Водородная энергетика покоряет континенты

К такому заключению пришли эксперты Центра энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО, оценившие объемы и эффективность международной поддержки водородных технологий, достигнутые в этой сфере реальные успехи и ожидания мировых аналитиков и обобщившие свои выводы в исследовании «Водородная экономика – путь к низко­углеродному развитию». Сегодня энергетическое использование водорода составляет 1‑2 % от общих объемов его потребления.Но в ближайшие три десятилетия водород должен занять достойное место в «большой» энергетике, на транспорте, в секторе отопления и энергоснабжения жилых зданий (в том числе – автономного), в промышленности (в качестве источника сырья и заменителя традиционных углеводородов).

На стороне водородных технологий «работает» общемировой курс на снижение выбросов парниковых газов (именно водород является одним из самых эффективных способов создания долгосрочных хранилищ энергии, сравнимых только с ГАЭС, но значительно превосходящих их по потенциалу). Водород отличает относительное удобство долгосрочного масштабного хранения и транспортировки на любые расстояния, в том числе с использованием уже имеющейся инфраструктуры, связанной с природным газом и СПГ. Транспортировка становится альтернативой развитию магистральных электрических сетей, и это открывает новые возможности для стран и регионов, богатых возобновляемой энергией, но удаленных от центров потребления энергии.

Для водорода не обязательно создавать собственную трубопроводную систему – можно использовать уже имеющуюся, построенную для природного газа. Для многих стран Европы и США такая технология – всего лишь «хорошо забытое старое», ведь с XIX до середины XX века во многих городах существовали системы газоснабжения «городским газом» (towngas), полученным искусственно из угля. И наконец, спрос на водородные технологии «подогревает» развитие распределенной энергетики, повышающее спрос на топливные элементы (ТЭ), которые могут служить основой для создания электростанций мощностью от нескольких кВт до десятков МВт, использовать не только чистый водород, но и природный газ (временно), биогаз, синтетический газ. Топливные элементы (ТЭ), подобно традиционным ТЭС, могут изменять нагрузку в зависимости от спроса потребителей на энергию в широком диапазоне и в то же время нуждаются в регулярных поставках топлива. При этом они экологически чистые и могут обеспечивать (в случае работы на водороде) практически нулевой углеродный след вырабатываемой энергии – подобно солнечным и ветряным электростанциям.

Безусловный лидер в применении ТЭ – Япония, провозгласившая курс на построение первого в мире общества, основанного на водороде. Только в рамках проекта Ene-Farm, поощряющего внедрение водородных ТЭ для домашнего применения, в 2018 году было установлено 50 тысяч домашних электростанций на ТЭ, а к концу года общее количество таких электростанций выросло почти до 300. В рамках Ene-farm домохозяйства Страны восходящего солнца получают субсидии за установку у себя когенерационных электростанций на ТЭ.Только в минувшем году в федеральном бюджете Японии было предусмотрено около 70 млн долларов США на предоставление таких субсидий для жилого и коммерческого секторов.

Этот рынок также развивается в Южной Корее, США и Германии – в первую очередь, благодаря мерам поддержки со стороны регуляторов. И все‑таки ТЭ остаются более дорогостоящими, чем их основной соперник – ВИЭ. За последние 8 лет возобновляемые источники энергии сумели «отыграть» почти двукратный разрыв в приведенной стоимости электроэнергии с топливными элементами. Динамика рынка стационарных ТЭ пока что недостаточна для реализации амбициозных планов, таких, как ориентиры, заложенные в водородной программе Японии (предполагают установку 1,4 миллиона ТЭ к 2020 году, 5,3 миллиона – к 2030 году). Пока что годовые объемы продаж стационарных ТЭ во всем мире ненамного превышают 50 тысяч штук в год. Для сравнения, объемы продаж солнечных мини-электростанций только для работы в изолированном от энергосистемы режиме (off-grid) в 2014‑2017 годах составляли 25‑30 миллионов штук в год.

Водородные технологии находят широкое применение и в транспортной отрасли, и это неудивительно – первые водородные автобусы, машины и фургоны на двигателях внутреннего сгорания появились еще в середине прошлого века. Но будущее водородного автотранспорта оказалось связано не с ДВС, а с ТЭ, выигрывающими благодаря отсутствию шума, выхлопов, высокой теоретической эффективности преобразования энергии. Уже созданы мелкосерийные производства работающих на водородных ТЭ легковых автомобилей, дальность пути которых сравнима с ДВС (относительные недостатки таких моделей – высокая стоимость, необходимость дорогостоящей инфраструктуры).

