Водород: новый уровень
ТЕМА НОМЕРА/ #8_2020
Фото: ТАСС, Linde-group.ru
В октябре Правительство РФ утвердило план мероприятий по развитию водородной энергетики России до 2024 года. А незадолго до этого в Госдуме прошло расширенное заседание Комитета по энергетике, посвященное сложившейся ситуации и перспективам развития водородной энергетики в России и мире. На нем выступили представители профильных ведомств. «Атомный эксперт» приводит выдержи из самых интересных выступлений.
Сергей Есяков, депутат Госдумы, член партии «Единая Россия»:
— Водород — один из первых энергоносителей, он был использован человеком раньше, чем нефть и газ. Открытие электролиза произошло в 1800 году, то есть раньше, чем была пробурена первая нефтяная скважина (в 1848 году). В 1813 году в Лондоне зажглись первые газовые фонари — и в составе использованного газа был водород!
Человечество неоднократно возвращалось к водородной теме, но каждый раз эта тема ставилась на паузу, и сегодня использование водорода в энергетике — всего лишь 1%. Однако есть все основания полагать, что роль водорода в энергобалансе будет возрастать.
Во-первых, идет процесс декарбонизации, переход к безуглеродной энергетике — особенно это заметно в Европе и Азии. Во-вторых, остро стоит вопрос сбалансированности системы, построенной на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ). Для того чтобы обеспечить надежность энергосистемы, необходимо отработать технологии хранения энергии. И роль водорода как элемента системы хранения будет расти. В‑третьих, все государства стремятся к энергобезопасности, энергонезависимости.
Именно водород сегодня находится в центре мировой энергетической повестки, и даже самые консервативные оценки говорят о том, что к 2050 году его роль в энергобалансе может составить порядка 18−20%. Фактически он будет сопоставим с такими энергоносителями, как газ, нефть, уголь.
В России ситуация неоднозначная: у нас высокая доля углеводородов в энергосистеме сохранится еще достаточно долго, а декарбонизация далека от попадания в драйверы отечественной энергополитики, хотя все больше внимания уделяется этому направлению. Очень небольшая часть энергии производится на ВИЭ — меньше 1%, поэтому не столь остра необходимость развития системы хранения энергии. А что касается энергобезопасности, эта система у нас одна из самых надежных, стабильных, за исключением ряда небольших районов, и подкреплена разнообразием ресурсов.
Какие преимущества есть у России для развития водородной энергетики? В первую очередь, обширные ресурсы для производства водорода: ископаемое топливо, дешевая электроэнергия, гидро- и атомная энергетика, развитая газотранспортная структура, высокий технологический уровень. Все это позволяет нам стать активными игроками на рынке водородной энергетики.
Мешают нам в этом высокая затратность, низкий внутренний спрос на водород и недостаточная конкурентоспособность наших технологий.
Наша задача: наряду с внутренним потреблением и развитием водородной энергетики — синхронизация ее с экспортным потенциалом. Необходимо учитывать, что сегодня Европа и Азия поставили перед собой глобальные цели в плане развития водородной энергетики. Например, «зеленая» повестка предусматривает увеличение производства водорода в ЕС в десятки раз: к 2024 году — 1 млн тонн, к 2030 году — 40 млн тонн; это потребует 50 МВт мощностей. И это только половина того водорода, который потребуется для предприятий Европы, в первую очередь металлургических. Наша задача — принять участие в этом процессе.
— Водород — один из первых энергоносителей, он был использован человеком раньше, чем нефть и газ. Открытие электролиза произошло в 1800 году, то есть раньше, чем была пробурена первая нефтяная скважина (в 1848 году). В 1813 году в Лондоне зажглись первые газовые фонари — и в составе использованного газа был водород!
Человечество неоднократно возвращалось к водородной теме, но каждый раз эта тема ставилась на паузу, и сегодня использование водорода в энергетике — всего лишь 1%. Однако есть все основания полагать, что роль водорода в энергобалансе будет возрастать.
Во-первых, идет процесс декарбонизации, переход к безуглеродной энергетике — особенно это заметно в Европе и Азии. Во-вторых, остро стоит вопрос сбалансированности системы, построенной на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ). Для того чтобы обеспечить надежность энергосистемы, необходимо отработать технологии хранения энергии. И роль водорода как элемента системы хранения будет расти. В‑третьих, все государства стремятся к энергобезопасности, энергонезависимости.
Именно водород сегодня находится в центре мировой энергетической повестки, и даже самые консервативные оценки говорят о том, что к 2050 году его роль в энергобалансе может составить порядка 18−20%. Фактически он будет сопоставим с такими энергоносителями, как газ, нефть, уголь.
В России ситуация неоднозначная: у нас высокая доля углеводородов в энергосистеме сохранится еще достаточно долго, а декарбонизация далека от попадания в драйверы отечественной энергополитики, хотя все больше внимания уделяется этому направлению. Очень небольшая часть энергии производится на ВИЭ — меньше 1%, поэтому не столь остра необходимость развития системы хранения энергии. А что касается энергобезопасности, эта система у нас одна из самых надежных, стабильных, за исключением ряда небольших районов, и подкреплена разнообразием ресурсов.
