Возобновляемый водород конкурентоспособен уже сегодня?

В научном журнале Nature Energy на днях опубликована статья, в которой утверждается, что водород, получаемый из возобновляемой электроэнергии, «уже конкурентоспособен по стоимости» в некоторых «нишах». При этом добавляется, что «полная конкурентоспособность» может быть достигнута примерно через десятилетие.

Данные выводы контрастируют с другими работами по возобновляемому водороду, которые отодвигают достижение конкурентоспособности на более отдалённую перспективу. Например, авторы недавнего немецкого исследования считают, что электролизный водород может (при ряде допущений) стать конкурентоспособным с природным газом где-то к 2040 году.

В некоторых научных публикациях содержится вывод, что также к 2040 году водород станет господствовать в сегменте долгосрочного (в том числе сезонного) хранения энергии.

Некоторые эксперты в энергетике скептически относятся к тому, что возобновляемый водород вообще будет когда-нибудь конкурентоспособным.

В то же время на сегодняшний день в технологически развитых странах сложилось понимание, что «возобновляемый» (или «зелёный»), то есть произведённый из ветровой или солнечной электроэнергии методом электролиза водород, в будущем займёт важное место в экономике.

Водород давно рассматривается в качестве потенциально важной низкоуглеродной замены природного газа (преимущественно метана) в энергетической системе наряду с внедрением возобновляемых источников энергии.

Он может быть использован для сокращения выбросов в промышленных процессах, таких как производство стали, которые требуют использования углеводородов для получения высоких температур. Или он может заменить природный газ в системах теплоснабжения зданий, уже подключенных к газовым сетям (с некоторыми модификациями котлов, трубопроводов и конфорок).

Для стран с холодным и умеренно холодным климатом, где пиковое потребление газа происходит в зимние месяцы, сезонное накопление энергии необходимо для дополнения системы с высокой долей возобновляемой энергии. «Зеленый» водород — одно из наиболее вероятных решений этой задачи.

Существует два основных способа получения низкоуглеродного водорода. Первый – это риформинг, при котором природный газ «превращается» в водород и CO2. Добавление в процесс технологий улавливания и хранения углерода (CCS) означает, что этот CO2 не будет выпущен в атмосферу (но это дорого и вряд ли позволит избежать выбросов на 100%).

Второй путь — электролиз воды с использованием возобновляемого электричества. Однако в настоящее время считается, что это более дорогая альтернатива, чем технологии преобразования ископаемого топлива (даже с CCS).

Другие возможные способы получения водорода, такие как «термохимическое расщепление воды» или искусственный фотосинтез, находятся на более ранних стадиях разработки.

Рассматриваемая сегодня статья оспаривает точку зрения, что «зеленый» водород ещё долго будет оставаться неконкурентоспособным. Авторы подсчитали «с точки зрения инвестора», что водород, полученный из энергии ветра в Германии и Техасе, уже является экономически выгодным для малых и средних потребителей газа, которые обычно платят за сырье больше.

В статье также утверждается, что возобновляемый водород станет конкурентоспособным с крупномасштабным промышленным производством водорода на основе ископаемого топлива в следующем десятилетии или около этого. Это объясняется падением стоимости энергии (в данном случае) ветра и технологий электролизеров.

Данная ситуация изображена на графике ниже. Согласно исследованию, возобновляемый водород в настоящее время экономически жизнеспособен в некоторых случаях. В контексте статьи это означает, что он может обеспечить более высокую отдачу для инвесторов, чем инвестиции в ВИЭ электростанцию без водорода, — если водород продается по цене минимум 3,23 доллара США за килограмм в Германии и 3,53 доллара США за кг. в Техасе.

В Германии довольно посредственный ветровой потенциал, поэтому в других регионах, где средняя скорость ветра выше, производство водорода, при прочих равных условиях, может быть выгоднее, отмечают авторы.

Следует отметить, результаты исследования показывают, что возобновляемый водород успешно конкурирует с водородом, произведенным из ископаемого топлива, даже если не используются технологии CCS. В этом смысле производства водорода из природного газа с CCS не имеет смысла, поскольку добавляет в процесс дополнительный «стоимостной барьер».

Авторы используют несколько допущений, благодаря которым в статье сделан благоприятный вывод относительно водорода, получаемого из возобновляемых источников энергии.

Во-первых, авторы пришли к выводу, что стоимость электролизёров быстро падает (см. график ниже). Исследователи проанализировали стоимость электролизных технологий на основе разных источников, включая данные производителей, операторов установок, статьи в научных журналах и другие доклады. Кроме того, эффективность преобразования водорода в электричество также улучшилась.

Во-вторых, результаты научной работы основываются на условии «оптимального размера мощности» ВИЭ-электростанций и электролизных установок. Например, если ветряная турбина в среднем работает с КИУМ 30%, то любая установка Power-to-Gas, установленная при ней, должна быть рассчитана на использование не большего количества энергии.

В-третьих, в статье предполагается, что энергия ветра со временем станет намного дешевле. Прогнозируется, что цены новых ветряных турбин будут снижаться на 4% в год и упадут примерно в два раза к 2030 году. Также предполагается, что их КИУМ будет расти на 0,7% в год. [Хотя эти предположения основываются на ряде источников, мне они представляются чересчур оптимистичными – В.С.]. В результате LCOE ветровой энергии в Германии снизится с нынешних 54 евро за мегаватт-час сегодня до 33 евро/мегаватт-час к 2030 году. Аналогичное снижение предполагается и для Техаса.

Получение дешевого водорода при такой стоимости ВИЭ электроэнергии –также довольно агрессивное предположение.

Представленная научная статья содержит расчёты, на основе которых делаются выводы о скором наступлении «полной» рыночной конкурентоспособности «зеленого» водорода.

Мы здесь не верифицируем эти расчёты и допущения, лишь отмечаем, что некоторые условия представляются нам слишком оптимистичными.

Тем не менее, исследование помогает обосновать гипотезу, что возможно существенное снижение стоимости электролитического водорода, и что в конечном итоге водород может играть более важную роль в энергосистеме.

Результаты исследования показывают, что регуляторы «не должны игнорировать водород» при рассмотрении вопроса о том, как перейти к энергосистеме, основанной на возобновляемой энергии, говорят авторы.

Дешевый водород из возобновляемых источников облегчает полную декарбонизацию экономики с помощью преобразования энергии в газ или жидкости.