Развитие водородной энергетики становится существенной тенденцией на европейском энергетическом рынке. Несмотря на то что в настоящее время себестоимость так называемого зеленого водорода (о чем подробнее — ниже) высока и это топливо не может честно конкурировать с традиционными энергоносителями, в странах с активной климатической повесткой этому виду топлива уделяется особое внимание.
Причин тому несколько. Во-первых и в-главных, это неравномерность выработки электроэнергии с помощью ВИЭ. Развитие возобновляемой энергетики уже сталкивается время от времени с перепроизводством электроэнергии из возобновляемых источников, в первую очередь от ветра. В будущем, с ростом мощностей, проблема будет только увеличиваться. Аккумуляторные накопители, особенно на длительных временных интервалах, не могут и не смогут решить проблему. Стать таким накопителем, как считается, может водород.
Во-вторых, конечно, подкупает чистота этого топлива, ведь в качестве продукта сгорания получается только вода. Использование топливных элементов или традиционных турбин для генерации электричества, экологически чистые водородные автомобили... Примеров можно привести массу.
"Газпром" в своих долгосрочных (вероятно, в перспективе десятилетий) планах уже напрямую предполагает в будущем поставки водорода на заинтересованные в этом рынки, на первых порах — в виде смеси с метаном.
Остаются главные вопросы: где же взять достаточно дешевый газ и удастся ли сделать дешевым водород, получаемый из "лишней" возобновляемой энергии?
Источников водорода может быть много. Водород даже классифицируется как "зеленый", "серый" и "синий", иногда к ним добавляют "желтый". Разумеется, это все — одни и те же молекулы, формальная классификация характеризует лишь способ получения.
"Серый" водород "добывают" при паровой конверсии метана (природного газа). Этот процесс легко осуществить с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (плюс к тому — расходы энергии на конверсию). И если Россия начнет продавать в Европу именно такой водород, нас не поймут. Поскольку глобальная задача использования водорода — сократить эмиссию углекислого газа.
"Голубой" водород — это тот же "серый" водород по методу получения, но выделяемый при конверсии углекислый газ улавливается и захороняется (так называемая технология CCS, carbon capture and storage). Эта дорогостоящий способ, который на уровне тестовых проектов уже многие годы используется в мире, однако не получает ожидаемого развития. А значит, такой водород окажется слишком дорогим, чтобы его можно было выгодно продать.
Наконец, "зеленый" водород — основной интерес Европы. Производится электролизом воды с помощью электроэнергии от ВИЭ. Полученный таким образом водород является накопителем электроэнергии, что позволяет сглаживать неравномерности генерации от солнца и ветра. Проблема этой красивой схемы известна: большие потери энергии при трансформациях. Сначала — электролиз, где КПД находится в лучшем случае на уровне 80%, часто ниже. Затем — сжигание водорода, где также коэффициент полезного действия не более 60%. Перемножив одно на другое, получим, что половина энергии ВИЭ (повторимся, в некоторых случаях — и больше) теряется при двойной трансформации в хранение и обратно.
И когда нам говорят о дешевой энергии ВИЭ, скажем, 40 долларов за мегаватт-час, нужно помнить, что для части той энергии, которая пойдет на хранение, эти цифры нужно умножить как минимум на два. Получается уже 80 долларов.
Но это только прямые потери энергии при двойной конверсии. Есть еще значительные капитальные затраты на электролизеры. В результате стоимость килограмма водорода (самая распространенная мера этого топлива) находится на уровне четырех долларов.
Один килограмм водорода в энергетических единицах — это 33,3 киловатт-часа. С учетом потерь при переходе в реальную электроэнергию (киловатт-часы) при его сжигании (КПД = 60%) получим, что килограмм водорода нам даст 20 киловатт-часов. То есть четыре доллара за 20 киловатт-часов, или 200 долларов (!) за мегаватт-час (это без учета стоимости генерации электроэнергии из водорода на ТЭС). Ожидается снижение стоимости электролизеров, но это вопрос лишь дополнительных 20-30%. Сейчас энергия ВИЭ по цене уже близка к стоимости электроэнергии на оптовом рынке в Европе. Но если мы будем решать проблему непостоянства через конверсию в водород, эта "дополнительная" энергия уже окажется кратно дороже. Тем не менее именно на "зеленый" водород делается основная ставка.