Какие преимущества есть у России для развития водородной энергетики? В первую очередь, обширные ресурсы для производства водорода: ископаемое топливо, дешевая электроэнергия, гидро- и атомная энергетика, развитая газотранспортная структура, высокий технологический уровень. Все это позволяет нам стать активными игроками на рынке водородной энергетики.
Мешают нам в этом высокая затратность, низкий внутренний спрос на водород и недостаточная конкурентоспособность наших технологий.
Наша задача: наряду с внутренним потреблением и развитием водородной энергетики — синхронизация ее с экспортным потенциалом. Необходимо учитывать, что сегодня Европа и Азия поставили перед собой глобальные цели в плане развития водородной энергетики. Например, «зеленая» повестка предусматривает увеличение производства водорода в ЕС в десятки раз: к 2024 году — 1 млн тонн, к 2030 году — 40 млн тонн; это потребует 50 МВт мощностей. И это только половина того водорода, который потребуется для предприятий Европы, в первую очередь металлургических. Наша задача — принять участие в этом процессе.
Алексей Кулапин, директор Департамента государственной энергетической политики Минэнерго:
— В качестве приоритетных целей мировой экономики сегодня рассматриваются замедление глобального потепления и декарбонизация ряда отраслей промышленности, транспорта и сфер жилищно-коммунального хозяйства. В соответствии с целями Парижского соглашения экономическая политика многих стран нацелена на удержание роста глобальной средней температуры ниже 2 °C до 2100 года (по сравнению с показателями доиндустриальной эпохи). При этом у некоторых стран, ратифицировавших Парижское соглашение, недостаточно внутренних ресурсов для удовлетворения собственного спроса на энергоносители. Это стимулирует развитие водородной энергетики. Зачастую эти страны вынуждены импортировать энергию, произведенную с использованием низкоуглеродных источников, и часть спроса на эту низкоуглеродную энергию может обеспечить как раз водород.
Практически все ведущие страны уделяют значительное внимание развитию водородной энергетики. В мае 2019 года в рамках межминистерской встречи по чистой энергии по инициативе Канады и Японии была запущена международная инициатива по водороду. Участницами этой инициативы стали Канада, Индия, Япония, Корея, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Саудовская Аравия, Соединенные Штаты Америки и, естественно, Российская Федерация. Роль координатора выполняет Международное энергетическое агентство.
В июне 2018 года Япония приняла пятый Стратегический энергетический план, предполагающий построение «водородного» общества. Основным — наиболее актуальным — документом, определяющим политику в области водородной энергетики, в Японии является стратегическая дорожная карта по водороду и топливным элементам, утвержденная в обновленной редакции в мае 2019 года. Эта дорожная карта определяет целевые показатели как по объемам потребления водорода в стране, так и по его стоимостным характеристикам и параметрам.
В июне 2020 года Германия приняла Национальную водородную стратегию, ориентированную на широкое использование водорода в экономике: в химической, сталелитейной промышленности, транспорте, электро- и теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве. В качестве цели применения водорода в этих сферах деятельности напрямую указана их декарбонизация. В стратегии также определены экономические показатели и объемы потребления водорода.
Немаловажный фактор, способствующий развитию глобального рынка водорода (точнее, его появлению и дальнейшему развитию), — удовлетворение транспортных потребностей. В связи с утвержденной стратегией Энергетического союза, в которой водородная энергетика рассматривается как одно из ключевых направлений для декарбонизации экономики и достижения углеродной нейтральности, большинство стран поэтапно отказываются от двигателей внутреннего сгорания. Государственная поддержка автомобилей на водородном топливе и повышение их конкурентоспособности могут создать новый источник спроса на водород. При этом количество автомобилей, использующих водород в качестве топлива, растет неуклонно и очень высокими темпами.
В 2018 году количество таких автомобилей достигло 11 тыс., их было продано порядка 4 тыс., то есть рост относительно 2017 года составил 80%. В частности, активно развивается этот рынок на территории Соединенного Королевства и стран Европейского Союза.
Однако, несмотря на рост продаж и общего количества водородомобилей, их рынок только формируется. Электромобилей в мире более 5 млн, а совокупный объем мирового автопарка — более 1 млрд автомобилей.
По сравнению с электромобилями расширение парка водородомобилей идет достаточно низкими темпами, однако несколько стран уже объявили об амбициозных целях расширения парка автомобилей на водородном топливе к 2030 году: согласно некоторым прогнозам, через 10 лет водородных автомобилей будет более 3,7 млн. Также утверждается, что в Евросоюзе к 2040 году количество водородомобилей превысит 17 млн.
При этом ключевые факторы, определяющие конкурентоспособность автомобилей (в частности легковых), работающих на водородном топливе, — это снижение стоимости топливных элементов и создание инфраструктуры, то есть заправочных станций, в то время как для грузовых перевозок приоритетом является снижение цены на водород.
