Содержание:
Введение
1. Главная проблема паровой конверсии
2. Концепция водородной энергетики
3. АЭС+электролизное производство водорода
Выводы
Введение
Довольно малое количество методов получения водорода серийно освоено промышленностью из всего известного многообразия.
Основные способы получения водорода (кратко):
Самым востребованным в мире ресурсом для получения водорода является природный газ по методу паровой каталитической конверсии.
Детальная структура по использованию возможных ресурсов для получения водорода:
Весомым достоинством этого метода является самая низкая себестоимость на единицу массы и достаточно высокий показатель по энергетической эффективности. По самому оптимистическому сценарию себестоимость конверсионного водорода оценена в 1,2долл/кг. Из всех освоенных мировой практикой методов это, конечно, рекорд! Более подробно о себестоимости получения водорода различными методами смотрите здесь:
Но все это хорошо и прекрасно…если бы не одно НО!
2. Главная проблема паровой конверсии
Мировая парадигма о декарбонизации экономики повысило внимание к безуглеродным методам производства энергии и энергоносителей. Продвижение получают проекты с нулевым углеродным следом. На этом фоне теряются лидирующие позиции по получению водорода методом паровой конверсии и в целом не имеет перспективы.
При всех его плюсах он имеет большой критический минус в виде значительного углеродного следа. И тут все понятно, ведь сырье - природный газ, а двуокись углерода является побочным продуктом двухстадийного процесса конверсии – это раз! И, во-вторых, рабочая температура конверсии порядка 1000°С, что требует затрат тепловой энергии. И откуда его взять? Сжигая тот же газ на собственные нужды!
Собственно, данная проблема касается любого метода получения водорода, так или иначе связанного с углеводородным сырьем.
При этом попытки внедрения систем по улавливанию диоксида углерода особо никак не повлияют на ситуацию, поскольку они очень дороги и только ухудшат экономику производства.
3. Концепция водородной энергетики
Поэтому концепция водородной энергетики основана на его получении НЕ из углеводородов. В качестве главного сырья является вода. А метод – электролиз. Это раз!
Во-вторых, электроэнергия на нужды электролиза должна быть получена за счет безуглеродной генерации. И здесь наиболее явными кандидатами являются
- возобновляемые источники
- и атомная энергия.
Это я и называю двумя китам в основе водородной энергетики.
Все это подтверждается прогнозом Евросоюза до 2050г, согласно которому доля производства водорода из углеводородов составит не более 10% в то время как за счет возобновляемой и атомной энергии на базе электролиза воды - 55 и 36% соответственно. При этом сегодня в мире отмечается ежегодное увеличение темпов ввода электролизных мощностей (статья о перспективах развития водородной энергетики до 2050г по ссылке выше)
4. АЭС+электролизное производство водорода
Данная связка имеет существенное преимущество и обеспечивает конкурентоспособность получаемого водорода по сравнению с методом паровой конверсии. Заключается этот эффект в том, что необходимость производства электролизного водорода позволяет избежать неэффективного и крайне нежелательного разгрузочного режима для атомной станции. Более подробно об этом здесь:
Таким образом, это приводит к избежанию ухудшения экономичности работы АЭС. По моим оценкам на примере предотвращенной разгрузки АЭС в диапазоне 100…500 МВт (на примере с ректором ВВЭР) при установленной электрической мощности в 1000 МВт предотвращенные эксплуатационные затраты составляют 150…700 млн.руб./год соответственно. Очевидно, что это весьма и весьма серьезные затраты, которые удастся избежать за счет электролизного производства водорода и сохранения базового режима нагрузки АЭС.
Таким образом, это и есть так называемый экономический эффект, который при пересчете на себестоимость производства водорода приводит к существенному ее снижению как минимум на десяток руб. за ед.массы. Более подробные результаты моих оценок приведены здесь:
Выводы
- Современная мировая экономика держит курс на декарбонизацию и водородная энергетика не является исключением. В этой связи самая востребованная технология производства водорода из природного газа несмотря на ее освоенность и распространенность не имеет перспективы.
- В настоящее время приоритет отдается безуглеродным системам производства энергии и энергоносителей.
- Водородная энергетика при условии получения водорода из воды с использованием возобновляемой и атомной энергии идеально удовлетворяет безуглеродному производству энергоносителей.
- Полученный водород электролизом воды с использованием электроэнергии от АЭС является вполне конкурентоспособным по сравнению с водородом по методу паровой конверсии.