. Это позволяет привлечь в развитие отрасли в 20 млрд. евро. 75% топлива будет экспортироваться в Европейский Союз, остальные – использоваться для нужд Украины.
Как отметил заместитель министра энергетики по вопросам европейской интеграции Ярослав Демченков, в Европейский альянса чистого водорода присоединились более двадцати украинских компаний. Среди них такие энергетические гиганты как НАЭК “Энергоатом”, “Оператор ГТС Украины”, “Региональная Газовая Компания”. Все это свидетельствует о масштабах инвестиций и большой потенциал нового вида топлива.
Для того, чтобы выполнить этот план, нужно объединить три фактора: возможность построения объектов возобновляемой энергетики, наличие водных ресурсов, которые могут быть использованы без вреда для окружающей среды и, самое главное, – возможность экспорта продукции.
Украина имеет значительный потенциал солнечной энергии. Наиболее благоприятным регионом для генерации водорода из возобновляемых источников энергии является юг, где уровень инсоляции высокий. И не только поэтому.
Близость к морю открывает потенциал ветроэнергетики и много возможностей для транспортировки водорода в Европу. И здесь в случае могут стать опыт и технологии японских компаний по транспортировке сжиженного водорода морем.
Недавно во время официального визита в Катар президент Украины Владимир Зеленский обсуждал с эмиром Катара перспективы по строительству LNG-терминала в Украине с привлечением катарских инвесторов.
Эту тему поднимали не только при Зеленском, но если такой проект будет реализован, то терминал в будущем можно использовать для транспортировки сжиженного водорода и его смесей.
Не менее перспективным является вариант транспортировки водорода в Европу трубопроводным транспортом. Недавно в интервью немецкой газете Handelsblatt премьер-министр Украины Денис Шмыгаль заявил, что правительство страны намерено модернизировать магистральный нефтепровод “Дружба” и использовать его для транспортировки водорода.
Кроме этого, для транспортировки водорода рассматривается возможность использования украинской газотранспортной инфраструктуры.
“Украинская ГТС рассматривает возможности транспортировки водорода в страны ЕС. Украинско-словацкий газовый коридор может стать эффективным газовым маршруту Европы”, – заявила руководитель направления по международной деятельности и работы с государственными органами “Оператора ГТС Украины” Ольга Белькова во время выступления на онлайн-панели словацко-украинского дискуссионного форума.
Однако использование существующей системы газопроводов для перекачки водорода требует масштабной модернизации. Поэтому сейчас Минэнерго рассматривает три сценария транспортировки водорода из Украины в ЕС.
В краткосрочной перспективе предполагается, что водород будет транспортироваться в небольших количествах в газообразном состоянии в цистернах с помощью грузовых автомобилей.
В среднесрочной перспективе водород может транспортироваться в сжиженном состоянии грузовиками и железнодорожной инфраструктурой.
В долгосрочных планах – использование региональной и транспортной инфраструктуры газопроводов для транспортировки синтетичного газа в больших количествах и для экспорта.
В планах на следующие 5-10 лет – использование региональной инфраструктуры газопроводов для транспортировки синтетических газов (водород и биометан) и их смесей с природным газом для потребителей в Украине. На этом направлении есть много вопросов, и реальным исследованиям их решения занимаются украинские ученые и специалисты газораспределения в рамках водородного проекта “Региональной Газовой компании”.
Еще один альтернативный способ транспортировки водорода в ЕС – речной транспорт. По словам президента Энергетической ассоциации “Украинский водородная совет” Александра Репкина, в южных регионах Украины можно использовать потенциал Дуная. Река может быть не только источником пресной воды, но и логистическим маршрутом для транспортировки “зеленого” водорода минимум до 5 стран Европы.
Сейчас в Украине уже есть несколько пилотных водородных проектов по изготовлению, использования и транспортировки водорода.
Одним из таких является проект по созданию в Южной Бессарабии Одесской области энергетического кластера, ориентированного на производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии, производство “зеленого” водорода и его экспорта в страны Европейского Союза. Речь идет о строительстве электролизерной станции мощностью 3000 МВт и с солнечной электростанции мощностью 5000 МВт.
В Ровенской области планируют построить ветропарк мощностью 72 МВт для производства экологически чистого водорода. Его будут продавать завода “Ривнеазот” для производства аммиака. Сейчас проект на стадии девелопмента и технико-экономического обоснования.
Если в Украине будет собственное массовое производство водорода, то, безусловно, появится и внутреннее потребление. Прежде всего, водород использовать как альтернативу природному газу.
Это связано с тем, что сеть функционирует как единая система, в которой смешивается газ собственной добычи и экспортируемый из других стран.
Масштабные исследования о возможностях транспортировки водорода и его смесей в существующих сетях и использования нового топлива в быту уже больше года проводит “Региональная Газовая Компания”. Это единственный водородный проект в Украине, который находится на стадии реализации.
Первые результаты исследований свидетельствуют, что отдельные участки сетей после тщательного обследования можно использовать для транспортировки смеси с содержанием водорода не более 30%.
Сейчас компания проводит огневые исследования. В рамках эксперимента используются более 30 старых газовых плит, котлов, колонок и нагревателей украинского производства, чтобы выявить можно сжигать газо-водородные на таком оборудовании.
В ходе огневых исследований концентрация водорода пошагово повышается – с 5% до 10%, 20%, 30% и в завершении 50%.
Подобный эксперимент под названием HyDeploy недавно успешно завершился в Великобритании. Студенты Килського университета полтора года успешно использовали газо-водородную смесь для бытовых нужд. Сейчас планируется масштабировать эксперимент на поселок, где расположен студенческий городок.
РГК тоже ведет подготовку к более масштабному пилотному проекту. Эксперимент будет происходить в течение 2023-2025 годов на двух участках сети в частном секторе с привлечением 50-100 конечных потребителей. Скорее всего, это будут два небольших села.
“Мы создаем проект, подобный HyDeploy, где привлечено около 10000 потребителей. Этот проект работает в тестовом режиме, но уже вышел за пределы эксперимента. Это уже часть газораспределительной сети с водородом”, – говорит директор департамента стратегического планирования РГК Станислав КазГУ.
Однако пока, кроме специфических проблем, касающихся физических свойств водорода и его взаимодействия с различными видами материалов сетей, есть две проблемы общегосударственного уровня.
Первая – отсутствие законодательства, которое бы регулировало использование водорода для нужд населения. Вторая – неэффективность планирования газопроводов, находящихся в государственной собственности, а, следовательно, поставщикам их нельзя перепланировать или реконструировать.
Почти все распределительные сети в Украине строились во времена Советского Союза и были спроектированы на значительно больший объем потребления газа. С тех пор объемы сократились более чем в три раза. Соответственно, процент потерь остался пропорциональным масштабов сети, а на практике – в три раза выше.
При таких условиях нужен редизайн сети – сокращение количества газораспределительных станций, уменьшение количества газорегулирующего оборудования. По оценкам Центра Разумкова, в целом для редизайна всей газораспределительной сети Украины необходимо привлечь около $ 2 млрд. инвестиций.
Все эти проекты и научные исследования свидетельствуют о необратимости перехода к водородной экономике. Многие страны Европы уже имеют или объявили о начале разработки водородных стратегий. На сегодня третьим по величине производителем водорода в Европе и пятым в мире соседняя с Украиной Польша.
О разработке национальной дорожной карты водородной энергетики объявила Болгария. В Словакии создали центр водородных технологий. Хорватия готовит национальную программу развития рынка водорода. (Epravda.com.ua/Энергетика Украины и мира)