Еще один фактор, способствующий формированию рынка водорода, — необходимость декарбонизации газовой отрасли. Активная декарбонизация экономики Евросоюза, включая газовую отрасль, создает новые возможности для сотрудничества Российской Федерации и Евросоюза в этой сфере, причем сотрудничества нового типа, основанного не только на поставках российского газа Евросоюзу, но и на совместном участии сторон в разработке и реализации новых технологических решений.
Следующий фактор — использование водорода в качестве средства накопления энергии на установках возобновляемой энергетики. До 2050 года в большинстве стран мира водород может производиться с помощью солнечной и ветровой энергии. Цена такого водорода, согласно прогнозам, должна колебаться в пределах $ 0,8−1,5 за 1 кг. Это примерно соответствует текущим ценам на природный газ в его энергетическом эквиваленте. Стоимость водорода может быть еще ниже в тех странах, в которых хорошо развита возобновляемая энергетика.
— В качестве приоритетных целей мировой экономики сегодня рассматриваются замедление глобального потепления и декарбонизация ряда отраслей промышленности, транспорта и сфер жилищно-коммунального хозяйства. В соответствии с целями Парижского соглашения экономическая политика многих стран нацелена на удержание роста глобальной средней температуры ниже 2 °C до 2100 года (по сравнению с показателями доиндустриальной эпохи). При этом у некоторых стран, ратифицировавших Парижское соглашение, недостаточно внутренних ресурсов для удовлетворения собственного спроса на энергоносители. Это стимулирует развитие водородной энергетики. Зачастую эти страны вынуждены импортировать энергию, произведенную с использованием низкоуглеродных источников, и часть спроса на эту низкоуглеродную энергию может обеспечить как раз водород.
Практически все ведущие страны уделяют значительное внимание развитию водородной энергетики. В мае 2019 года в рамках межминистерской встречи по чистой энергии по инициативе Канады и Японии была запущена международная инициатива по водороду. Участницами этой инициативы стали Канада, Индия, Япония, Корея, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Саудовская Аравия, Соединенные Штаты Америки и, естественно, Российская Федерация. Роль координатора выполняет Международное энергетическое агентство.
В июне 2018 года Япония приняла пятый Стратегический энергетический план, предполагающий построение «водородного» общества. Основным — наиболее актуальным — документом, определяющим политику в области водородной энергетики, в Японии является стратегическая дорожная карта по водороду и топливным элементам, утвержденная в обновленной редакции в мае 2019 года. Эта дорожная карта определяет целевые показатели как по объемам потребления водорода в стране, так и по его стоимостным характеристикам и параметрам.
В июне 2020 года Германия приняла Национальную водородную стратегию, ориентированную на широкое использование водорода в экономике: в химической, сталелитейной промышленности, транспорте, электро- и теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве. В качестве цели применения водорода в этих сферах деятельности напрямую указана их декарбонизация. В стратегии также определены экономические показатели и объемы потребления водорода.
Немаловажный фактор, способствующий развитию глобального рынка водорода (точнее, его появлению и дальнейшему развитию), — удовлетворение транспортных потребностей. В связи с утвержденной стратегией Энергетического союза, в которой водородная энергетика рассматривается как одно из ключевых направлений для декарбонизации экономики и достижения углеродной нейтральности, большинство стран поэтапно отказываются от двигателей внутреннего сгорания. Государственная поддержка автомобилей на водородном топливе и повышение их конкурентоспособности могут создать новый источник спроса на водород. При этом количество автомобилей, использующих водород в качестве топлива, растет неуклонно и очень высокими темпами.
В 2018 году количество таких автомобилей достигло 11 тыс., их было продано порядка 4 тыс., то есть рост относительно 2017 года составил 80%. В частности, активно развивается этот рынок на территории Соединенного Королевства и стран Европейского Союза.
Однако, несмотря на рост продаж и общего количества водородомобилей, их рынок только формируется. Электромобилей в мире более 5 млн, а совокупный объем мирового автопарка — более 1 млрд автомобилей.
По сравнению с электромобилями расширение парка водородомобилей идет достаточно низкими темпами, однако несколько стран уже объявили об амбициозных целях расширения парка автомобилей на водородном топливе к 2030 году: согласно некоторым прогнозам, через 10 лет водородных автомобилей будет более 3,7 млн. Также утверждается, что в Евросоюзе к 2040 году количество водородомобилей превысит 17 млн.
При этом ключевые факторы, определяющие конкурентоспособность автомобилей (в частности легковых), работающих на водородном топливе, — это снижение стоимости топливных элементов и создание инфраструктуры, то есть заправочных станций, в то время как для грузовых перевозок приоритетом является снижение цены на водород.
