В телеграм-каналах «Энергетические стратегии» и Energy Market 18–19 июля прошел опрос на тему перехода мейджоров мирового нефтяного рынка к инвестициям в ВИЭ. Вопрос был сформулирован так: «Как вы считаете, переход мировых мейджоров нефтяного рынка на возобновляемые источники энергии — это дань политической моде или навсегда?»

Варианты предложенных ответов и результат опроса таковы:

Больше половины, принявших участие в голосовании (а это люди, профессионально интересующиеся энергетикой), не верят в долгосрочную положительную политику по инвестициям в ВИЭ. Особенно любопытно, что 14% (мы в том числе) поставили на «первый серьезный взрыв водорода».

У водородной экономики есть несколько проблемных аспектов. Прежде всего, это парниковая истерия. Эта истерия не имеет отношения к собственно экономике и очень напоминает истерию с озоновыми дырами, которая за счет замены рабочих тел во всех холодильных установках мира принесла миллиарды долларов прибыли в карманы заинтересованных лиц.

Внедрение совершенно новых водородных технологий возможно только за счет государственных бюджетов и добровольно-обязательных налогов на компании. Если отбросить парниковую истерию, то экономического смысла во внедрении водородной энергетики нет. На графике показана приведенная стоимость производства водорода (LCOH, стоимость за все время жизненного цикла, включая утилизацию).

Даже в «светлом водородном будущем» в 2025 году стоимость водорода от электролизеров на солнце и ветре составит не менее 1,6$/кг (в разных источниках приводятся близкие цифры). Цена природного газа на сегодня в районе $1,7–2 MMBtu, или около $72 за тысячу кубометров. При приведенных выше ценах одно и то же количество энергии при сжигании природного газа обойдется в шесть раз дешевле, чем при сжигании водорода. Поэтому получать водород из газа (основной на сегодня метод) — очевидное транжирство энергии, которая будет нагревать планету куда быстрее парникового эффекта. 

Если исходить из сегодняшних цен, текущая себестоимость произведенного из ВИЭ водорода колеблется в пределах $20–55 за 1 MMBtu, то есть разница в энергетической эффективности с газом составляет 10–30 раз.

Хотя считается, что КПД топливных элементов, преобразующих водород напрямую в электрический ток больше, чем у двигателей внутреннего сгорания — 60% против 40%, разница не настолько велика, чтобы перестраивать энергетику страны, строить водородные заправки и автомобили на водороде. К тому же ресурс топливных элементов в реальных условиях эксплуатации до конца не изучен, скорее всего, он будет много меньше ресурса доведенных до совершенства ДВС.

Второй, и куда более реальный, аспект водородной энергетики связан с попыткой сделать этот газ основным накопителем энергии от прерывистых ветро- и солнечных электростанций. Примерно в районе 30-процентной доли в энергосети ВЭС и СЭС начинаются серьезные проблемы с поддержанием стабильности энергоснабжения. Причем с распространением домашних солнечных панелей на крышах ситуация только усугубляется. Вот график средней нагрузки на сеть за пять лет для марта месяца в Калифорнии (США) (месяц с наиболее выраженным «горбом»). Его уже прозвали «калифорнийская утка». 

Видно, что нагрузка на сеть днем все меньше — солнце ярко светит и производит энергию с помощью солнечных панелей на крышах, к 21–22 часам солнце заходит, а в это время люди возвращаются с работы, включают домашние приборы, а в публичных местах включается освещение. С каждый годом кривизна «утки» растет, и для 2016 года перепад составил от 14 до 24 ГВт. Накладно держать в резерве для покрытия пика в 70% источники электроэнергии на газе и угле (для покрытия таких пиков атомные станции не слишком подходят).

Сейчас идет соревнование двух технологий накопления энергии: аккумуляторы и водород. В этой статье поговорим о водороде. Специалисты помнят катастрофу с дирижаблем «Гинденбург» 6 мая 1937 года на авиабазе Лейкхерст в городе Манчестер-Тауншип (Нью-Джерси, США). Этот технический шедевр имел длину 245 метров, диаметр 41,2 метра, четыре дизельных двигателя максимальной мощностью 1200 л.с. При попытке совершения посадки после сброса якорных канатов дирижабль внезапно загорелся и рухнул на землю, сгорев дотла за 34 секунды. В результате катастрофы погибло 35 человек на борту дирижабля (13 пассажиров и 22 члена экипажа), ещё 1 рабочий на земле погиб во время пожара.