Перспективными областями применения водородного транспорта являются также автобусные и грузовые перевозки, железнодорожный транспорт. Так, в Германии дизельный поезд заместили водородным производства компании Alstom, которая не только обслуживает поезда, но и устанавливает заправочные станции, создает инфраструктуру совместно с компанией-заказчиком. В будущем потребителями таких услуг могут стать государственные органы, региональные поставщики железнодорожных услуг, железнодорожные компании (частные и государственные).

Наибольшее развитие и рост водородный транспорт на топливных элементах показывает в Германии, США (Калифорния), Южной Корее и в Японии. В каждой из этих стран существуют различные программы поддержки развития водородного транспорта – как государственные, так и консорциумы представителей индустрии, такие, как H2Mobility в Германии, H2USA и CaFCP в США, HySUT в Японии. Как показывает международный опыт, поддержка исследований и разработок, внедрения технологий и развития инфраструктуры необходимы для развития водородного транспорта и для быстрого достижения возможности конкурировать по стоимости с автомобилями на углеводородном топливе и электромобилями.

А как обстоят дела в России? Пока что участие нашей страны в практическом применении, не говоря о коммерциализации водородных технологий, выглядят более чем скромно, несмотря на общеизвестные достижения в относительно недавнем прошлом. Как известно, первый самолет с одним из двигателей на водородном топливе был создан в конце 1980‑х именно в СССР на базе авиалайнера ТУ-154. Жидкий водород стал топливом для американской и советской космических программ, в первую очередь – для SpaceShuttle и «Бурана».

«Россия пока (за точечными исключениями) остается в стороне от международных сообществ и партнерств, развивающих водородные технологии, хотя университеты и институты Российской Академии наук имеют значительные взаимосвязи с коллегами во многих странах, – признают эксперты Центра энергетики. – В первую очередь, это объясняется тем, что климатическая повестка и декарбонизация играют малозначительную роль в энергетической стратегии нашей страны. Национальное регулирование сферы выбросов парниковых газов, как и национальная стратегия низкоуглеродного развития, находятся в стадии формирования. Среди стейкхолдеров преобладает осторожное, консервативное отношение как к проблеме антропогенной природы глобального изменения климата, так и к целесообразности России брать на себя серьезные обязательства по сокращению выбросов парниковых газов. Все это вместе взятое существенно сдерживает развитие не только водородных, но и любых низкоуглеродных технологий (возобновляемой энергетики, энергоэффективности, электротранспорта и так далее).

При этом в нашей стране существуют заделы и научные разработки в сферах производства, хранения и транспортировки водорода, а также его использования на мобильном транспорте. Крупнейшие российские энергетические компании – «Газпром» и «Росатом» – работают над технологиями получения водорода с минимальным углеродным следом – за счет адиабатической конверсии метана и высокотемпературных атомных реакторов. Несколько исследовательских центров и компаний, в том числе Институт проблем химической физики РАН, Центр автономной энергетики МФТИ, топливная компания «Росатома» «ТВЭЛ», развивают технологии топливных элементов. Уже имеющаяся газотранспортная инфраструктура (с учетом новых проектов газопроводов) и растущая отрасль сжиженного природного газа (СПГ) создают долгосрочные предпосылки для развития производства «голубого» водорода с минимальными затратами на сырье и экспорта готового продукта трубопроводным транспортом и в сжиженном виде. К предпосылкам развития производства «чистого» водорода стоит отнести и высокую долю генерации с минимальным углеродным следом – АЭС и ГЭС. Такой водород будет фактически «зеленым» даже без развития солнечной и ветряной энергетики, что привлекает международных игроков. Так, по соглашению, подписанному на Восточном экономическом форуме осенью 2017 года, Kawasaki Heavy Industries должна актуализировать технико-экономическое обоснование проекта экспорта водорода, произведенного в Магаданской области, в Японию. Этот проект пока не получил развития, но по мере развития инфраструктуры на Дальнем Востоке и удешевления технологий электролиза и логистики водорода интерес к подобным инициативам, очевидно, будет только расти. С другой стороны, развитию таких проектов мешает несовершенство нормативной базы, в том числе и «зеленых сертификатов» в электроэнергетике.