Еще один фактор, способствующий формированию рынка водорода, — необходимость декарбонизации газовой отрасли. Активная декарбонизация экономики Евросоюза, включая газовую отрасль, создает новые возможности для сотрудничества Российской Федерации и Евросоюза в этой сфере, причем сотрудничества нового типа, основанного не только на поставках российского газа Евросоюзу, но и на совместном участии сторон в разработке и реализации новых технологических решений.
Следующий фактор — использование водорода в качестве средства накопления энергии на установках возобновляемой энергетики. До 2050 года в большинстве стран мира водород может производиться с помощью солнечной и ветровой энергии. Цена такого водорода, согласно прогнозам, должна колебаться в пределах $ 0,8−1,5 за 1 кг. Это примерно соответствует текущим ценам на природный газ в его энергетическом эквиваленте. Стоимость водорода может быть еще ниже в тех странах, в которых хорошо развита возобновляемая энергетика.
Электровелосипед H2, сконструированный немецкой инженерной компанией Linde Group. Компактный топливный элемент, который заменил аккумулятор, генерирует энергию из накопленного водорода, а кислород берется из атмосферы
Еще один фактор — поддержка научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, имеющих целью снижение затрат на производство водорода. Сегодня на международной арене растет внимание к развитию этого направления. Водородная энергетика получает поддержку не только на корпоративном, но и на государственном уровне, развитые страны одна за другой утверждают специализированные государственные стратегии и дорожные карты.
Приведу несколько примеров. В конце 2019 года Австрия приняла собственную водородную стратегию, предусматривающую выделение серьезного финансирования на НИОКР в сфере водородной энергетики. В 2019 году объем средств, направленных на эти цели, составил $ 146 млн, из них на разработку НИОКР — почти $ 68 млн. На анализ технической осуществимости — почти $ 5 млн. На демонстрационные и пилотные проекты — $ 5 млн и $ 68 млн соответственно.
В мае 2020 года Еврокомиссия представила план восстановления экономики после кризиса, и нем отмечается, что водородная энергетика может стать одной из основных сфер финансирования. Общий объем финансирования водородного направления составит около € 2 млрд, из которых часть будет направлена на развитие «чистого» железнодорожного транспорта и дополнительно более € 20 млрд — на развитие «чистого» общественного транспорта.
Развивающиеся страны также включают водородную энергетику в национальные стратегии. Например, Бразилия включила ее в научный, технологический и инновационный планы развития страны. Южная Африка включила развитие транспорта на водородных топливных элементах в стратегию развития общественного транспорта. Значительное внимание развитию транспорта с применением водородных технологий уделяется и в Южной Корее.
В большинстве стран принимаются программы и проекты, направленные на законодательные мотивации создания новой отрасли — водородной энергетики. Кроме тех затрат, которые несут напрямую сами государства, активно поощряется развитие различных форматов частно-государственного партнерства, и здесь я могу назвать такие страны, как Япония, Германия, Нидерланды, Великобритания, Соединенные Штаты Америки, Южная Корея, Китай, Сингапур, Бельгия, Дания, Норвегия и Швеция.
Сегодня, по оценкам Водородного совета, мировой спрос на водород составляет около 116 млн тонн. При этом на чистый водород приходится 74 млн тонн в год, и еще около 42 млн тонн водорода используется в смеси с другими газами. В основном это синтез газа, представляющего собой смесь водорода с моноксидом углерода, используемого в качестве сырья и топлива для производства тепловой и электрической энергии. Крупнейшими потребителями водорода выступают нефтепереработка (33% совокупного спроса), производства аммиака (27%), метанола (10%) и металлургическая промышленность.
Потребление водорода для нужд различных сфер мировой экономики, начиная с 1975 года, увеличилось более чем в три раза и продолжает расти опережающими темпами. Согласно оптимистичному прогнозу Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA), мировой спрос на водород к 2050 году составит порядка 470 млн тонн.
Расширение областей применения водорода связано с его использованием как энергоносителя, и это наиболее перспективное направление развития водородной энергетики. Можно получать из водорода тепловую, электрическую энергию для промышленности, энергетики, транспорта и других экономических сфер.
С точки зрения мощности водородные технологии имеют широкий спектр применения: от нескольких ватт для бытовой электроники до мегаваттного уровня и выше — для стационарной энергетики. Кроме того, в будущем возможно замещение водорода в областях его сложившегося сырьевого применения водородом с низким углеродным следом, и это тоже стимулирует развитие мирового рынка водорода.
В то же время мировое сообщество (и наша страна — не исключение) сталкивается с определенными барьерами, стоящими на пути развития водородной энергетики. Первый — высокая стоимость низкоуглеродного водорода и как следствие — низкая конкурентоспособность водорода по сравнению с традиционными энергоносителями. Второй — недостаточные готовность и коммерциализованность технологий производства голубого и зеленого водорода. Оборудование, необходимое для его производства, стоит дорого. Третий — отсутствие необходимой инфраструктуры для хранения и транспортировки водорода; высокие энергозатратность и стоимость транспортировки (в первую очередь, в части сжижения водорода для его перевозки). Четвертый — ограниченность правовой базы.
