На заре водородного века

Государство готовит новый технологический задел
20.11.2020
Константин Честнов

Резко возросший в последнее время интерес к водороду объясняется не только его безуглеродным характером, то есть возможностью вырабатывать из него энергию без выбросов углекислоты. Водород интересен тем, что его можно получать практически в неограниченных количествах - если не из природного газа, то из воды. Себестоимость производства - это особый вопрос.

Если взять компанию «Транснефть», которая владеет системой магистральных нефтепроводов протяжённостью в 68 тысяч километров, и посчитать количество энергии, заключённое в технологической нефти внутри этих нефтепроводов, то в сравнении с ним мировой объём производства электрохимических аккумуляторов покажется детской игрушкой. Учтя энергию, сохраняемую в резервуарах на нефтебазах и автозаправках, в бензобаках и канистрах, мы получим превышение в тысячи раз.

Сырьевая валюта

Двадцать четвёртого мая 2018 года Государственная Дума приняла закон «О ратификации Соглашения между Правительством Российской Федерации и Правительством Республики Казахстан об определении статуса технологической нефти в магистральных нефтепроводах Туймазы - Омск - Новосибирск-2 и Омск - Павлодар». Этот специальный закон понадобился для того, чтобы справедливо поделить технологическую нефть в объёме свыше двухсот тысяч тонн, которая находилась в пограничных нефтепроводах после распада СССР.

Спрашивается, зачем устраивать столько суеты вокруг актива, которым можно владеть, но нельзя распоряжаться? Финансисты объяснят, что договора о поставках нефти предусматривают финансовые гарантии под залог товара и огромные объёмы различных энергоносителей в резервуарах и трубопроводах на территории нашей страны поддерживают немалые денежные потоки. Российские рубли обеспечены российскими же энергоресурсами.

Давайте представим ситуацию, что отечественный автотранспорт быстро перешёл на электротягу, спрос на топливо упал, а нефтепроводы и резервуары на нефтебазах опустели. Что произойдёт: сократится количество рублей в обращении или просто рубль обесценится, отчего резко увеличится стоимость каждого киловатт-часа энергии, которую можно закачать в аккумулятор электромобиля на зарядной станции? Оба варианта маловероятны. Скорее у рубля найдётся новая опора.

Возобновляемы ли инвестиции?

Темпы строительства электростанций на возобновляемых источниках энергии в России не могут не радовать. При этом понятно, что средства на проекты пока идут в основном из сырьевой сферы. Интересно, когда солнечные и ветровые электростанции с накопителями станут достаточно ценными активами, чтобы обеспечивать новые заёмные денежные средства, необходимые для развития бизнеса?

Сегодня банкир нормально воспримет просьбу выдать кредит под залог, например, дизельного топлива в резервуарах, но как он отреагирует, если ему в качестве залога предложат, скажем, промышленный аккумулятор энергии или саму электроэнергию, в нём запасённую?

Весеннее ускорение

Прошедшей весной президент России Владимир Путин подписал указ о разработке комплексной программы исследований по использованию атомной энергии. На роль государственного заказчика и координатора программы определена госкорпорация «Росатом».

«В апреле этого года произошло важное событие для технологического развития нашей страны: подписан указ о комплексной программе решения задач ускоренного развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии, - радуется научный консультант генерального директора концерна "Росэнергоатом" академик РАН Николай Пономарёв-Степной. - Я также занимался подготовкой этой программы в части технологий атомно-водородной энергетики. Это актуальное направление, в котором Россия имеет возможность занять лидирующие позиции в мире».

Отметим, что исследования по атомно-водородной энергетике были начаты ещё в 1970-е в Курчатовском институте в кооперации со многими исследовательскими, конструкторскими и технологическими предприятиями Минсредмаша, ряда других министерств, Академии наук и вузов. Тогда были получены значимые результаты, созданы уникальные установки, накоплена база знаний, но в силу известных событий мы потеряли время и сейчас вынуждены навёрстывать упущенное. Исследования в данной области были возобновлены в «Росатоме» ещё пять лет назад, и они имеют хорошие перспективы, но необходимо ускоряться, чтобы опередить другие страны, работающие в этом направлении.

Водородная энергетика предусматривает масштабное производство и потребление водорода в качестве накопителя энергии и компонента промышленных технологий, энергоносителя для транспорта и стационарных энергоустановок. При этом сам водород и получаемые с его помощью продукты (аммиак, удобрения, метанол, этилен...) востребованы на рынке. Мировая потребность в водороде в середине XXI века прогнозируется на уровне пятисот миллионов тонн в год. При этом ключевая проблема - экологически чистое и экономически приемлемое крупномасштабное производство.

Электролиз на АЭС

Для локального малотоннажного производства водорода годится технология электролиза воды. Основной её недостаток - дороговизна: затраты оказываются в несколько раз выше, чем при производстве традиционными промышленными методами.

Для атомных электростанций электролизные установки - хорошее подспорье, поскольку обеспечивают возможность постоянной полной загрузки реакторов при выполнении диспетчерских требований к работе АЭС в манёвренных режимах. Например, Кольская АЭС давно недоиспользует свои мощности. В настоящее время прорабатывается предложение о создании на станции опытного электролизного производства водорода для коммерческих поставок, а также металлургического производства, например, прямого восстановления железа из руды.

Проект по дооснащению Кольской АЭС, ко всему прочему, поможет отработать технологии хранения, транспортировки и использования водорода в больших масштабах.

Волшебное слово «ВТГР»

Но электролиз не позволяет экономически выгодно получать водород в больших масштабах. Недаром крупнотоннажное производство водорода в мире осуществляется из природного газа и нефтепродуктов, в основном путём паровой конверсии метана. При такой конверсии около половины исходного газа сжигается, а продукты сгорания попадают в атмосферу.

Для экономии природного газа и исключения выбросов в окружающую среду разрабатываются технологии паровой конверсии метана с подводом тепла от высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Такие реакторы можно использовать для обеспечения теплом технологических процессов в химической, нефтехимической, металлургической промышленности. Отечественные разработки ВТГР начались ещё в 1960-х. Были созданы варианты реакторов для самых разных целей.

Сегодня перед «Росатомом» стоит задача объединить ВТГР с установкой по паровой конверсии метана на атомной электротехнологической станции (АЭТС). Используя тепло ядерных реакций, нужно резко сократить объёмы сжигания природного газа и, как следствие, атмосферных выбросов. Согласно расчётам модуль ВТГР с тепловой мощностью 200 МВт обеспечит производство около ста тысяч тонн водорода в год. «Если предположить, что Россия в мировом производстве водорода должна иметь долю не менее 10% (по аналогии с долей природного газа на мировом рынке), - пишут аналитики из Центра энергетической экспертизы, - тогда нам следует ориентироваться на сооружение АЭТС примерно той же суммарной мощности, которую имеют ныне действующие АЭС».

Возможно, читатель скажет, что это звучит совершенно невероятно: «Росатом» не станет вторым «Газпромом». Что же, поживём - увидим.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы