В этом году во время Олимпийских игр в Токио впервые в истории зажгут факел, заправленный водородом. Такое внимание к водороду как одному из экологических энергоносителей будущего связано со значительным прогрессом в планах по применению этого синтетического газа мировым сообществом.
Достаточно символично, что водород используют во время Олимпиады именно в Японии. Страна является одной из самых 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 Япония и Австралия 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. 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, который будут доставлять из Австралии. Это совместный проект австралийского и японского правительств с привлечением частных компаний.
Для транспортировки водород превращают в сжиженное состояние и используют специальные корабли и контейнеры. Так, пилотный корабль, который запустили в 2019 году, может перевозить 1 250 кубометров сжиженного водорода.
«Сжиженный водород очень компактен, он занимает в 800 раз меньший объем, чем водород в газообразном состоянии. Такой водород имеет температуру -253 градусов 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 Тісіро.
Правда, большую часть водорода пока изготавливают из угля, применяя технологии улавливания углекислого газа. Для того, чтобы водород и действительно был экологическим энергоресурсом, его нужно изготавливать методом электролиза с применением возобновляемых источников энергии.
Самая главная проблема на этом пути – для построения больших мощностей возобновляемой энергетики нужны накопительные системы или высокоманевренные электростанции для балансировки энергосистемы.
Разрабатывает такие системы другая японская компания — Toshiba. Она производит электростанции различной мощности — от нескольких киловатт до нескольких сотен мегаватт, которые используют водород в качестве топлива для генерации электроэнергии.
«Мы получаем энергию из возобновляемых источников, превращаем ее в водород, а потом сжигаем его в когенерационных установках, 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 наиболее эффективных проектов по преобразованию солнечной энергии в водород расположен в Фукусиме.
Кроме стационарных систем генерации водорода, компания создает модули с высоким уровнем мобильности, обеспечивающие до 200 кВт мощности. Этого достаточно для установки такого модуля как источника энергии, например, на судне. Жизненный цикл работы установки составляет около десяти лет.
«Мы тестировали такие установки на кораблях в 2016-2018 годах и определили, что их можно использовать. Наши устройства уже установлены на нескольких судах», — рассказал представитель Toshiba.
Еще одна разработка компании – топливные ячейки высокой мощности для кораблей. Пилотный проект разработал консорциум, в который входят компании Toshiba, Kawasaki и другие. Строить судно нового типа начали в 2020 году и планируют завершить в 2024 году.
Мировые технологии и реалии в Украине
Согласно «Инициативе зеленого водорода для европейского зеленого курса 2×40 ГВт», ЕС рассчитывает, что в Украине может быть создано 10 ГВт мощностей по производству «зеленого» водорода. Это позволяет привлечь в развитие отрасли до 20 млрд. евро. 75% топлива будут экспортироваться в Европейский Союз, остальное будет использоваться для нужд Украины.
Как отметил заместитель министра энергетики по вопросам европейской интеграции Ярослав Демченков, в Европейский альянс чистого водорода присоединились более двадцати украинских компаний. Среди них – энергетические гиганты НАЭК «Энергоатом», «Оператор ГТС Украины», «Региональная газовая компания». Это свидетельствует о масштабах инвестиций и большом потенциале нового вида топлива.
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 страны, где уровень инсоляции самый высокий. И не только из-за этого.
Близость к морю открывает потенциал ветроэнергетики и множество возможностей для транспортировки водорода в ЕС. В привлечении могут стать опыт и технологии японских компаний по транспортировке сжиженного водорода морем.
Недавно во время официального визита в Катар президент Владимир Зеленский обсуждал с эмиром Катара перспективы строительства LNG-терминала в Украине с привлечением инвесторов из Катара. Эту тему поднимали не только при Зеленском. Если такой проект будет реализован, то терминал можно будет использовать и для транспортировки сжиженного водорода и его смесей.
Не менее перспективный вариант транспортировки водорода в ЕС трубопроводным транспортом. Недавно в интервью немецкой газете Handelsblatt премьер-министр Денис Шмыгаль заявил, что правительство Украины намерено модернизировать магистральный нефтепровод «Дружба» и использовать его для транспортировки водорода.