Частным случаем может считаться "желтый" водород, получаемый из "лишней" энергии АЭС. Понятно, что по различным причинам доля такого водорода на рынке окажется небольшой.
Да, Европа имеет право тратить любые деньги на борьбу с климатическими изменениями и делать столь экзотические решения. Но причем, казалось бы, здесь "Газпром"?
Электроэнергия из природного газа уже сейчас (если говорить не о текущих низких, а об адекватных ценах на голубое топливо) находится на одном уровне (или даже чуть дороже) с ВИЭ по себестоимости, и преимущество заключается в том, что энергия из газа — это стабильная генерация. Плюс к тому, конечно, сохраняется спрос на газ в отоплении и промышленности. Но водород из газа с нулевыми выбросами за счет технологии CCS или других похожих механизмов явно будет сильно дороже. И не сможет выиграть межтопливную конкуренцию.
Решением может стать технология пиролиза — разложения природного газа, метана (CH4), на углерод и водород. В таком случае углекислый газ не выделяется, а углерод (условно говоря, в виде угля) остается в твердом виде. Это энергетически затратный процесс, и на него придется тратить часть получаемого водорода, но на выходе мы получим чистый водород с нулевыми выбросами. С теоретической точки зрения здесь все просто, однако на практике эти технологии находятся в стадии разработки, поэтому говорить о себестоимости еще рано. Но, очевидно, именно на этот вариант хотел бы сделать ставку "Газпром". Ведь в случае успеха можно будет получать из природного газа водород без каких-либо углеродных выбросов. Практически идеальное решение, к которому не придерешься с точки зрения климатической повестки. Впрочем, пока нужно понять, удастся ли здесь решить практические задачи и создать коммерчески успешную технологию. Вопрос остается открытым.
Но плюсом использования водородных технологий является то, что водород во многих сферах можно подмешивать к смесям с природным газом. В результате, во-первых, можно использовать действующую газовую инфраструктуру. Во-вторых, организовать плавный переход от природного газа к водороду — по мере разработки соответствующих технологий и увеличения мощностей по производству водорода.
Подытожим. У нас может быть в теории (если совсем упрощенно) две схемы развития энергетики ВИЭ.
Первый вариант. Ставятся ветряки и солнечные панели в таком объеме, когда на максимуме производства они покрывают весь спрос. А все остальные провалы компенсируют газовые станции, работающие в режиме поддержки. Этот, как еще недавно казалось, оптимальный для синергии ВИЭ и природного газа вариант последнее время со скепсисом рассматривается странами с климатической повесткой, направленной на полный отказ от ископаемых видов топлива.
Второй вариант — это когда мощностей возобновляемой энергетики (по средней выработке) хватит, чтобы покрывать абсолютно весь спрос. Но неравномерности придется связывать водородной энергетикой. В таком случае итоговая цена электроэнергии окажется средней (в зависимости от соотношения) между достаточно дешевой энергией ВИЭ, которую удается использовать сразу, и дорогой энергией ВИЭ, которую пришлось хранить через двойную трансформацию в водород и обратно.
На практике же, вероятно, получится нечто среднее. И если удастся постепенно заместить природный газ водородом, вырабатываемым из этого же природного газа пиролизом, это обеспечит природному газу новый статус — не "переходного топлива" на пути к декарбонизации, а абсолютно экологически чистого топлива.
Подчеркнем, что речь здесь идет об очень долгосрочной перспективе. В ближайшие годы спрос на газ в Европе не снизится. Но переход к описанной схеме поддержит спрос на многие десятилетия вперед. Ведь вне зависимости от нашего отношения к глобальному потеплению для многих европейских стран использование топлива с нулевым углеродным следом важно. И они будут готовы за него платить.
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
