Детали водородного пейзажа — от электростанций до кораблей

Грузовики, автобусы, корабли и электростанции для покрытия пикового потребления — сферы применения, в которых водород имеет хорошие шансы.

Из неясного золотисто-голубого марева, в котором с трудом можно разглядеть мост и лодку, на зрителя стремительно мчится паровоз — единственная однозначно распознаваемая, но тоже размытая и до конца не определенная деталь пейзажа. Четко прорисована только паровозная труба. Так знаменитая картина «Дождь, пар и скорость» Уильяма Тёрнера передает ощущение технологического прогресса — сочетание скорости и неотвратимости неопределенного будущего, как бы скрытого за дождливой дымкой.

Уильям Тёрнер. Дождь, пар и скорость. 1844 г. Лондонская национальная галерея

Что мы сможем рассмотреть сегодня, если вглядимся в «пейзаж» водородного будущего, не менее размытый, чем поздние работы Тёрнера? Какие детали этого «водородного пейзажа» уже приобрели четкие очертания?

На этот вопрос помогают ответить недавно вышедшие рекомендации Национальной инфраструктурной комиссии Великобритании (NIC) под руководством сэра Джона Армитта, бывшего председателя комитета по проведению лондонской Олимпиады [1]. Рекомендации однозначно называют водород наравне с биоэнергетикой новым технологическим залогом перехода к «углеродной нейтральности», причем в рамках доклада внимание сосредоточено на водороде как «зеленом» топливе для маневренной генерации.

Совокупная стоимость владения энергосистемой Великобритании при различных сценариях сочетания ВИЭ с водородной генерацией. Источник: NIC

Согласно результатам моделирования, проведенного NIC, тепловая генерация на базе газовых турбин, использующих водород, полученный паровой конверсией из природного газа с применением технологий CCS, позволит снизить платежи потребителей электроэнергии почти на 30%. Сравнение ведется с вариантом роста доли ВИЭ и наращивания недостаточной базовой генерации за счет АЭС, который в настоящее время рассматривает британское правительство и Ofgem [2]. При применении более «зеленого», но более дорогого водорода, получаемого электролизом, стоимость владения энергосистемой Великобритании может как вырасти на 3%, так и снизиться на 6%, в зависимости от доли ВИЭ в энергобалансе.

Любопытно, что указанный экономический эффект достигается за счет того, что водород используется не только для покрытия пикового потребления, но также и в качестве топлива для базовой тепловой генерации, не имеющей при этом углеродного следа. Сценарий, который рассматривает NIC, предполагает, что водородная генерация заменит в планах 6 ГВт новых атомных мощностей и 13–16 ГВт имеющихся газовых и угольных мощностей, а также снизит покупку электроэнергии в ЕС на 20 ТВт·ч в год.

Газовая турбина Siemens SGT6–5000F (260 МВт) может работать на смести метана с 30% водорода. Источник: Siemens

Разработки водородных газовых турбин большой мощности, подходящих для использования в энергосистеме, ведут практически все ведущие машиностроительные концерны мира. По данным Siemens, возможность использования 100% водорода уже достигнута на турбинах мощностью 30–60 МВт, а на турбинах мощностью от 100 до 600 МВт возможно применение смеси метана с 30% водорода [3]. Обзор ETN Global оценивает технологически достигнутый уровень содержания водорода в топливе для газовых турбин в 60% [4]. Прогресс и большие инвестиции в этой области позволяют надеяться, что на горизонте 2035 года водородные газовые турбины выйдут на массовый рынок.

Существенными деталями «водородного пейзажа» ближайшего будущего станут различные транспортные средства на водороде. Доклад Wood Mackenzie оценивает количество автомобилей на водородных топливных элементах в дальнесрочной перспективе в 9 млн машин, что составляет весьма скромную долю рынка, особенно в сравнении с электромобилями [5]. Впрочем, пока что этот рынок растет почти на 250% в год, во многом в силу своей небольшой величины.

Грузовик Nicola One на водородных топливных элементах. Источник: Nicola Motors

Гораздо большие шансы водород имеет на тяжелом транспорте, особенно при применении в качестве топлива для автобусов и грузового автотранспорта. В этой сфере применения водород обладает экономическими преимуществами перед батарейным электрическим транспортом уже сегодня.

Беспилотный автономный катамаран Energy Observer с водородными топливными элементами и электрическими двигателями. Источник: MIT Tech. Rev.

Наконец, неожиданную перспективу для водорода открывают планы по декарбонизации морских грузоперевозок [6]. Международный совет чистого транспорта (ICCT) показал, что почти все тихоокеанские перевозки между Северо-Восточной Азией и США могут быть выполнены с применением водорода как судового топлива, причем 43% из них не потребуют для этого ни дополнительных дозаправок, ни уменьшения полезного объема на судах в пользу хранения на них водорода.

Таким образом, на «водородом пейзаже» ближайшего будущего все четче прорисовываются не только поезда, автобусы и грузовики, уже выходящие на рынок, но и корабли, а в более далекой перспективе, пока что еще в дымке неопределенности, уже становится виден абрис водородных электростанций.

Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.