Пока декарбонизация не стала мейнстримом в российской энергетической политике, драйвером для развития спроса на водород может выступать транспортный сектор. При этом водородный электротранспорт может оказаться предпочтительнее аккумуляторного, поскольку в этом случае исключается негативное влияние низких температур наружного воздуха на запас хода. Так, в 2015 году проект создания пилотной водородной заправочной станции и автобусного маршрута был предложен для Екатеринбурга, города, близкого к разработчикам топливных элементов и систем хранения водорода. К сожалению, системы хранения электроэнергии для электробусов пока закупаются в Китае. Второе возможное направление развития – автономная энергетика на базе топливных элементов для труднодоступных объектов, таких, как вышки сотовой связи, оборудование, которое обслуживает магистральные газопроводы и нефтепроводы, удаленные поселки и так далее.

«В России есть не только огромные неиспользованные ресурсы для встраивания в новый глобальный рынок, но и собственные теоретические технологические разработки (правда, пока далекие от коммерциализации) и перспективный внутренний спрос, – подчеркивают эксперты. – Зародившийся мировой водородный рынок, очевидно, будет конкурировать с рынками углеводородов, на которых позиции России кажутся сейчас незыблемыми, и в этом смысле стратегия игнорирования или даже борьбы с новым может казаться привлекательной в краткосрочной перспективе. Но в долгосрочной перспективе такая стратегия создаст риски замедления темпов роста национальной экономики – не только из‑за падения спроса на углеводороды, но и в связи с торможением развития инновационного сектора в промышленности.

Ответом на эти глобальные вызовы может стать встраивание водородных технологий в российскую энергетическую стратегию и стратегию низкоуглеродного развития – или принятие отдельной национальной водородной программы. И здесь нам могут пригодиться три основания для глобального водородного рынка, выделенные британской консалтинговой компанией FrontierEconomics (специализирующейся, в частности, в области декарбонизации) и позволяющие не «изобретать велосипед». Во-первых, важно обеспечить технологическое развитие – освоение и снижение стоимости всех элементов цепочек монетизации «зеленого» водорода, а также дополняющих технологий – улавливания и хранения СО2, паровой конверсии метана и других. Во-вторых, необходима поддержка рынка и устойчивого спроса на водород – прежде всего, для потребителей, которые заинтересованы покупать «зеленый» водород и его производные. В-третьих, ключом к успеху является привлечение международных инвестиций, создание механизмов компенсации коммерческих, валютных, межкультурных и страновых рисков.

Российская программа, базируясь на этих трех столпах, может включать такие элементы, как развитие пилотных проектов по экспорту водорода, развитие водородных кластеров на внутреннем рынке (включая создание нескольких опорных «водородных кластеров» с ориентацией на рынки сбыта и центры компетенций – Москву, Санкт-Петербург, Новосибирск, Красноярск, Екатеринбург и другие города).

Необходимо и развитие водородных фундаментальных и прикладных исследований (с инвентаризацией имеющихся заделов и координацией НИОКР, специализацией на тех сферах, в которых у России уже есть разработки, и на тех, которым уделяется меньше внимания в других национальных программах, концентрацией на рынках будущего и исключением «изобретения велосипеда» – на основе предварительного анализа статуса водородных технологий и прогноза по их развитию за рубежом).

К числу важнейших задач государственного значения стоит отнести образование в области водородных технологий, государственную координацию «водородной» политики (с созданием отдельного департамента внутри Министерства энергетики), определение ключевых показателей эффективности по переделам и годам реализации программы с механизмами их корректировки, создание единой информационной платформы, а также системы мер стимулирования крупного и малого бизнеса (через налоги, льготы, заказы) и локализации технологий.

Наконец, нельзя обойтись без международного сотрудничества, как на основе технологических партнерств, так и путем вхождения в международные водородные организации и платформы. Определение позиции государства по этому вопросу во многом определит отношение к нему крупных компаний, многие из которых уже имеют планы и разработки в области водородных технологий, но пока не отдают им приоритета.

** Авторы исследования – Татьяна Митрова, директор Центра энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО, Юрий Мельников, старший аналитик по электроэнергетике, Дмитрий Чугунов, консультант Центра энергетики, а также приглашенный соавтор – Алия Глаголева, научный сотрудник Центра энергетических технологий (Сколковский Институт науки и технологий).

-------------------------------------------------------------------

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.