Переход к новому энергетическому укладу неизбежен. Углеводородное топливо уже через 50 лет будет с трудом закрывать растущие энергетические потребности человечества. Но вот беда: надежно заменить нефть, газ, уголь сегодня неспособна никакая действующая энергетическая альтернатива.
Атомная энергетика в нынешнем её виде не имеет достаточной ресурсной базы для обеспечения растущих энергетических потребностей. Поэтому в России инициировали масштабные работы по замыканию ядерного топливного цикла, развивая программы реакторов на быстрых нейтронах и строя новые перерабатывающие комплексы.
Недавно российский ядерный реактор БН-800 перешёл на использование МОКС-топлива, демонстрируя физическую возможность работы в замкнутом ядерном топливном цикле.
В Томской области активно строится реактор БРЕСТ-300 на быстрых нейтронах. Вместе с ним строится комплекс по переработке ОЯТ и производству "СНУП-топлива" по проекту "Прорыв".
Будущий комплекс должен впервые в мире продемонстрировать промышленную реализацию замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) на базе реакторов на быстрых нейтронах, что ознаменует переворот в крупномасштабной ядерной энергетике.
Однако, каким бы хорошим ни был источник первичной энергии, на первом месте по важности стоит вопрос о передаче сгенерированной им энергии.
Даже ядерная энергетика, работающая по замкнутому ядерному топливному циклу, не будет состоятельна без энергоносителя, способного эффективно запасать и передавать энергию ядерных реакторов в пункты её потребления.
Провода и теплотрассы не везде протянешь, в особенности в труднодоступных местах планеты и в космосе. Нужен универсальный энергоноситель, способный эффективно передавать энергию.
И на роль такого эффективного энергоносителя лучше всего подходит простейший химический элемент – водород.
В Советском Союзе это прекрасно понимали, поэтому занимались развитием водородной энергетики параллельно с развитием атомной энергетики.
- То, что сегодня в Евросоюзе пытаются выдать за инновацию (то есть внедрение водорода для построения безуглеродной экономики и энергоперехода на чистые источники энергии), давно прорабатывали в Союзе, но под другими именами.
Всё новое – это хорошо забытое старое. Это слова наиболее подходят для описания всей этой заварушки с сегодняшним внедрением многими странами водородной стратегии развития.
Вся концепция водородной энергетики строится на использовании водорода в качестве энергоносителя, который может эффективно передавать и запасать ранее выработанную энергию.
И важно понимать, что водород не является источником первичной энергии, он является энергетическим буфером.
Получать первичную энергию из водорода никто и не собирался. Например, в стратегии европейских стран озвучивают цифры генерации первичной энергии: "В выражении выработки электрической энергии 1 кг водорода соответствует примерно 33,6 кВт*ч полезной энергии".
Для сравнения: энергетические затраты на производство 14 ТВт*ч "зелёного" водорода требуют потребление 20 ТВт*ч электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии.
- Поэтому всю концепцию водородной энергетики нужно строить не в плоскости использования его как источника первичной энергии, а в качестве универсального энергоносителя, который можно создавать, запасать, передавать и использовать.
Собственно, в недавнем отчёте о реализации программы водородной энергетики в Германии водород всё чаще описывается как энергетический буфер, который должен выравнивать энергетические просадки альтернативной энергетики. Хотя до этого чаще говорилось о всеобъемлющем использовании водорода, в первую очередь, именно как источника энергии, что само по себе абсурдно.
Развитие концепции водородной энергетики началось в СССР в середине 1960-х годов, когда Анатолий Петрович Александров предложил использовать для тепло- и электроснабжения городов атомные мини-электростанции, а для балансировки пиков и спадов нагрузки использовать водород.
В качестве мини-АЭС предполагалось использовать реакторы атомных подводных лодок.
Развивая эту идею далее, учёные пришли к выводу, что водород можно использовать как универсальный энергоноситель, и заменить им бензин для автомобилей и керосин для самолётов, кораблей и космических ракет. Мощности атомных станций позволяли эффективно производить водород как для балансировки энергии, так и для внешнего использования.
- Тепло- и электроснабжение – это всего 30% от общего энергобаланса, остальные 70 % – это транспорт различных видов.
Таким образом, атомные реакторы, выступая первичными источниками энергии, производят тепло и электроэнергию, а также водород, который повсеместно используется в экономике. Конечная экономическая рентабельность атомно-водородной энергетики возрастала по сравнению с обычным атомным реактором.
Блестящая идея по использованию водорода оказалась слишком соблазнительной, чтобы махнуть на неё рукой.
В 1970-х годах в Курчатовском институте была запущена мощная программа по водородной энергетике. Разрабатывался водородный транспорт (например, автомобили "РАФ" с водородной установкой), прорабатывалась концепция водородного самолёта, разрабатывались технологии по внедрению использования водорода в металлургии.
