«Зеленый» водород России: приоритеты и перспективы

8 июля 2020 года в рамках реализации Парижского соглашения о климате была представлена стратегия развития водородной экономики ЕС, которая позволит достичь нейтральности к углероду к 2050 году. Приоритетом для Евросоюза в стратегии выдвигается использование так называемого «зеленого» водорода, производимого на базе ВИЭ, прежде всего энергии солнца и ветра.

В ЕЭС России доля угля в топливном балансе тепловой генерации составляет около 23%, а природного газа - около 72%. В соответствии с данными Российского энергетического агентства доля комбинированной выработки тепловыми электростанциями в 2016 году составляла около 30%.

Удельные выбросы СО2 на выработку электрической энергии (гСО2/кВтч) в целом по энергосистеме РФ на 26% ниже, чем в США, на 30% ниже, чем Германии, в два раза ниже, чем в Китае, на 41% ниже среднемировых значений, лучше, чем в Португалии, Мексике, Голландии, Японии, Южной Корее, Австралии, Индонезии, Индии, Польше, ЮАР и соответствуют уровню Дании и Италии.


Применение водорода в энергетике насчитывает более 100 лет, а первые промышленные образцы топливных элементов были созданы более 70 лет назад. Однако, водородная энергетика до настоящего времени не получила широкого развития. Основным тормозом к применению водорода в энергетике является то, что для получения водорода расходуется больше энергии, чем выделяется при его использовании. Водород извлекается при электролизе воды, что требует значительных затрат электроэнергии. С энергетической точки зрения процесс, очевидно, не имеет смысла. В то же время водород можно рассматривать как носитель для хранения/накопления электроэнергии, выработанной на ветровых и солнечных электростанциях, отличающейся по своей природе крайней нестабильностью.

Развитие ВИЭ создает проблемы ведения электрических режимов в энергосистеме Европейского союза. С целью обеспечения необходимого баланса производства и потребления электроэнергии в Европейском союзе реализуются программы развития систем накопителей. Ожидается, что к 2050 году вклад электролизеров в обеспечение электрических режимов будет доминирующим. Прогнозируемая установленная мощность электролизеров составит 537-560 ГВт, а их доля превысит 90% от общей электрической мощности накопителей.

Какую же реальную цель ставит перед собой такое объединение в единый комплекс не слишком эффективной по режимам генерации на ВИЭ и малоэффективной энергетически выработки водорода на электролизерах, в условиях значительной дороговизны такого странного симбиоза? Это скорее попытка ЕС решить непростую задачу увязки растущей нестабильности режимов ВИЭ с распределенным накоплением энергии в виде другого энергоносителя, в том числе проблему дефицита ископаемых энергетических ресурсов на территории Евросоюза и проблемы с надежностью функционирования электроэнергетической системы.

Основным тормозом к применению водорода в энергетике является то, что для получения водорода расходуется больше энергии, чем выделяется при его использовании.

Насколько массовой может быть такая экзотическая ниша в реальных энергетических системах крупных стран? Попробуем представить обобщенные «плюсы» и «минусы» надежд активного использования водорода в энергопромышленном комплексе.

Таблица 1. Сопоставление «надежд» и реалий перехода к массовому использования водорода в энергетике и промышленности

В последние месяцы активно обсуждается необходимость для нашей страны следовать в новом модном зарубежном тренде «водородной экономики». К сожалению, имеют место исключительно декларативные заявления без анализа последствий и влияния на конкурентоспособность отечественных товаров и услуг как на внешних, так и внутреннем рынках. Водородная стратегия Евросоюза, как мы видим – это попытка решить накопившиеся проблемы несбалансированного роста нестабильных мощностей ВИЭ в условиях надуманных «углеродных» ограничений. Но возникает правомерный вопрос о необходимости следования этому тренду в условиях абсолютной углеродной сбалансированности энергетики России (с учётом ~4% доли в мировой эмиссии СО2 и наличия практически 20% лесов планеты ) и совершенно иных проблем энергетического развития самой большой и холодной страны мира.

Если совсем немного заглянуть в прошлое, то мы увидим, что еще с конца 70-ых годов (когда Европа начала заниматься энергосбережением из-за резкого роста цен на нефть) в СССР активно развивалась широкая тематика атомно-водородных технологий (получение водорода с помощью высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов ВТГР) под руководством академиков В. Легасова, Н. Пономарева-Степного, Е. Велихова. Здесь не только получение относительно недорогого водорода с помощью ВТГР без выбросов любых продуктов сгорания, но целая линейка установок энерготехнологического комбинирования для металлургии, нефтехимии, отрасли минеральных удобрений, систем дальнего теплоснабжения. Увы, после Чернобыля и распада страны что-то забыто, что-то отправлено в архивы и ждет лучших времен. Уверены, наступает время активного возвращения разноплановых советских разработок в реальную практику.

*Россия присоединилась к Парижскому соглашению 23 сентября 2019 года, ратифицировав подписанный в 2015 году документ. В настоящее время значительная доля ГЭС, АЭС, комбинированной выработки ТЭЦ, а также малая доля угольной генерации в энергобалансе позволяют электроэнергетике нашей страны быть одним из мировых лидеров по чистоте выбросов парниковых газов.

Евгений ГАШО, доктор техн. наук, НИУ «МЭИ»