Кроме того, для транспортировки водорода можно использовать украинскую газотранспортную инфраструктуру.
«Украинская ГТС рассматривает возможности транспортировки водорода в страны ЕС. Украинско-словацкий газовый коридор может стать самым эффективным газовым маршрутом Европы», – заявила руководитель направления по международной деятельности и работе с государственными органами «Оператора ГТС Украины» Ольга Белькова во время выступления на онлайн-панели Словацко-украинского дискуссионного форума.
Однако использование системы газопроводов для перекачки водорода требует масштабной модернизации, поэтому 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 инфраструктуры газопроводов для транспортировки синтетического газа в больших количествах и на экспорт.
В планах на следующие пять-десять лет – использование региональной инфраструктуры газопроводов для транспортировки синтетических газов (водород, биометан) и их смесей с природным газом для потребителей в Украине. На этом направлении есть много вопросов. Их исследуют 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 водородный 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, по меньшей мере, в пять стран Европы.
В Украине есть несколько пилотных проектов по изготовлению, использованию и транспортировке водорода. Один из них – проект по созданию в Одесской области энергетического кластера, ориентированного на производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии, производства «зеленого» водорода и его экспорта в страны Европейского Союза. Речь идет о строительстве электролизной станции мощностью 3 тыс. МВт и солнечной электростанции мощностью 5 тыс. МВт.
В Ровенской области планируют построить ветровой парк мощностью 72 МВт для производства экологически чистого водорода. Его будут продавать заводу «Ровноазот» для производства аммиака. Сейчас проект находится на стадии девелопмента и технико-экономического обоснования.
Если в Украине будет массовое производство водорода, то появится и внутреннее потребление. Прежде всего, водород будут использовать как альтернативу природному газу. Это связано с тем, что сеть функционирует как единая система, в которой смешиваются газ собственной добычи и импортируемый газ.
Масштабные исследования возможностей транспортировки водорода и его смесей в сетях и использования нового топлива в быту более года проводит «Региональная газовая компания». Сейчас это единственный водородный проект в Украине 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 ли сжигать смеси на таком оборудовании. В ходе огневых исследований концентрация водорода пошагово повышается с 5% до 10%, 20%, 30% и 50%.
Подобный эксперимент – HyDeploy – недавно успешно завершился в Великобритании. Студенты Килского университета полтора года успешно использовали газоводородную смесь для бытовых нужд. Сейчас планируется масштабировать эксперимент на поселок, где расположен студенческий городок.
РГК тоже готовится к более масштабному пилотному проекту. Эксперимент будет проходить в течение 2023-2025 годов на двух участках сети в частном секторе с привлечением 50-100 потребителей. Вероятнее всего, это будут две небольшие деревни.
«Мы создаем проект, подобный HyDeploy, где привлечено около 10 тысяч 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 Казда.
Однако, кроме специфических проблем, которые касаются 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 значит, поставщикам их нельзя реконструировать. Почти все распределительные сети в Украине строились в советские времена и были спроектированы на значительно больший объем потребления газа. С тех пор объемы сократились более чем втрое. Соответственно, процент потерь остался пропорциональным масштабам сети, а на практике – втрое выше.
При таких условиях нужен редизайн сети: сокращение количества газораспределительных станций и уменьшение количества оборудования. По оценкам Центра Разумкова, для редизайна газораспределительной сети страны необходимо около 2 млрд. долл. инвестиций.
Все эти проекты и научные исследования свидетельствуют о необратимости перехода к водородной экономике. Многие страны Европы уже имеют водородные стратегии или объявили о начале их разработки. Третьим по объему производителем водорода в Европе и пятым в мире является Польша.
О разработке национальной дорожной карты водородной энергетики объявила Болгария. В Словакии создали центр водородных технологий. Хорватия готовит национальную программу развития рынка водорода.
Источник: ЭП
Перевод: BusinessForecast.by
При использовании любых материалов активная индексируемая гиперссылка на сайт BusinessForecast.by обязательна.