VALTEC

Воднева перспектива

С. Шовкопляс

Існує багато заяв про амбітні плани щодо масштабного залучення водню до «енергетичного кошика» людства, фактична кількість «блакитного» (отриманого «низьковуглецевими» технологіями) та «зеленого» водню (з відновлюваної енергії), що зараз виробляється, є незначною. Поступово такий стан речей змінюватиметься. Але постають два ключові питання: коли і наскільки?

Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, але доступний для людей здебільшого у складі таких сполук, як викопне паливо, гази та вода. Потрібна велика кількість енергії, щоб вивільнити молекули водню із сполук – або в «блакитній» формі за допомогою парового риформінгу природного газу та технологій поглинання вуглецю (Carbon Capture and Storage, CCS), або у вигляді «зеленого» водню із води за допомогою електролізу з використанням суто відновлюваної електроенергії.

В окремому найновішому прогнозі аналітично-консалтингової групи у DNV щодо імплементації водню та його ролі у «енергетичному переході» людства, визнається, що водень, імовірно, задовольнить до 2050 року лише 5% світового попиту на енергію – втричі(!) менше, ніж це повинно було бути за сценарієм для досягнення цілей Паризької кліматичної угоди та глобальної декарбонізації енергетики та промисловості.

Попри це, ситуація, що наразі складається в Європі, в тому числі через масштабну війну РФ проти України та енергетичну кризу, спровоковану та підтримувану Росією, насамперед розвивається у напрямку відмови від викопного вуглеводневого палива з РФ, що стимулює розвиток відновлюваних технологій та пошуку інших джерел безвуглецевої чи низьковуглецевої енергії. Отже ймовірно, водень в Європі займатиме у енергетичному балансі 2050 року приблизно 11%.

Кількість у 5% у всьому світі – це насправді досить багато – означає понад 200 мільйонів тонн водню як енергоносія. П'ята частина цієї кількості становитиме синтезований аміак, ще п'ята частина – це транспортне паливо, наприклад хімічно синтезований метанол та інше «чисте» авіаційне паливо, а решта – водень у чистому вигляді. Глобальні витрати на виробництво водню для енергетичних цілей до 2050 року становитимуть $6,8 трлн, додатково $180 мільярдів буде витрачено на водневі трубопроводи та $530 мільярдів – на будівництво та експлуатацію терміналів для аміаку. Розрахунки показують, що найбільш реалістична картина наразі така – водень досягне частки 0,5% у світовому кінцевому енергетичному балансі в 2030 році і зросте до 5% у 2050 році, хоча частка водню в енергетичному балансі деяких регіонів світу буде щонайменше вдвічі перевищувати ці відсотки, див. рис. 1.

Зображення водень виробництво Рис. 1. Глобальне виробництво енергетичного водню та його похідних.
Прогноз до 2050 р.. Джерело – DNV Energy Transition Outlook 2022

До 2050 року понад 70% водню буде зеленим. Через втрати енергії, пов’язані з отриманням зеленого водню, в ідеалі відновлювані джерела енергії повинні спочатку використовуватися для відмови від вугілля та, до певної міри, природного газу з електричної мережі. На практиці буде деяке дублювання, оскільки водень є важливою формою зберігання енергії, отриманої від змінюваних відновлюваних джерел енергії (сонце й вітер). Тепер зелені водневі технології є певною підтримкою вітровим та сонячним станціям, розбудова цих джерел тепер є взаємопов’язаною з розвитком водневих застосунків.

Водень є достатньо дорогим і неефективним порівняно з прямою електрифікацією від відновлюваних джерел. Багато в чому його не слід розглядати як ефективне джерело енергії з низьким вмістом вуглецю. Однак водень в енергетичному переході є вкрай необхідним. Певним чином його можна застосовувати для накопичення чи корисного використання надлишків енергії з ВДЕ та швидкого зворотнього її використання для пікових потреб. Водень особливо потрібен у тих галузях, які важко або неможливо електрифікувати, як-от авіація, судноплавство та промислові процеси з високим споживанням тепла.

Водень транспортуватиметься трубопроводами на середні відстані всередині країн і між ними, але майже ніколи між континентами. Аміак безпечніше і зручніше транспортувати морем, а до 2050 року 59% аміаку, пов’язаного з енергетикою, буде товаром для міжконтинентального постачання.

Пряме використання водню у виробничому секторі буде переважати там, де він замінюватиме вугілля та газ у високотемпературних процесах. Розширення використання водню у таких галузях, як виплавка чавуну та металургійна промисловість, розпочнеться наприкінці 2020-х років.

Похідні водню, такі як аміак, метанол та синтетичний гас (наприклад, авіаційний керосин), відіграватимуть ключову роль у декарбонізації важкого транспортного сектору (авіації, морського транспорту та частини вантажних перевезень), але таке споживання почне розширюватися лише наприкінці 2030-х років.

Широко анонсовані наразі водневі легкові чи пасажирські транспортні засоби направду не будуть занадто активно поширюватися з огляду на розвиток та покращення технологій електромобілів. Проте буде обмежене споживання водню у виробництві електроенергії, в тому числі для зарядки електромобілів. Водень для опалення будівель, як правило, буде змішуватися з природним газом, лише у деяких регіонах водень буде одразу використовуватися в чистому вигляді, особливо там, де він видобуватиметься із надлишку відновлюваної енергії, але застосування чистого водню як первинного палива для будівель не матиме глобального масштабу, див. рис. 2.

Зображення водень застосування Рис. 2. Сфери застосування водню та його похідних.
Прогноз до 2050 р.. Джерело – DNV Energy Transition Outlook 2022

У деяких країнах, наприклад у Великобританії, воднево-газова суміш або чистий водень певною мірою може доставлятися кінцевим споживачам для енергопостачання будівель через існуючі газорозподільні мережі з нижчими витратами, ніж за масового переходу на електроенергію, що буде характерним для інших країн.