Приведу несколько примеров. В конце 2019 года Австрия приняла собственную водородную стратегию, предусматривающую выделение серьезного финансирования на НИОКР в сфере водородной энергетики. В 2019 году объем средств, направленных на эти цели, составил $ 146 млн, из них на разработку НИОКР — почти $ 68 млн. На анализ технической осуществимости — почти $ 5 млн. На демонстрационные и пилотные проекты — $ 5 млн и $ 68 млн соответственно.
В мае 2020 года Еврокомиссия представила план восстановления экономики после кризиса, и нем отмечается, что водородная энергетика может стать одной из основных сфер финансирования. Общий объем финансирования водородного направления составит около € 2 млрд, из которых часть будет направлена на развитие «чистого» железнодорожного транспорта и дополнительно более € 20 млрд — на развитие «чистого» общественного транспорта.
Развивающиеся страны также включают водородную энергетику в национальные стратегии. Например, Бразилия включила ее в научный, технологический и инновационный планы развития страны. Южная Африка включила развитие транспорта на водородных топливных элементах в стратегию развития общественного транспорта. Значительное внимание развитию транспорта с применением водородных технологий уделяется и в Южной Корее.
В большинстве стран принимаются программы и проекты, направленные на законодательные мотивации создания новой отрасли — водородной энергетики. Кроме тех затрат, которые несут напрямую сами государства, активно поощряется развитие различных форматов частно-государственного партнерства, и здесь я могу назвать такие страны, как Япония, Германия, Нидерланды, Великобритания, Соединенные Штаты Америки, Южная Корея, Китай, Сингапур, Бельгия, Дания, Норвегия и Швеция.
Сегодня, по оценкам Водородного совета, мировой спрос на водород составляет около 116 млн тонн. При этом на чистый водород приходится 74 млн тонн в год, и еще около 42 млн тонн водорода используется в смеси с другими газами. В основном это синтез газа, представляющего собой смесь водорода с моноксидом углерода, используемого в качестве сырья и топлива для производства тепловой и электрической энергии. Крупнейшими потребителями водорода выступают нефтепереработка (33% совокупного спроса), производства аммиака (27%), метанола (10%) и металлургическая промышленность.
Потребление водорода для нужд различных сфер мировой экономики, начиная с 1975 года, увеличилось более чем в три раза и продолжает расти опережающими темпами. Согласно оптимистичному прогнозу Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA), мировой спрос на водород к 2050 году составит порядка 470 млн тонн.
Расширение областей применения водорода связано с его использованием как энергоносителя, и это наиболее перспективное направление развития водородной энергетики. Можно получать из водорода тепловую, электрическую энергию для промышленности, энергетики, транспорта и других экономических сфер.
С точки зрения мощности водородные технологии имеют широкий спектр применения: от нескольких ватт для бытовой электроники до мегаваттного уровня и выше — для стационарной энергетики. Кроме того, в будущем возможно замещение водорода в областях его сложившегося сырьевого применения водородом с низким углеродным следом, и это тоже стимулирует развитие мирового рынка водорода.
В то же время мировое сообщество (и наша страна — не исключение) сталкивается с определенными барьерами, стоящими на пути развития водородной энергетики. Первый — высокая стоимость низкоуглеродного водорода и как следствие — низкая конкурентоспособность водорода по сравнению с традиционными энергоносителями. Второй — недостаточные готовность и коммерциализованность технологий производства голубого и зеленого водорода. Оборудование, необходимое для его производства, стоит дорого. Третий — отсутствие необходимой инфраструктуры для хранения и транспортировки водорода; высокие энергозатратность и стоимость транспортировки (в первую очередь, в части сжижения водорода для его перевозки). Четвертый — ограниченность правовой базы.
Еще одна группа барьеров: водородная энергетика, как и другие отрасли, требует отдельного подхода и решения вопросов в области охраны окружающей среды, здравоохранения, промышленной безопасности.
Тем не менее впервые в энергетической стратегии нашей страны появились специальные разделы, посвященные развитию водородной энергетики и борьбе с изменениями климата. В этих разделах установлены соответствующие целевые показатели — ориентиры достижений к 2035 году; кроме того, предложен ряд мер для реализации этих направлений.
Наша страна обладает стратегическими преимуществами для развития водородной энергетики. В частности, это значительный энергетический потенциал и ресурсная база, в том числе в сфере «зеленой» энергетики, а также большие запасы пресной воды, невысокая, по сравнению с другими странами, стоимость электроэнергии и природного газа. Также стоит учесть наличие недозагруженных генерирующих мощностей, высокий потенциал развития объектов низкоуглеродной энергетики, таких как атомная генерация, гидрогенерация, ВИЭ. Не стоит забывать о логистических особенностях Российской Федерации и нашей близости к рынкам сбыта водорода — важные факторы для создания перспективной экспортно-ориентированной водородной энергетики. Кроме того, у нас есть отработанные промышленностью технологии получения водорода различными способами. А также имеется значительный научный задел в сфере транспортировки и хранения водорода.