Катастрофа на десятилетия стала напоминанием об опасности водорода. С тех пор приняты существенные меры по снижению риска работы с водородом, например, в водород еще в войну стали добавлять антидетонационные присадка, чтобы в случае чего он просто горел, а не взрывался (но эти присадки вредны для человека и экологии). Были разработаны разные методы хранения водорода, исключающие его взрыв, например, в форме гидридов. Но все решения не исключают главного — где-то должны быть источники и емкости для хранения больших объемов водорода. 

Сейчас водород применяется практически только в технологических процессах, например, при производстве аммиака, и регулярно напоминает о своей опасности. Так, воспламенение взрывоопасной смеси водорода с воздухом внутри емкости при проведении на ней огневых работ привело к взрыву на предприятии «Азот» компании «Уралхим» в Пермском крае в мае 2019 года, три человека погибли.

На одной из водородных автозаправок в Норвегии прошлым летом произошел взрыв такой мощности, что два человека получили ранения и попали в реанимацию, а в проезжавших мимо автомобилях сработали подушки безопасности. Тоже летом в США взорвался грузовик, перевозящий водород. В результате, Toyota и Hyundai приостановили продажи своих водородных автомобилей.

Пропано-бутановая смесь взрывается при содержании в воздухе в узком диапазоне 1,8–9,5%. Водород взрывается при практически любой концентрации — от 4 до 75 процентов. Поэтому с развитием водородной энергетики и появлением емкостей с водородом вероятность аварий резко возрастает. 

Теоретически можно  рассматривать водород для хранения энергии от ВЭС и СЭС в те моменты, когда они выдают избыточную для сети мощность, что иногда вынуждает станции продавать энергию по отрицательной цене. Возможно, при низкой цене ВИЭ и специально сконструированной для таких случаев структуре энергопотребления водородная технология была бы оправдана. Но перегонять водород по трубопроводам, чтобы получить на выходе топливо для автомобилей, — безумное расточительство. То же самое касается и тепла для отопления домов. Подходящие для отопления низкотемпературные накопители энергии могут напрямую питаться прерывистым электричеством, передаваемым по проводам, — аналогия дровяных печек в деревенских домах — без бессмысленного превращения электроэнергии в водород, а водорода снова в тепло.

Однако энергетикам приходится исходить из реальности: Европа и Япония готовы щедро платить за водород. Планы торговли водородом звучат как знакомая музыка, сопровождающая все грандиозные аферы: «Со временем трансграничная морская торговля водородом может кардинально изменить географию мировой торговли энергией, создать новый класс экспортеров энергии и изменить геополитические отношения и альянсы между странами». О других элементах «фантастики» в планах перевести энергетику на водород можно прочитать у Б. Марцинкевича.

Власти РФ решили воспользоваться моментом. Минэнерго разработало и направило в правительство «дорожную карту» «Развитие водородной энергетики в России» на 2020–2024 годы, смысл которой в том, что «Росатом» и «Газпром» начнут производить водород и экспортировать его за границу в чистом виде или, что проще, через существующие газовые трубы. По информации «Газпрома», в старые трубы можно добавить до 20% водорода, а в газопроводы типа «Северного потока» — до 70%. Энергостратегия РФ предполагает экспорт 200 тыс. тонн водорода к 2024 году, а к 2035 году — 2 млн тонн.

Дело за малым — готовы ли в Европе платить за объем водорода в поставляемой газовой смеси минимум в 14 раз больше, чем за природный газ (энергоемкость водорода в 3,5 раза больше, чем у газа, но он занимает в 7,3 раз больший объем)? До сих пор Европа не была замечена в чрезмерной расточительности.

Как вариант, надо подождать, когда природный газ подорожает до $560 за 1 тыс. куб. м для нулевой рентабельности водородной составляющей и до $700-800 для получения хоть какой-то прибыли. Еще один вариант — засчитывать водород в порядке взаимозачета при расчете углеродного налога при экспорте из России в Европу. Но пока все это из области фантазии.

Особо радует, что Россия не одинока в своих водородных планах. Министерство энергетики Украины рассматривает возможность постройки в стране завода по производству водорода, чтобы экспортировать его в ЕС, заявила и.о. главы ведомства Ольга Буславец. После уничтожения предприятий высоких переделов и щедрых гарантий «зеленой энергетике» в стране образовался процифит энергии. Особенно в тяжелом положении находятся атомные станции с их дешевым электричеством. Для загрузки АЭС на Украине рассматривают возможность занять их производством водорода или майнингом криптовалюты. Все лучше, чем глушить реакторы.

Материал подготовлен
Институтом развития технологий ТЭК (ИРТТЭК)