Оскільки водень має вирішальне значення для глобальної декарбонізації, постають питання безпеки. Направду водневі установки можуть бути такими ж безпечними або навіть безпечнішими, аніж всюди застосовувані тепер установки природного газу.

Найближчим часом буде існувати багато водневих ланцюгів створення доданої вартості, які конкуруватимуть не лише за вартістю, а й за термінами імплементації, географією, інтенсивністю викидів, критеріями прийнятності ризику, екологічною чистотою та пристосованістю до кінцевого використання.

Європа має дуже амбітні плани щодо розвитку водневих технологій. Наразі це один із головних напрямків дій, пов’язаних із відмовою від природнього газу з Росії. Отже,можна очікувати навіть розширення зусиль Європи у впровадженні водневих технологій.

Європейський альянс чистого водню (European Clean Hydrogen Alliance) вже має кілька сотень проектів по всій Європі, але їх набагато більше в усьому світі. Передбачається, що проекти зеленого водню будуть об’єднуватися та утворювати великомасштабні ланцюги створення додаткової вартості регіонального чи навіть міжконтинентального рівня.

Оцінку собівартості можна проілюструвати за чотирма сценаріями, що постачатимуть зелений водень до Північно-Західної Європи – найбільшого наразі споживача природнього газу. Результати поточної оцінки з точки зору оптимізованої середньозваженої вартості (LCOE) водню наведені на рис. 3.

Зображення вартість водню Рис. 3. Оцінка середньозваженої вартості (LCOE) водню за 4-ма різними технологіями видобутку.
Джерело – DNV Energy Transition Outlook 2022

Рис. 3 показує, що водень із сонячних фотоелектричних батарей має порівняно найнижчу LCOE в ланцюжку створення доданої вартості, якщо він виробляється у сприятливому місці та з оптимізованою потужністю обладнання. Однак транспортування великими трубопроводами додає значних витрат, і цей ланцюжок вартості може бути економічно вигідно реалізований лише у великих масштабах. Проте навіть з урахуванням транспортних витрат, водень із СЕС все одно матиме найнижчу LCOE.

Якщо витрати, пов’язані з трансконтинентальним транспортуванням (узагальнені як «логістика» на рисунку 3), не брати до уваги, то вартість водню, здобутого, наприклад, на СЕС десь на півдні Іспанії буде близькою до $2,1 за кг H2. Це привабливі ціни для будь-якої галузі, яка потребує зеленого водню, і стимулюватиме місцевий попит. Справді, найбільший в Європі проект генерації зеленого водню наразі формується на півдні Іспанії – це проект «HyDeal», який планується розпочати втілювати у 2025 році та повністю ввести в експлуатацію до 2030 року, матиме загальну встановлену потужність 9,5 ГВт сонячної частини електростанції та 7,4 ГВт потужності електролізерів. За проектом «HyDeal» місцевим виробникам буде постачатися водень для продукування «зеленої» сталі, аміаку і добрив. Вартість буде конкурувати із цінами на природній газ (у перерахунку на енергію), що може постачатися до півдня Іспанії з будь-яких напрямків.

У довгостроковій перспективі виробництво водню може виявитися альтернативою оснащенню сонячних фотоелектричних установок великими батареями-накопичувачами.

Середньозважена вартість «морського» водню є другою найнижчою позицією – близько $4,1 за 1 кг. Ланцюг створення додаткової вартості від водню з морського вітру може бути реалізований за відносно короткий проміжок часу.

Водень з геотермальної енергії, наприклад, здобутий в Ісландії, виявляється більш витратним, ніж ланцюг створення вартості на сонячних фотоелектричних та вітрових установках, головним чином через вартість транспортування морем і необхідного зрідження водню. Однак це не виключає можливості виробництва водню в Ісландії для задоволення місцевого попиту і, зрештою, для міжнародного експорту. Зрідження та морське транспортування водню додає значних витрат, що робить його напряму неконкурентоспроможним. Але якщо водень стане основою конкурентоспроможного виробництва аміаку, це різко посилить можливості і щодо бункерування, і щодо широкого експорту.

Водень, вироблений ядерною енергетикою, є найдорожчим із чотирьох розглянутих на рис. 3 ланцюгів створення додаткової вартості. Лише економічні аргументи не переконають інвесторів фінансувати саме в цей ланцюжок вартості. Потрібне державне фінансування або гарантії. Обмеження відновлюваних ресурсів, обмеження землекористування, безпека постачання та аргументи щодо енергетичної незалежності можуть викликати політичну підтримку, незалежно від собівартості.

Гібридна робота атомної станції (виробляється як енергію, так і водень) може мати експлуатаційні переваги – уникнення роботи з пуском-зупинкою та частковим навантаженням, тобто коли виробництво та використання водню є певним буфером, що убезпечує від коливань споживання електроенергії в мережі та надає можливість експлуатації АЕС у найбільш оптимальному сталому режимі.

Європа наразі розробляє проекти використання частини трубопроводів природнього газу та створення суто водневих європейських магістралей, що будуть з’єднуватися з великомасштабними сховищами у соляних печерах чи на вичерпаних родовищах природного газу, для розвитку широко інтегрованого ринку зеленого водню в Європі.

Перспективи застосування «зеленого» та «блакитного» водню є дуже широкими та дуже диверсифікованими, і воднева технологія вже найближчим часом впливатиме на глобальну енерготранзицію дуже помітним чином.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm та корисні відео на Youtube-каналі. Долучайтесь!

Переглянуто: 1 521

Вас може зацікавити:



Залишити коментар

Telegram