Возвращаясь к теме энергетической стратегии — в ней предусмотрен комплекс мер, способствующих решению задач водородной энергетики. Сюда входят разработка и реализация мер государственной поддержки; создание инфраструктуры транспортировки и потребления водорода; обеспечение законодательной поддержки производства водорода; увеличение масштабов его производства как из природного газа, так и с использованием ВИЭ и атомной энергии; разработка низкоуглеродных производств водорода; стимулирование спроса на внутреннем рынке на топливные элементы на основе водорода и природного газа; а также использование водорода и энергетических смесей на его основе в качестве накопителей и преобразователей энергии для повышения эффективности централизованных систем энергоснабжения. Как раз последнее направление — одно из перспективных с точки зрения сотрудничества с Европейским Союзом.
Для того чтобы обеспечить реализацию этих мер, необходимо совершенствование (а где-то и создание новой) нормативной базы, которая позволит обеспечить безопасное применение водорода. Предусматриваются также развитие международного сотрудничества в этой сфере и выход на зарубежные рынки.
Тем не менее впервые в энергетической стратегии нашей страны появились специальные разделы, посвященные развитию водородной энергетики и борьбе с изменениями климата. В этих разделах установлены соответствующие целевые показатели — ориентиры достижений к 2035 году; кроме того, предложен ряд мер для реализации этих направлений.
Наша страна обладает стратегическими преимуществами для развития водородной энергетики. В частности, это значительный энергетический потенциал и ресурсная база, в том числе в сфере «зеленой» энергетики, а также большие запасы пресной воды, невысокая, по сравнению с другими странами, стоимость электроэнергии и природного газа. Также стоит учесть наличие недозагруженных генерирующих мощностей, высокий потенциал развития объектов низкоуглеродной энергетики, таких как атомная генерация, гидрогенерация, ВИЭ. Не стоит забывать о логистических особенностях Российской Федерации и нашей близости к рынкам сбыта водорода — важные факторы для создания перспективной экспортно-ориентированной водородной энергетики. Кроме того, у нас есть отработанные промышленностью технологии получения водорода различными способами. А также имеется значительный научный задел в сфере транспортировки и хранения водорода.
Возвращаясь к теме энергетической стратегии — в ней предусмотрен комплекс мер, способствующих решению задач водородной энергетики. Сюда входят разработка и реализация мер государственной поддержки; создание инфраструктуры транспортировки и потребления водорода; обеспечение законодательной поддержки производства водорода; увеличение масштабов его производства как из природного газа, так и с использованием ВИЭ и атомной энергии; разработка низкоуглеродных производств водорода; стимулирование спроса на внутреннем рынке на топливные элементы на основе водорода и природного газа; а также использование водорода и энергетических смесей на его основе в качестве накопителей и преобразователей энергии для повышения эффективности централизованных систем энергоснабжения. Как раз последнее направление — одно из перспективных с точки зрения сотрудничества с Европейским Союзом.
Для того чтобы обеспечить реализацию этих мер, необходимо совершенствование (а где-то и создание новой) нормативной базы, которая позволит обеспечить безопасное применение водорода. Предусматриваются также развитие международного сотрудничества в этой сфере и выход на зарубежные рынки.
«Водородный» план: подробности
План мероприятий по развитию водородной энергетики в Российской Федерации на 2020−2024 годы предусматривает:
- создание органов управления и координации;
- разработку концепции;
- разработку мер по стимулированию негосударственной поддержки;
- разработку мер поддержки реализации приоритетных пилотных проектов в области производства энергетического водорода;
- разработку мер господдержки экспорта энергетического водорода; разработку мер, стимулирующих внутренний спрос на водород и технологические решения на его основе в сферах промышленного производства, энергетики и транспорта;
- создание кластеров и полигонов в целях апробации и комплексного внедрения;
- разработку порядка отбора приоритетных пилотных проектов.
Денис Дерюшкин, руководитель аналитического центра ТЭК «Российского энергетического агентства Минэнерго»:
— Существует множество видов водорода. Мы стараемся придерживаться наиболее популярной, утвержденной в мире классификации — это так называемый водородный светофор. В соответствии с ней выделяются серый, голубой, желтый и зеленый водород; они различаются как технологией производства, так и углеродным следом.
Наиболее «грязным», с высоким углеродным следом, считается серый водород, произведенный традиционными способами: его углеродный след превышает 36,4 грамма СО2 на мегаджоуль (или 4,4 кг СО2 на 1 кг водорода).
Голубой водород — это водород, произведенный с помощью паровой конверсии метана или газификации угля, но только в том случае, если дополнительно применены технологии улавливания, захоронения или утилизации СО2.
Желтый водород — это водород, полученный путем электролиза воды с использованием электроэнергии, произведенной на АЭС.
Наиболее чистым, зеленым водородом принято называть водород, который также произведен с помощью технологии электролиза, но с применением электроэнергии, полученной на возобновляемых источниках энергии.