В 1975 году разработали технологию восстановления железа путём продувки водорода через оксид железа. Водород – прекрасный восстановитель, и его применение в металлургии превращает её в экологически чистую отрасль. По сути, в те годы были созданы технологии водородной металлургии, которые Германия собирается внедрять с 2030 года.
До этого, в 1973 году, в тульском филиале ЦНИИ чермета им. И.П. Бардина были созданы лаборатория по использованию атомной энергии в чёрной металлургии и лаборатория прямого получения железа в твёрдой фазе.
В СССР было создано отдельное направление, занимающееся проблемами хранения, передачи и аккумуляции энергии с помощью водорода.
И все эти работы активно велись на протяжении десятилетий. За это время был разработан целый комплекс государственных решений по внедрению водородной энергетики в советскую экономику.
Также была разработана целая линейка специальных ядерных реакторов для производства водорода.
16 июля 1987 года было подписано постановление СМ СССР №794-191 «О создании и внедрении в народное хозяйство атомных энерготехнологических комплексов на базе ВТГР».
Опытно-промышленные АЭТС: для демонстрации энерготехнологических возможностей - в Димитровграде; для теплоснабжения Кирово-Чепецкого завода минеральных удобрений - в Кирово-Чепецке. Промышленные АЭТС для теплоэнергоснабжения: химического производства минеральных удобрений - в Котласе; химического комплекса ПО «Полимир» - в Новополоцке; нефтехимического комплекса ПО «Нижнекамскнефтехим» - в Нижнекамске.
Внедрению водородной инфраструктуры в виде АЭТС, водородного транспорта и в целом водородной энергетики помешал распад СССР. Это на десятилетия приостановило полномасштабную программу водородной энергетики в нашей стране, да и во всём мире.
С момента распада СССР водородной энергетикой в России занимались на уровне инициатив, которые исходили в основном от "Газпрома" и "Росатома".
Стоит отметить, что при работах над водородной энергетикой экологический аспект применения водорода не являлся первостепенным. Водород был нужен как универсальный энергоноситель, а не как экологически чистое топливо.
За это время компетенции по многим водородным наработкам СССР были утрачены (это не только создание водородного транспорта, но и само производство водорода на АЭТС).
Сегодняшняя водородная концепция предполагает создание плана по развитию водородной энергетики в Российской Федерации на среднесрочный период до 2024 года, долгосрочный период до 2035 года, а также основные ориентиры на перспективу до 2050 года.
До 2024 года будут проводиться научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по технологическому процессу производства водорода, а также по созданию инфраструктуры безопасного обращения с ним на всех этапах жизненного цикла и во всех сферах его производства, хранения, транспортировки и потребления.
Наработки СССР будут активно использоваться. Так, до 2024 года на Кольской АЭС должна быть отработана технология использования мощности АЭС в маневренных режимах для производства водорода путём электролиза.
Обкатывать концепцию водородной экономики собираются на острове Сахалин. Сегодня там силами «Росатома», «Газпрома», «РЖД» а также «Трансмашхолдинга» создаётся центр водородных компетенций.
В 2023 году на Сахалине планируется запустить поезд на водородных топливных элементах.
К 2030 году должно быть полностью проработано применение водорода в сфере железнодорожного, автомобильного и водного транспорта, а также в сфере ЖКХ. Другой важный вопрос, который должен быть проработан, это вопрос поставок водорода на экспорт.
Согласно плану, в 2023 году должен быть завершён техпроект атомной энерго-технологической станции. В начале 2025 года должна быть получена лицензия на размещение АЭТС, а также разработана вся необходимая документация проекта. Физический пуск первого блока АЭТС намечен на 2033 год, а введение головной АЭТС в промышленную эксплуатацию запланировано на 2036 год.
До 2050 года в России должна вырасти крупномасштабная атомно-водородная энергетика в виде действующих серийных АЭТС для централизованного крупномасштабного производства водорода в сочетании с локальными центрами электролизного и электрохимического производства водорода, а также должны начаться поставки водорода на внутренний и внешний рынки.
В замкнутом ядерном топливном цикле, когда полезная энергия обретёт наибольшую доступность, водородная интеграция в российскую экономику обретёт новый эффект: сколько бы ни было произведено водорода, он будет всегда востребован и полноценно использован, а рост экономики будет зависеть от количества производимого водорода.
На "верхах" прекрасно это осознают, и именно поэтому В.В. Путин открыто говорит: «Чистый водород точно будет востребован, других таких альтернативных видов источников энергии, наверное, не просматривается. Ни ветер, ни солнце - несопоставимы с водородом».
Да, водородный переход в России сильно затянулся...
Как именно будет работать водородная экономика России и мира - поговорим в отдельной статье.
=============================================
Статьи выходят благодаря поддержке подписчиков-спонсоров. Для спонсоров всегда открыто приватное обсуждение, ссылки на источники и исследования используемые в основе моих статей. Спасибо друзья за поддержку канала!
Стать спонсором можно тут, статья для спонсоров:
Подписывайся на канал, здесь много полезного материала!
=============================================