Водородная энергетика: «великая водородная держава» – это Россия в будущем (видео)

В первых двух частях водородного цикла (раз, два) мы выяснили, что «вопреки здравому смыслу», Европа приняла решение внедрять на своей территории «водородную энергетику», и у нее есть целевой параметр полностью отказаться от использования углеводородов в своей энергетике до 2050 года.

И несмотря ни на что, они будут стараться к этому идти. И я думаю, надо ребятам помочь. Ведь у них, судя по всему, есть масса лишних денег, которые в … российском кармане точно не будут лишними.

Конверсия конверсии рознь

Для начала мы с Вами еще раз вспомним, что на сегодня основным способом получения водорода является конверсия метана водяным паром (85% получаемого продукта).

Дело в том, что в ближайшие лет двадцать, а скорее всего и тридцать, будут переходными. И если этот процесс не зачахнет в зародыше (ну там Европа не рухнет в пучину внутренних конфликтов и населению станет не до экологии), то еще долго европейцы будут потреблять «грязный» голубой водород, который в Европе точно в нужных количествах получать не будут. А вот в России…

Для начала, как он получается. Физический смысл процесса состоит в следующем, в резервуар подается природный газ, он же метан и разогретый до 750-900 градусов водяной пар в пропорции 1 к 2. Далее путем двойной химической реакции на выходе получается водород и углекислый газ. Газ либо выбрасывается в атмосферу (как это делается сегодня), либо абсорбируется (как это предполагается в будущем), а водород уходит потребителю.

Два главных компонента себестоимости, за исключением стоимости собственно установки составляют сырье – метан и энергия, которой воду доводят до высокой температуры. И это как раз тот случай, когда на помощь может прийти «Росатом» и «Газпром», особенно, если объединить их усилия. Причем, если сегодня себестоимость производства водорода этим методом составляет примерно 2,5$ за 1 кг, то с учетом уже существующих технологий можно добиться целевого показателя даже 1,5$ за 1 кг конечного продукта.

По расчетам «Газпрома», по его трубам, как и по трубам «Северного потока-1», вполне можно прокачивать в Германию водород, подмешивая его к метану в пропорции до 10%. И далее эту смесь можно вполне сжигать неразделенной и иметь до 30% уменьшения выбросов СО2 в атмосферу при тех же тепловых параметрах, либо разделять при необходимости оба компонента и использовать их по отдельности.

И над этими возможностями всерьез работает специалисты и очень может быть, либо частично, либо полностью все это будет реализовано «в металле».

Но все это технологии сегодняшнего дня и с учетом прогресса в области электролиза воды, уже лет через 10-20 структура производства водорода сильно изменится. И вероятнее всего никто не будет вкладывать больших денег в «атомно-«голубой» водород. «Ростатома» гораздо интереснее сразу занять нишу «зеленого» (экологичного) водорода и занять на ней свое достойное место. И для этого у него есть все основания.

Атомный электролиз

Сегодня для получения 1 тонны водорода методом электролиза используют в среднем 60 МВт*ч электроэнергии. То есть на 1 кг припадает 60 кВт*ч. КПД подобных установок 60-70%, с возможностью доведения этого параметра до уровня 80-90%). В структуре себестоимости это составляет примерно 70-90% затрат, а отсюда мы легко можем посчитать во что обходится.

Правда, тут надо учитывать, что такой разброс параметров стал следствием разности цены электроэнергии в разных странах. Там, где она дешевле, это составляет 70%, где дороже – 90%. А остальные затраты более менее одинаковы и составляют приблизительно 1-1,5$ на 1 кг. Правда и здесь надо сделать поправку на то, что электролиз используется в относительно маломощных установках, и если резко увеличить их размещение на одной площадке, а также по мере распространения их использования по миру, себестоимость капитальных затрат уменьшится и заметно. В целом параметр 0,5$ за 1 кг достижим уже в самом ближайшем будущем.

А теперь вернемся к атомным станциям и конкретно российским АЭС.

Ведь что есть на атомной станции. Там есть очень дешевая электроэнергия, особенно ночная, а еще есть масса перегретой воды, которая в реакторах типа ВВЭР на выходе из первого контура охлаждения имеет температуру около 300 градусов по Цельсию (во вторичном контуре можно получить воду, нагретую до 250 градусов по Цельсию). В обычных условиях эту воду охлаждают в водоеме возле АЭС, а в случае получения водорода ее можно использовать для подогрева исходных компонентов, и тем самым улучшить экономические параметры получения водорода.