В мире существуют три самые популярные технологии получения водорода: паровая конверсия, газификация и электролиз.
Наиболее освоенная, доступная и экономически оправданная технология — это паровая конверсия метана. Главные ее недостатки — высокая эмиссия СО2 и серьезные энергозатраты. Но она самая дешевая.
На втором месте — газификация угля. Данная технология также хорошо известна и освоена, но при ней выбросы на порядок выше, чем в случае паровой конверсии метана.
Когда к этим технологиям добавляется система улавливания углекислого газа, они становятся намного менее «грязными», но сильно дорожают: стоимость выходящего водорода увеличивается на 70%.
Наиболее экологически чистая технология сегодня — электролиз. Соответственно стоимость водорода, получаемого с применением этой технологии, оказывается наиболее высокой среди всех рассмотренных.
Говоря об экономической эффективности, нельзя не упомянуть стоимость строительства соответствующих установок. Сегодня наиболее эффективный способ получения водорода с низким углеродным следом — его централизованное производство на базе технологии паровой конверсии или газификации угля, но только с применением улавливателей углекислого газа. При этом электролиз, как я уже сказал, — наиболее дорогой способ получения водорода. Оценочный CAPEX для установки производства водорода мощностью 50 тыс. тонн — более полумиллиарда долларов США, в то время как аналогичный показатель для паровой конверсии метана — от $ 150 млн до $ 400 млн.
Мы оценили производство водорода в России с использованием этих технологий на базе некой типовой установки по производству 50 тыс. тонн водорода в год. Оценка представлена с учетом ОРЕХ, САРЕХ и углеродного следа. Наиболее перспективными, экономически выгодными и экологически эффективными в России оказались технологии с низким углеродным следом: паровая конверсия метана с установленной системой улавливания углекислого газа, а также газификация угля с применением аналогичной технологии.
На третьем месте — электролиз с помощью электроэнергии на атомных реакторах, который тоже достаточно привлекательно выглядит экономически. К сожалению, сегодня электролиз на базе энергии ветряных и солнечных станций в России очень дорог. Однако, по прогнозам ряда аналитиков (в их числе —JPMorgan), стоимость электролиза в в ближайшие 30 лет снизится примерно в 10 раз.
Одна из потенциально перспективных технологий — пиролиз метана — его термическое разложение на углерод и водород; эта технология позволяет в процессе производства водорода избежать высоких выбросов СО2. Углеродный след в таком случае будет на уровне 2−5 кг СО2 на 1 кг водорода. Данная технология в перспективе обещает достаточно низкую стоимость водорода. К сожалению, уровень ее готовности в России значительно уступает ее развитию в мире.
Резюмирую: топ-три технологии на сегодня — это паровая конверсия метана с применением улавливателей СО2, технология электролиза, прежде всего на базе мощностей атомных электростанций, и пиролиз метана.
— Существует множество видов водорода. Мы стараемся придерживаться наиболее популярной, утвержденной в мире классификации — это так называемый водородный светофор. В соответствии с ней выделяются серый, голубой, желтый и зеленый водород; они различаются как технологией производства, так и углеродным следом.
Наиболее «грязным», с высоким углеродным следом, считается серый водород, произведенный традиционными способами: его углеродный след превышает 36,4 грамма СО2 на мегаджоуль (или 4,4 кг СО2 на 1 кг водорода).
Голубой водород — это водород, произведенный с помощью паровой конверсии метана или газификации угля, но только в том случае, если дополнительно применены технологии улавливания, захоронения или утилизации СО2.
Желтый водород — это водород, полученный путем электролиза воды с использованием электроэнергии, произведенной на АЭС.
Наиболее чистым, зеленым водородом принято называть водород, который также произведен с помощью технологии электролиза, но с применением электроэнергии, полученной на возобновляемых источниках энергии.
В мире существуют три самые популярные технологии получения водорода: паровая конверсия, газификация и электролиз.
Наиболее освоенная, доступная и экономически оправданная технология — это паровая конверсия метана. Главные ее недостатки — высокая эмиссия СО2 и серьезные энергозатраты. Но она самая дешевая.
На втором месте — газификация угля. Данная технология также хорошо известна и освоена, но при ней выбросы на порядок выше, чем в случае паровой конверсии метана.
Когда к этим технологиям добавляется система улавливания углекислого газа, они становятся намного менее «грязными», но сильно дорожают: стоимость выходящего водорода увеличивается на 70%.
Наиболее экологически чистая технология сегодня — электролиз. Соответственно стоимость водорода, получаемого с применением этой технологии, оказывается наиболее высокой среди всех рассмотренных.
Говоря об экономической эффективности, нельзя не упомянуть стоимость строительства соответствующих установок. Сегодня наиболее эффективный способ получения водорода с низким углеродным следом — его централизованное производство на базе технологии паровой конверсии или газификации угля, но только с применением улавливателей углекислого газа. При этом электролиз, как я уже сказал, — наиболее дорогой способ получения водорода. Оценочный CAPEX для установки производства водорода мощностью 50 тыс. тонн — более полумиллиарда долларов США, в то время как аналогичный показатель для паровой конверсии метана — от $ 150 млн до $ 400 млн.