Если использовать самые эффективные для этого (которые уже разработаны, но пока не построены) высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, то расход электроэнергии может быть сокращен вдвое. Правда у реакторов подобного типа электрическая эффективность ниже, чем у реакторов ВВЭР-1200, и мало вероятно, что ради производства водорода их начнут строить массово. Но свою нишу, где требуется, так называемое технологическое тепло, они занять смогут.

ВВЭРы не так эффективны по теплу, но даже они способны «теплом» своего первого контура сэкономить 25% электроэнергии, а благодаря сверхнизкой себестоимости ее производства, получение водорода методом электролиза может стать гораздо более экономически выгодным, чем у конкурентов.

Проведем упрощенный расчет себестоимости.

Итак, берем по максимуму. Что у нас есть сегодня. 1,5$ затраты на производство без учета электроэнергии.

Расход электроэнергии при КПД установки пусть 65% составляет 60 кВт/0,65= 92,3 кВт*ч.

И тут мы подходим к главному. Какова себестоимость производства электроэнергии на АЭС РФ.

Берем отчет «Росатома» за 2019 год и находим – расходы на производство (включающие капзатраты) составили – 267,2 млрд. руб. При этом выход уже товарной электроэнергии (за минусом внутреннего потребления) – 188,5 млрд. кВт*ч. Делим и получаем примерно 1,417 руб. за 1 кВт*ч.

Правда, здесь также требуется ремарка. Согласно отчета «Росатома» 4/5 (221 млрд. руб. из 267 млрд. руб.) это капитальные затраты плюс затраты на ремонт оборудования. И они берутся из расчета работы реактора ВВЭР-1000 – 30 лет, а ВВЭР-1200– 60 лет. Между тем, для первых уже доказано, что работать они будут минимум в полтора раза больше (в России на Балаковской АЭС сроки эксплуатации продлены сразу на 30 лет), а для вторых такая опция также заложена в проекте (проверить мы это сможем только через 55 лет).

То есть эти затраты вполне можно уменьшать минимум на 15%, а правильнее на все 20% (и это еще по скромному).

Отсюда общая формула будет иметь такой вид (212,2*0,8 + 54,2)/ 188,5= 1,19 руб. за 1 кВт*ч.

Умножаем на 92,3 кВт*ч и получаем 109,83 рубля. По курсу 2019 года это примерно 1,74 $ за 1 кг водорода. Добавляем прочие затраты и имеем примерно 3,3$ за 1 кг. И это с учетом нынешних цен на водород УЖЕ выгодно (мировые цены в районе 8-9$ за 1 кг) .

Но ведь и это еще не все. Это мы посчитали по максимуму. А теперь отнимаем 25% экономии электроэнергии, если мы будем использовать тепло контура охлаждения реактора, а также «применим» новые электролизёры с твердо-полимерным электролитом (ТПЭ), которые повышают КПД установки до 80-90% (берем среднее 85%).

Тогда вместо 92,3 кВт истраченной электроэнергии имеем 60 кВт*ч*0,75/0,85=52,3 кВт*ч. При цене 1,19 руб. за 1 кВт*ч имеем 63 рубля, или 1 $ за 1 кг водорода в ценах 2019 года. Причем, после девальвации рубля в 2020 эта цифра также уменьшится примерно на 10%. А теперь вспоминаем, что с учетом налаживания более массового производства установок и концентрации их на одной площадке можно уменьшить себестоимость остальных затрат до 0,5 $ за 1 кг водорода, имеем суммарную себестоимость производства даже ниже производства «голубого» углерода, при современных низких ценах на природный газ. И тем более, это будет выгодно когда его цена вновь вырастет.

Вот такая вот картина получается, если к водородной энергетике подключить «Росатом». И это уже сделано, так как майским решением правительства России пробные эксперименты для отработки технологий получения «водорода» будут проводиться на площадке Кольской АЭС, которая хронически недогружена и потому вообще будет иметь «электрическую» себестоимость производства близкую к нулю.

Продолжение следует…

Юрий Подоляка