Мы оценили производство водорода в России с использованием этих технологий на базе некой типовой установки по производству 50 тыс. тонн водорода в год. Оценка представлена с учетом ОРЕХ, САРЕХ и углеродного следа. Наиболее перспективными, экономически выгодными и экологически эффективными в России оказались технологии с низким углеродным следом: паровая конверсия метана с установленной системой улавливания углекислого газа, а также газификация угля с применением аналогичной технологии.
На третьем месте — электролиз с помощью электроэнергии на атомных реакторах, который тоже достаточно привлекательно выглядит экономически. К сожалению, сегодня электролиз на базе энергии ветряных и солнечных станций в России очень дорог. Однако, по прогнозам ряда аналитиков (в их числе —JPMorgan), стоимость электролиза в в ближайшие 30 лет снизится примерно в 10 раз.
Одна из потенциально перспективных технологий — пиролиз метана — его термическое разложение на углерод и водород; эта технология позволяет в процессе производства водорода избежать высоких выбросов СО2. Углеродный след в таком случае будет на уровне 2−5 кг СО2 на 1 кг водорода. Данная технология в перспективе обещает достаточно низкую стоимость водорода. К сожалению, уровень ее готовности в России значительно уступает ее развитию в мире.
Резюмирую: топ-три технологии на сегодня — это паровая конверсия метана с применением улавливателей СО2, технология электролиза, прежде всего на базе мощностей атомных электростанций, и пиролиз метана.
Оборудование для завода по производству водорода немецкой энергетической компании EWE
Денис Кляповский, заместитель директора Департамента станкостроения и инвестиционного машиностроения Минпромторга:
— В России 90% водорода потребляется в сфере химии и нефтехимии, основные способы его производства — паровая конверсия, а также электролиз на электростанции. К сожалению, доля возобновляемых источников энергии — менее 1%, поэтому производства зеленого водорода в нашей стране практически нет. Действующие нормативно-правовые акты не содержат стимулирующих мер по производству водорода на объектах возобновляемой энергетики, хотя теоретически можно было бы производить экологически чистый водород на ГЭС, АЭС, составляющих больше трети установленной мощности в энергетической системе России.
Страны Европейского Союза рассматривают использование водорода в рамках существующей сети газовых трубопроводов. Однако российские экспортеры опасаются, что добавление водорода в газотранспортную сеть приведет к изменению состава, качества, цены экспортируемого газа и к нарушению целостности технологического оборудования. В то же время они рассматривают проекты доставки водорода импортерам авто-, морским, железнодорожным транспортом, в сжиженном состоянии — в виде металлогидрида, в газообразном состоянии, в стальных и композитных емкостях.
Минпромторг изучил потенциал российских компаний и научно-исследовательских институтов, опросив более тысячи организаций и предприятий. На основе полученной информации мы готовим каталог технологических и производственных возможностей для формирования и развития водородной энергетики в России. Также мы обсуждаем с ведущими иностранными компаниями-партнерами создание производства водорода в РФ.
Подчеркну, что Минпромторг намерен сосредоточиться на реализации пилотных проектов, в которых максимально использовались бы отечественные технологии, а в случае их отсутствия — иностранные с возможностью локализации.
— В России 90% водорода потребляется в сфере химии и нефтехимии, основные способы его производства — паровая конверсия, а также электролиз на электростанции. К сожалению, доля возобновляемых источников энергии — менее 1%, поэтому производства зеленого водорода в нашей стране практически нет. Действующие нормативно-правовые акты не содержат стимулирующих мер по производству водорода на объектах возобновляемой энергетики, хотя теоретически можно было бы производить экологически чистый водород на ГЭС, АЭС, составляющих больше трети установленной мощности в энергетической системе России.
Страны Европейского Союза рассматривают использование водорода в рамках существующей сети газовых трубопроводов. Однако российские экспортеры опасаются, что добавление водорода в газотранспортную сеть приведет к изменению состава, качества, цены экспортируемого газа и к нарушению целостности технологического оборудования. В то же время они рассматривают проекты доставки водорода импортерам авто-, морским, железнодорожным транспортом, в сжиженном состоянии — в виде металлогидрида, в газообразном состоянии, в стальных и композитных емкостях.
Минпромторг изучил потенциал российских компаний и научно-исследовательских институтов, опросив более тысячи организаций и предприятий. На основе полученной информации мы готовим каталог технологических и производственных возможностей для формирования и развития водородной энергетики в России. Также мы обсуждаем с ведущими иностранными компаниями-партнерами создание производства водорода в РФ.
Подчеркну, что Минпромторг намерен сосредоточиться на реализации пилотных проектов, в которых максимально использовались бы отечественные технологии, а в случае их отсутствия — иностранные с возможностью локализации.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #8_2020